Since the direct injection diesel engines show higher thermal efficiency than gasoline engines, also for their high torque characteristic from low to high engine speeds, they are widely using from personal cars and commercial cars to marine application. Higher thermal efficiency of the diesel engines is a result of higher compression ratio and lean combustion, which means they show better fuel economy.
Variable valve actuation technology was applied to gasoline engines with the purpose of exhaust emission reduction and fuel economy improvement from the past. Since the gasoline engines have pumping loss due to the throttle on the intake manifold and have importance in the volumetric efficiency because of their stoichiometric combustion condition, the early researchers adopted the variable valve actuator for controlling the intake air mass to enhance the fuel economy and reduce the hazardous emissions.
Since the diesel engines do not have a throttle in general and operating with lean combustion, same strategy as the gasoline engines can not show drastic effect. Therefore, it is important to study about valve strategy of the diesel engines separate from the gasoline engines.
In this study, the variable valve actuator for heavy duty diesel engine was designed, following the result of hydraulic simulation, and manufactured. Also the effects of early intake valve closing timing were investigated in a single cylinder heavy duty diesel engine by changing the cam shaft phase and the gap between the rocker arm and the calliper. Furthermore, the effects of further intake valve closing timing, including early and late, were investigated by using an engine simulation program.
As a result, the manufactured variable valve actuator showed slower operating speed because of the pressure limited in hydraulic system, therefore it needs an improvement. With early intake valve closing timing, it showed higher indicated mean effective pressure with some injection timings, lower hydrocarbons and carbon monoxide emissions due to its higher combustion temperature and higher peak in nitrogen oxides and smoke emissions. With engine simulation, by reason of limitation in combustion phase prediction, detailed trend in engine output and emissions were not shown, however the overall trend was appeared.
직접 분사식 디젤 엔진은 가솔린 엔진에 비해 높은 열효율을 보이며, 낮은 엔진 속도로부터 높은 엔진 속도까지 고르게 높은 토크 특성을 보여 승용차, 상용차로부터 선박에까지 폭넓게 이용되고 있다. 디젤 엔진의 높은 열효율은 좋은 연비 특성을 의미하며, 높은 압축비와 희박 연소로부터 기인한다.
과거로부터 가변 밸브 작동 기술은 연비를 개선하고 배기 배출을 저감하기 위한 목적으로 가솔린 엔진에 적용디어 왔다. 가솔린 엔진의 경우 흡기 매니폴드의 쓰로틀로 인한 펌핑 손실이 존재하고, 이론공연비 조건에서의 연소를 하기 때문에 충진 효율이 중요하다. 초기 연구원들은 가변 밸브 작동기의 적용을 통해 쓰로틀 없이 흡입 공기량을 조절하는 방식으로 연비를 개선하고 동시에 배기 배출을 저감하고자 하였다.
디젤 엔진은 쓰로틀이 존재 하지 않은 경우가 일반적이고 희박 연소를 하는 특성이 있어, 가솔린 엔진과 같은 방식의 적용을 통하여 극적인 효과를 기대하기 어렵다. 그러므로 가솔린 엔진과 분리하여 디젤 엔진만의 밸브 전략을 연구하는 것이 중요하다.
본 연구에서는 유압 시뮬레이션을 활용하여 대형 디젤 엔진에 적용 가능한 가변 밸브 작동기를 설계, 제작한다. 또한 단기통 대형 디젤 엔진에의 캠축의 위상을 조절하고 로커암과 캘리퍼 사이의 간극 조절을 통하여 이른 흡기 밸브 닫음 타이밍을 적용하여 효과를 살핀다. 더하여 엔진 시뮬레이션을 통하여 더 확장 된 영역에서의 흡기 밸브 닫음 타이밍 변경이 엔진에 미치는 영향을 살핀다.
제작 된 가변 밸브 작동기는 유압 시스템에서의 문제로 기대했던 수준의 작동 수준이 나오지 않아 추가적인 개선이 필요하다. 이른 흡기 밸브 닫음 타이밍의 적용을 통하여 일부 분사 시기에서 기존에 비해 더 높은 도시 평균 유효 압력을 얻었고, 높은 연소 온도에 따라 탄화수소와 일산화탄소의 배출을 저감할 수 있었다. 엔진 시뮬레이션 결과 연소상 예측의 한계에 따라 거시적인 엔진 출력 및 배기 배출 특성의 경향을 살필 수 있었지만 세부적인 경향은 살필 수 없었다.
