Due to energy crisis and greenhouse gas problems, researchers have tried to improve the efficiency of gasoline engines. Among various strategies for the efficiency improvement of the gasoline engines, downsizing has been highlighted. Downsizing is the technology that replaces the large displacement engine with the small displacement one that can produce same power through the use of forced inductions. Downsizing, since the engine operates in the high load region where the specific fuel consumption is low, is considered as efficient technology.
Despite these strong advantages, the downsized engines’ benefit is limited by the phenomenon called knocking. Knocking is the abnormal combustion phenomenon where the air and fuel mixture auto-ignites before the flame front initiated by the spark discharge arrives the piston. The high in-cylinder pressure and temperature are the main causes of knocking. The downsized engines become even more vulnerable to knocking under transient conditions, mainly due to the sudden increase in the intake flow.
Thus, in this research, through the parametric study, the effects of intake cam, exhaust cam, and spark ignition timing, and the tumble flap on the knocking combustion are analyzed. Moreover, using the analysis and the experimental result, the transient operation of the engine is assessed from the knocking combustion perspective. From this analysis, it was found that the residual gas fraction is increased from the sudden closure of wastegate during the transient acceleration, and this aggravates the knocking propensity.
Thus, by applying the transient engine parameter control that aggressively advances the exhaust valve timing and the intake valve timing during this region, the wastegate closing level was reduced. Thus, the exhaust backpressure was reduced, and this increased the ignition advance margin without aggravating the knocking propensity. By applying this engine parameter control, the engine torque output and the fuel consumption level are improved by 3.3% and 2.4%, respectively.
에너지 및 온실가스 문제로 인해, 가솔린 엔진의 고효율화가 급증함에 따라 다운사이징이 활발히 적용되고 있다. 다운사이징이란 과급을 통해 저 배기량 엔진으로 고 배기량 엔진의 성능을 구현하는 기술을 말한다. 다운사이징 엔진은 대 배기량 엔진 대비 열효율이 높은 고 부하 영역을 이용하여 연비절감에 효과적이다.
하지만, 다운사이징 엔진은 자연흡기 엔진에 비해 흡기 과급으로 실린더 내 온도와 압력이 상승하여 연료와 산소 혼합기가 자발화 하는 노킹 현상에 취약하다. 이러한 경향은 실린더 내 소기효율이 떨어지는 저속조건, 순간적 흡기과잉이 발생하는 과도응답 조건에서 악화된다.
본 연구는 매개변수연구를 통해, 흡기 와 배기 캠, 점화시기, 그리고 텀블 강화가 노킹에 미치는 영향을 분석하고, 이를 기반으로 엔진의 과도응답 거동을 노킹 관점에서 분석하였다. 그 결과, 과도응답 조건의 경우 웨이스트 게이트가 급격히 닫히는 구간에서 잔류 배기가스량 증가로 인하여 노킹현상 악화를 확인하였다. 따라서, 이 구간에서 배기 캠을 급격히 진각시키는 전략으로 웨이스트 게이트 닫힘 정도를 낮추어 배압을 감소하고, 손실 된 일을 흡기 캠 진각으로 보상한 결과, 노킹 저감으로 점화 진각 범위가 확장하였다. 그 결과, 과도응답구간에서 엔진 토크가 3.3%, 연비가 2.4% 개선 되었다.
