• 한국자동차공학회논문집
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• 제22권2호
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• pp.91-99
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• 2014

The common-rail injectors are the most critical component of the CRDI diesel engines that dominantly affect engine performances through high pressure injection with exact control. Thus, from now on the advanced combustion technologies for common-rail diesel injection engine require high performance fuel injectors. Accordingly, the previous studies on the numerical and experimental analysis of the diesel injector have focused on a optimum geometry to induce proper injection rate. In this study, computational predictions of performance of the diesel injector have been performed to evaluate internal flow characteristics for various needle lift and the spray pattern at the nozzle exit. To our knowledge, three-dimensional computational fluid dynamics (CFD) model of the internal flow passage of an entire injector duct including injection and return routes has never been studied. In this study, major design parameters concerning internal routes in the injector are optimized by using a CFD analysis and Response Surface Method (RSM). The computational prediction of the internal flow characteristics of the common-rail diesel injector was carried out by using STAR-CCM+7.06 code. In this work, computations were carried out under the assumption that the internal flow passage is a steady-state condition at the maximum needle lift. The design parameters are optimized by using the L16 orthogonal array and polynomial regression, local-approximation characteristics of RSM. Meanwhile, the optimum values are confirmed to be valid in 95% confidence and 5% significance level through analysis of variance (ANOVA). In addition, optimal design and prototype design were confirmed by calculating the injection quantities, resulting in the improvement of the injection performance by more than 54%.

• 대한기계학회논문집B
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• 제36권12호
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• pp.1151-1159
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• 2012

본 논문에서는 노즐홀 직경을 확대하여 유량을 증가시킨 DME 인젝터의 가시화 실험과 분무 해석을 수행하였다. 해석의 신뢰성을 확보하기 위하여 가시화 실험과 분무해석을 비교하였고, 실엔진 모사 조건에서 분무 해석을 수행하여 DME의 거동을 예측하였다. 분사 압력과 분위기 압력이 각각 35MPa 및 5MPa인 경우 가시화 실험과 분무 해석의 도달거리는 3.57%의 차이를 나타내었다. 실엔진 모사 해석의 경우, 완전하게 발달된 DME의 분무 도달거리는 분위기 온도와 압력의 비가 300K/MPa에서 42mm로 최대를 나타내었고, 300K/MPa미만의 영역에서 DME의 분무는 분위기 압력, 300K/MPa초과의 영역에서는 분위기 온도의 영향이 지배적임을 확인하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제37권12호
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• pp.1489-1495
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• 2013

유체의 고압유동은 여러 산업현장에 활용되고, 특히 그 중 내연기관의 연료분사 인젝터가 대표적이며 디젤엔진의 커먼레일 시스템의 경우 1000bar 이상의 압력이 사용된다. 이와 같이 고속으로 분출되는 유체유동의 경우, 노즐을 통해 분사되는 고속의 유체는 주위기체와의 상호작용으로 분열과정을 거치게 된다. 이 분열과정은 연소실 혼합기형성기과정에 영향을 주게 되며, 그 결과 엔진의 연소상태에 까지 영향을 미치게 된다. 따라서 연료분무의 분열과정에 대한 해석은 중요하며, 본 연구에서는 연료분무의 분열을 위한 수치해석 서브모델로 Reitz&Diwakar 및 CAB(Cascade atomization and breakup)모델을 사용하였다. 본 연구의 목적은 분사된 분무의 분열과정의 정확한 해석이며, 분사연료의 분열발생 형태의 빈도 등을 조사하였다. 결과로서 본 연구는 상용 CFD 프로그램(CFX)을 이용하여 디젤분무의 분열과정해석을 위한 적합한 분열모델을 제안한다.

• 한국자동차공학회논문집
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• 제21권4호
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• pp.1-7
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• 2013

DME spray characteristics were investigated about varied ambient pressure and fuel injection pressure using the DME common rail fuel injection system when the nozzle holes diameter is varied. The common rail fuel injection system with DME cooling system was used since DME has properties of compressibility and vaporization in atmospheric temperature. The fuel injection quantity and spray characteristics were measured. The spray analysis parameters were spray shape, penetration length, and spray angle at six nozzle holes. Three types of injector were used, the nozzle holes diameter were 0.166 mm (Injector 1), 0.250 mm (Injector 2), and 0.250 mm with enlargement of orifice hole from 0.6 mm to 1.0 mm (Injector 3). The fuel injection pressure was varied by 5MPa from 35 to 70MPa when the ambient pressure was varied 0, 2.5, and 5MPa. When using Injector 3 in comparison to the others, the DME injection quantity was increased 1.69 ~ 2.02 times. Through this, it had the similar low heat value with diesel which was injected Injector 1. Among three types of injector, Injector 3 had the fastest development velocity of penetration length. In case of spray angle, Injector 2 had the largest spray angle. Through these results, only the way enlargement the nozzle holes diameter is not the solution of DME low heat value problem.

• 한국분무공학회지
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• 제21권3호
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• pp.155-161
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• 2016

Injected fuel pressure waves of a common rail injector with various current profiles supplied to the injecor were measured using Bosch method. In order to drive the common rail injector, the current in the solenoid should be controlled using what is known as a peak and hold pattern, which consists of a high current level with a short time duration (peak) in the first step and a low current level with a long time duration (hold) in the subsequent step. The current profile can be shaped by swithcing an injector driving power source with the peak and hold waves. The capture, compare and PWM (CCP) pin in the microprocessor was used to generate the combined peak and hold waves. The PWM square wave generated from the CCP pin has a duty ratio of 100% for the peak current and 10% or 30% for the hold pattern. Five patterns of the current profile were generated by combining the peak and hold wave. The common rail pressure is controlled at 75, 100, and 130 MPa. As the fuel rail pressure increases, the variations of the measured fuel injection pressure wave according to the current profiles decrease.

• 대한기계학회논문집A
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• 제37권8호
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• pp.991-998
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• 2013

클린디젤 차량용 커먼레일 시스템의 연료분사관은 연료레일로부터 각각의 엔진 실린더에 연결된 인젝터로 연료를 공급하는 역할을 하며 반복 내압을 받게 된다. EURO 배기가스 배출규정 만족 및 연비향상을 위하여 요구되는 연료의 압력은 200MPa 이상으로 증가하고 있으며, 성형결함이 발생하지 않는 헤딩공정과 내압 피로수명 향상을 위한 자긴처리 기술이 요구되고 있다. 본 논문에서는 250MPa 급 반복내압을 만족할 수 있는 파이프 소재의 유동응력와 고주기 피로 데이터를 각각의 실험을 통하여 확보하였고, 연료분사관 앞 끝의 성형결함 여부를 판단하기 위하여 헤딩공정에 대한 유한요소해석을 수행하였다. 반복내압에 대한 내구수명 향상 및 신뢰성 확보를 위해 자긴공정에 대한 유한요소해석을 통하여 외경부의 인장잔류응력까지 고려한 최적 공정설계 수행 및 피로해석을 통한 설계의 타당성을 검증하였다.

• 한국자동차공학회논문집
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• 제21권4호
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• pp.89-95
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• 2013

In this work, the evaluation of swirl nozzle injector performance was conducted by investigating effective area ($A_{eff}$), injection mass ($m_{inj}$), injection rate ($Q_{inj}$), and injection delay ($t_{delay}$) under various test conditions. To achieve these, fuel injection analysis system which was composed of fuel supply system, injection system, and control system was installed. At the same time, the swirl nozzle that had 12 orifice hole with $120^{\circ}$ injection angle was used in this work. It was revealed that the difference of injection mass ($m_{inj}$) between base and swirl nozzle injector increased as the injection pressure ($P_{inj}$) and energizing duration ($t_{eng}$) decreased under the same test conditions. The maximum injection rate ($Q_{inj}$) of swirl nozzle injector was higher than base nozzle injector about 2~5%. The injection performance of swirl nozzle was better than base nozzle at low injection pressure ($P_{inj}$) and short energizing duration ($t_{eng}$) conditions.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제34권5호
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• pp.645-652
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• 2010

본 연구의 목적은 다양한 분위기 압력 하에서 커먼레일 디젤인젝터를 통해 분사되는 비증발 디젤 분무특성에 관한 연구이다. 디젤분무의 거시적 특성으로 분무관통거리와 분무각을 음영사진과 이미지프로세싱으로 연구하였다. 수치해석은 상용 CFD프로그램인 AVL-FIRE를 사용하였다. 분열모델은 WAVE모델을 사용하였으며 표준 $k-{\varepsilon}$난류모델을 적용하였다. 분무각과 Zeuch법을 적용한 연료 분사율을 수치해석의 입력값으로 사용하였다. 분무관통거리를 실험값과 비교하여 좋은 결과를 얻었고 수치해석을 통하여 노즐팁 하류방향으로 분무의 각 구간별 액적입경분포를 알아보았다.

• 에너지공학
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• 제16권3호
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• pp.120-127
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• 2007

본 연구의 목적은 디젤연소장의 분위기조건에 따라 다성분 혼합연료의 질량분률이 분무착화 및 연소특성에 미치는 영향을 실험적으로 고찰하는데 있다. 착화 및 연소특성은 화학발광계측법 및 직접촬영법을 이용하여 분석되었다. 실험은 광계측기를 사용하여 RCEM에서 이루어졌으며, 이소옥탄, 노말 도데칸, 노말 헥사데칸으로 혼합한 다성분연료는 커먼레일 인젝터의 전자제어에 의해 RCEM의 연소실 내로 분사된다. 실험조건은 분사압력 42, 72, 112 MPa과 분위기온도 700, 800, 900 K로 하였다. 그 결과로서 착화지연은 고세탄가성분에 의존하고, 분위기온도가 낮을 경우 저비점성분 혼합비율의 증가에 따라 휘도영역이 현저하게 낮아지며, 열발생률이 증가하면서 확산연소기간을 단축시킨다.