Fuel Injection Strategy for Optimized Performance in Heavy-Duty Diesel Engine

The improvement of emissions, fuel economy, and combustion noise is a primary target in the development of heavy-duty diesel engines. Multiple injection has been introduced as one of the most promising strategies for this goal. In this research, various multiple injection methods were applied to achieve the optimal strategy in terms of emissions, fuel economy, and combustion noise. In the case of one pilot injection, the smoke emission deteriorated, while the NOx emission was reduced. In the case of 2 pilot injections, the NOx and smoke emissions were reduced by 73% and 84%, respectively. In this case, the combustion noise was analyzed with the maximum pressure-rise rate, and the fuel economy was evaluated with the help of the indicated specific fuel consumption. A 15%:15% 2-pilot injection strategy accomplished improvements of 32.9% for NOx, 60.4% for smoke, 1.95% for fuel consumption, and 19.4% for combustion noise compared to the case of single injection. Based on the data, an optimal injection strategy will be developed for a greater operating range in future work.

대형 디젤 엔진에서 최적 성능 도출을 위한 연료 분사 전략에 관한 연구

대형 디젤 엔진에서 NOx, Smoke 등의 배기가스 저감과 연비를 개선하는 것은 주요한 개발 목표이다. 이 목표를 달성하기 위한 다양한 방식 중 연료를 분할하여 분사하는 다단 분사 전략은 주요하게 적용되고 있다. 본 연구에서는 다양한 조건의 다단분사 전략을 적용하여 배기가스, 연비 그리고 연소 소음 관점에서 최적의 성능을 확보할 수 있는 조건을 확인하여 개선정도를 확인하고자 하였다. 1단 파일럿 적용 시, 단일 분사 대비 NOx 저감이 가능한 영역이 있으나, Smoke가 악화되는 문제가 확인되었다. 2단 파일럿 적용 시, 최대 NOx와 Smoke를 각각 73%, 84%까지 저감할 수 있었다. 연소 소음은 최대 압력 상승률 분석을 통해, 또한 연료소비율은 도시 연료 소비율을 계산하여 단일 분사와 비교하여 개선수준을 평가하였다. 이를 통해 15%:15% 2단 파일럿 전략 적용 시, 단일 분사 대비 NOx 32.9%, Smoke 60.4%, 연비 1.95%, 연소소음 19.3%의 개선을 이룰 수 있음을 확인하였다. 향후, 본 연구 결과를 기반으로 운전 영역을 확장하여 각 조건에서의 최적 연료 분사 방식 도출을 통해 전체적인 성능개선을 구현하고자 한다.