스파크 점화 가솔린 엔진에서 흡기조건에 대한 연소 및 성능 특성에 관한 연구 A Study on the combustion and performance characteristics at intake charge condition of spark ignition gasoline engine원문보기
최근 수송기계 엔진분야는 오일쇼크 및 화석연료의 고갈에 따른 대응책으로 연비 성능향상에 대한 사회적인 요구가 한층 강화되고 있다. 일반적으로 엔진 효율의 증가와 더불어 배기가스의 유해성분 저감에 의한 저공해, 저 연비의 동시 만족을 요구하고 있으나 이는 매우 어려운 기술과제이다. 이러한 문제를 해결하기 위해 희박연소 및 배출가스 처리기술이 다방면으로 연구되고 있다. 자동차 배출가스는 지구온난화, 오존층파괴, 산성비등 지구 환경에 영향을 미치고, 또한 호흡기 및 신경성 장애, HC와 NOx의 ...
최근 수송기계 엔진분야는 오일쇼크 및 화석연료의 고갈에 따른 대응책으로 연비 성능향상에 대한 사회적인 요구가 한층 강화되고 있다. 일반적으로 엔진 효율의 증가와 더불어 배기가스의 유해성분 저감에 의한 저공해, 저 연비의 동시 만족을 요구하고 있으나 이는 매우 어려운 기술과제이다. 이러한 문제를 해결하기 위해 희박연소 및 배출가스 처리기술이 다방면으로 연구되고 있다. 자동차 배출가스는 지구온난화, 오존층파괴, 산성비등 지구 환경에 영향을 미치고, 또한 호흡기 및 신경성 장애, HC와 NOx의 광화학 반응에 의한 오존발생 문제와 최근에 PM이 폐암의 원인으로 밝혀지고 있어 자동차 배출가스가 인체에 미치는 영향에 대한 관심이 증폭되고 있다. 배출가스중 NOx의 배출을 저감시키기 위하여 배기가스 재순환(EGR)의 사용이 권장되고 있으며, EGR을 적용할 경우 노킹(Knocking)을 방지하고 연비를 증가시키는 효과가 있는 것으로 알려져 있다. 하지만 자동차 생산분야에서는 연소 불안정성과 노킹에 대한 우려 및 EGR 밸브의 단점때문에 EGR 적용을 꺼려했으나, 최근 GDI 엔진 등 희박한 공연비 연소에 의해 발생하는 NOx의 배출은 기존의 후처리 기술로 정화가 곤란하고, 최근 Urea-SCR 촉매, Lean NOx 촉매 그리고 저온 프리즈마 장치들이 활발히 연구되고 있으나 아직 실용화 단계에 이르지 못하였으며, EGR 기술 측면에서 냉각가스 EGR 시스템의 최적화와 실린더간 분배개선, 그리고 E-EGR 밸브를 사용함으로써 EGR양을 정확하게 제어하여 NOx 배출량을 저감시키기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 따라서 본 연구에서는 상용 일반 및 린번 가솔린 엔진에서 엔진동력계의 부하와 속도, EGR율 변화 및 냉각가스 EGR 시스템을 적용함으로써 연소특성 및 엔진 성능특성을 해석해 보고자 한다. 스파크 점화 엔진의 일반연소영역에서 배기가스 재순환(EGR, Exhaust gas recirculation)은 배기가스 중의 질소산화물을 줄일 수 있는 효과적인 방법이고, 펌프손실과 냉각손실을 줄여주기 때문에 연비를 향상시킬 수 있으며, 연소온도를 낮추어 NOx의 배출을 줄일 수 있다. 또한 EGR 유입온도를 낮추어 주게 되면 높은 온도의 EGR 가스 유입에 비해 상대적으로 높은 충진 효율을 갖게되어 기관출력이 증가하고 연료소비율이 감소하게되며 배출가스(HC, NOx)또한 저감될 것으로 판단된다. 본 실험에서는 이를 확인하기 위하여 엔진 동력계에 Lean Burn 1.5 DOHC엔진을 장착하고, 기관회전수 검출부 및 배기다기관에서 흡입다기관으로 배기가스를 재순환 할 수 있는 장치를 설계 및 제작하였다. 고온의 배기가스재순환(Hot EGR)과 냉각된 배기가스 재순환(Cooled EGR) 등 배기가스의 온도 변화와 EGR율을 변화시켜가며 특히 연료소비율 및 NOx저감 변화에 중점을 두고 실험하였다. 실험결과 EGR온도가 60℃에서 80℃로 유지되었을 때 가장 좋은 엔진 및 배기 성능을 보였으며, 제동연료 소비율의 경우 EGR 온도에 따라 최고 23 g/ps-h까지의 연비개선 효과가 있었으며, BSFC와 배출가스는 EGR율 15%까지 선형적으로 감소하였으며 특히 NOx는 크게 감소하였다. 15% 이상의 EGR 유입시 기관의 연소불안정에 따른 출력 감소로 인해 BSFC, NOx는 공히 증가하였으며 이를 개선하기 위해 고 EGR율에서 연소를 안정시킬 수 있는 연구가 수행되어야 한다고 판단된다. 전체적으로 린번엔진은 일반엔진에 비해 배출가스량은 작지만 온도에 따른 변화폭이 큰 것으로 보아 연소효율이 좋고 흡기조성 및 온도변화에 민감한 것을 확인하였다. 또한 본 실험에 사용된 EGR냉각장치의 한계 상 EGR유입온도를 60℃이하로 유지하는 것과 EGR율이 20%이상 증가할 경우 EGR량의 증가에 따른 온도제어에 어려움이 있었다.
최근 수송기계 엔진분야는 오일쇼크 및 화석연료의 고갈에 따른 대응책으로 연비 성능향상에 대한 사회적인 요구가 한층 강화되고 있다. 일반적으로 엔진 효율의 증가와 더불어 배기가스의 유해성분 저감에 의한 저공해, 저 연비의 동시 만족을 요구하고 있으나 이는 매우 어려운 기술과제이다. 이러한 문제를 해결하기 위해 희박연소 및 배출가스 처리기술이 다방면으로 연구되고 있다. 자동차 배출가스는 지구온난화, 오존층파괴, 산성비등 지구 환경에 영향을 미치고, 또한 호흡기 및 신경성 장애, HC와 NOx의 광화학 반응에 의한 오존발생 문제와 최근에 PM이 폐암의 원인으로 밝혀지고 있어 자동차 배출가스가 인체에 미치는 영향에 대한 관심이 증폭되고 있다. 배출가스중 NOx의 배출을 저감시키기 위하여 배기가스 재순환(EGR)의 사용이 권장되고 있으며, EGR을 적용할 경우 노킹(Knocking)을 방지하고 연비를 증가시키는 효과가 있는 것으로 알려져 있다. 하지만 자동차 생산분야에서는 연소 불안정성과 노킹에 대한 우려 및 EGR 밸브의 단점때문에 EGR 적용을 꺼려했으나, 최근 GDI 엔진 등 희박한 공연비 연소에 의해 발생하는 NOx의 배출은 기존의 후처리 기술로 정화가 곤란하고, 최근 Urea-SCR 촉매, Lean NOx 촉매 그리고 저온 프리즈마 장치들이 활발히 연구되고 있으나 아직 실용화 단계에 이르지 못하였으며, EGR 기술 측면에서 냉각가스 EGR 시스템의 최적화와 실린더간 분배개선, 그리고 E-EGR 밸브를 사용함으로써 EGR양을 정확하게 제어하여 NOx 배출량을 저감시키기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 따라서 본 연구에서는 상용 일반 및 린번 가솔린 엔진에서 엔진동력계의 부하와 속도, EGR율 변화 및 냉각가스 EGR 시스템을 적용함으로써 연소특성 및 엔진 성능특성을 해석해 보고자 한다. 스파크 점화 엔진의 일반연소영역에서 배기가스 재순환(EGR, Exhaust gas recirculation)은 배기가스 중의 질소산화물을 줄일 수 있는 효과적인 방법이고, 펌프손실과 냉각손실을 줄여주기 때문에 연비를 향상시킬 수 있으며, 연소온도를 낮추어 NOx의 배출을 줄일 수 있다. 또한 EGR 유입온도를 낮추어 주게 되면 높은 온도의 EGR 가스 유입에 비해 상대적으로 높은 충진 효율을 갖게되어 기관출력이 증가하고 연료소비율이 감소하게되며 배출가스(HC, NOx)또한 저감될 것으로 판단된다. 본 실험에서는 이를 확인하기 위하여 엔진 동력계에 Lean Burn 1.5 DOHC엔진을 장착하고, 기관회전수 검출부 및 배기다기관에서 흡입다기관으로 배기가스를 재순환 할 수 있는 장치를 설계 및 제작하였다. 고온의 배기가스재순환(Hot EGR)과 냉각된 배기가스 재순환(Cooled EGR) 등 배기가스의 온도 변화와 EGR율을 변화시켜가며 특히 연료소비율 및 NOx저감 변화에 중점을 두고 실험하였다. 실험결과 EGR온도가 60℃에서 80℃로 유지되었을 때 가장 좋은 엔진 및 배기 성능을 보였으며, 제동연료 소비율의 경우 EGR 온도에 따라 최고 23 g/ps-h까지의 연비개선 효과가 있었으며, BSFC와 배출가스는 EGR율 15%까지 선형적으로 감소하였으며 특히 NOx는 크게 감소하였다. 15% 이상의 EGR 유입시 기관의 연소불안정에 따른 출력 감소로 인해 BSFC, NOx는 공히 증가하였으며 이를 개선하기 위해 고 EGR율에서 연소를 안정시킬 수 있는 연구가 수행되어야 한다고 판단된다. 전체적으로 린번엔진은 일반엔진에 비해 배출가스량은 작지만 온도에 따른 변화폭이 큰 것으로 보아 연소효율이 좋고 흡기조성 및 온도변화에 민감한 것을 확인하였다. 또한 본 실험에 사용된 EGR냉각장치의 한계 상 EGR유입온도를 60℃이하로 유지하는 것과 EGR율이 20%이상 증가할 경우 EGR량의 증가에 따른 온도제어에 어려움이 있었다.
At a working principle of conventional SI gasoline engine, the mixture with gasoline and air is intaken through the suction valve into cylinder, compressed and then ignited by an electric discharge, therefore the state of mixture is very improtant in the characteristics of combustion and emission. R...
At a working principle of conventional SI gasoline engine, the mixture with gasoline and air is intaken through the suction valve into cylinder, compressed and then ignited by an electric discharge, therefore the state of mixture is very improtant in the characteristics of combustion and emission. Recently the lean operation is known to decrease both carbon monoxide and exhaust emission while maintaining a good fuel economy, but at very lean mixtures, the combustion rate has been resulted to reduce. In the present study, it is experimented and analyzed the combustion and emission formation according to intake some charge conditions in the lean burn gasoline engine, which is modified the intake system with swirl control actuator, EGR rates and cooler degrees. The conclusions were drawn out by using the analysis of combustion and emission in SI engine under the change of engine speed, flow rates, and temperatures of EGR as a following. 1. It is found that the maximum combustion pressure has risen in the condition of lower temperature more than higher temperature of the inflowed EGR gas. And the occurance CA of peak pressure has been advanced to the TDC. 2. In the cooled EGR gas, the brake specific fuel consumption has enhanced by 7 g/ps-h than that in the hot EGR gas of engine charge. 3. It has been verified that NO formation has been reduced as the flow rate of the cooled EGR gas, but not reduced clearly the temperature of the hot EGR gas. The formation of hydrocarbon has been reduced more in the case of 10% rate of EGR gas, and then found this phenomenon at lean mixture operation of SI engine. It is not easy to solve the problem between low specific fuel consumption and exhaust emission control, in higher regulation about air pollution of an automobile engines.
At a working principle of conventional SI gasoline engine, the mixture with gasoline and air is intaken through the suction valve into cylinder, compressed and then ignited by an electric discharge, therefore the state of mixture is very improtant in the characteristics of combustion and emission. Recently the lean operation is known to decrease both carbon monoxide and exhaust emission while maintaining a good fuel economy, but at very lean mixtures, the combustion rate has been resulted to reduce. In the present study, it is experimented and analyzed the combustion and emission formation according to intake some charge conditions in the lean burn gasoline engine, which is modified the intake system with swirl control actuator, EGR rates and cooler degrees. The conclusions were drawn out by using the analysis of combustion and emission in SI engine under the change of engine speed, flow rates, and temperatures of EGR as a following. 1. It is found that the maximum combustion pressure has risen in the condition of lower temperature more than higher temperature of the inflowed EGR gas. And the occurance CA of peak pressure has been advanced to the TDC. 2. In the cooled EGR gas, the brake specific fuel consumption has enhanced by 7 g/ps-h than that in the hot EGR gas of engine charge. 3. It has been verified that NO formation has been reduced as the flow rate of the cooled EGR gas, but not reduced clearly the temperature of the hot EGR gas. The formation of hydrocarbon has been reduced more in the case of 10% rate of EGR gas, and then found this phenomenon at lean mixture operation of SI engine. It is not easy to solve the problem between low specific fuel consumption and exhaust emission control, in higher regulation about air pollution of an automobile engines.
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