대형 디젤엔진에서 냉각수 온도 제어를 통한 연비개선의 연구
A Study for Fuel Economy Improvement through Coolant Temperature Control in a Heavy Duty Diesel Engine
- 주제(키워드) 냉각 시스템 , 클러치 워터 펌프 , 전자식 써모스탯 , 마그네틱 클러치 쿨링 팬
- 주제(KDC) Cooling system
- 주제(DDC) Clutch Water Pump, Electric Thermostat, Magnetic Clutch Cooling fan
- 발행기관 아주대학교 대학원
- 지도교수 이종화, 박진일
- 발행년도 2011
- 학위수여년월 2011. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 기계공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000011686
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
차량의 배기가스와 연비 규제가 강화되면서 엔진 냉각시스템의 개선을 통한 배기가스저감과 연비향상에 대한 관심이 증대되고 있다. 이러한 요구사항을 만족시키기 위해서는 기존의 기계식 냉각시스템으로는 부족한 점이 있다. 차량의 운전조건에 맞추어 물펌프의 유량을 제어하거나 써모스텟의 개방온도를 변화시키거나 냉각수 온도의 정밀 제어를 하기 위해 냉각팬의 제어로직을 변화시켜 제어해야 한다. 이와 더불어 냉각계를 하나의 시스템으로 간주한 총합열관리(VTMS - Vehicle Themal Management System)시스템 개발에 관심을 가져야 한다. 특히, 대형 디젤엔진 차량은 운행거리가 상당히 길고 열부하가 매우 크기 때문에 열관리 측면에서 정밀한 냉각수 온도제어를 하면 연비 향상 효과가 높다. 이에 본 연구에서는 실도로나 선행연구자에 의해 개발된 상용차 전용 연비모드에서 주행을 실시하여 냉각수 온도를 측정하여 어떤 경향이 있는지 확인 및 분석하였다. 대형 디젤엔진의 냉각수 온도 관련 부품 중에서 물펌프, 써모스텟, 마그네틱 쿨링 팬의 변경 및 개선을 도모하였다. 첫째, 엔진회전수에 비례해서 작동하는 기계식 물펌프를 전력을 공급하여 냉각수 유량을 조절할 수 있는 클러치 워터 펌프를 적용하였다. 둘째, 기존에 왁스타입 써모스텟에 전력을 공급하여 내부의 열선을 가열하여 써모스텟을 열리게 하는 전자식 써모스텟으로 변경하였다. 셋째, 마그네틱 클러치 쿨링 팬은 기존에 사용된 마그네틱 팬 클러치는 그대로 활용하지만, 냉각팬의 제어로직을 개선하였다. 각각의 냉각계부품은 엔진의 운전상태, 냉각수온도 및 외기온도 조건에 따라 제어하였다. 냉각시스템 부품변경 및 제어로직의 개선을 통해서 연비개선 효과를 정량적으로 분석하기 위해 단품시험용 다이나모미터를 이용한 선행시험과 연비모드에서 주행을 실시하였다. 차대동력계를 이용하여 연비모드 주행시험을 하고 연료유량계를 통해서 연비를 측정하여 연비개선 효과를 분석하였다.
more초록/요약
As emission and fuel economy regulation becomes more and more stringent, heavy duty diesel engine have focused on reducing emission and fuel economy improvement through enhancement of engine cooling system. Previous cooling system is insufficient to satisfy these requirements(fuel economy and emission regulation). It is necessary to control flow rate of water pump by changing the rotational speed, regulate opening temperature of the thermostat and changing control logic in order to control cooling fan in detail. Along with this, Development of VTMS(Vehicle thermal Management System) which is considered as one system has been required. Especially, heavy duty vehicle's driving distance and time are quite long, and thermal load is very large. If coolant temperature is precisely controlled in the view of thermal management, fuel economy efficiency will be high. In this research, commercial vehicle in real road and fuel economy mode test which is developed by the formal researcher is driven so as to confirm and analyze specific behavior of coolant temperature. Water pump, thermostat and magnetic clutch cooling fan are replaced and improved among the parts related to the coolant temperature of heavy duty diesel engine. First, clutch water pump which is supplied with electricity is applied to regulate coolant flow rate operated to engine speed proportionally. Second, electric thermostat which is supplied with electric power, heating internal hot wire, is applied to change opening temperature of the thermostat. Third, magnetic clutch cooling fan is utilized as it is but upgrade the control logic of the cooling fan. Each parts of cooling system is controlled according to engine driving condition, coolant and ambient temperature. Test vehicle was driven along the fuel economy mode in order to analyze fuel economy improvement quantitatively through part replacement and upgrade of control logic of the cooling system. Also, rig test of cooling fan is performed using small dynamometer. Fuel economy mode test was done by utilizing chassis dynamometer, measuring fuel consumption through fuel flow meter and fuel economy improvement was analyzed.
more목차
제1장 서론 1
1.1 연구 배경 및 목적 1
1.2 연구 내용 3
1.3 냉각수 온도제어와 관련된 부품들의 특성 파악 4
1.3.1 Water Pump 4
1.3.2 Thermostat 6
1.3.3 Cooling Fan 8
제2장 냉각수 온도 제어 관련 부품들의 변경 13
2.1 Clutch Water Pump 14
2.2 Electric Thermostat 15
2.3 Magnetic Clutch Cooling Fan 16
제3장 냉각수 온도의 제어방법 18
3.1 Clutch Water Pump 18
3.2 Electric Thermostat 19
3.3 Magnetic Clutch Cooling Fan 20
제4장 실험 장치 및 방법 23
4.1 실험 장치 23
4.1.1 클러치 워터 펌프의 소요구동력 23
4.1.2 냉각팬의 소요구동력 25
4.2 실험 방법 26
4.2.1 데이터 측정 26
4.2.2 차량 주행 연비 측정 방법 27
제5장 실험 결과 및 분석 28
5.1 냉각수 온도 제어에 따른 연비 영향 28
5.1.1 Clutch Water Pump 28
5.1.2 Electric Thermostat 30
5.1.3 Magnetic Clutch Cooling Fan 31
제6장 결론 33
제7장 참고문헌 35
ABSTRACT 37
