강화되고 있는 배기가스 규제와 연비 향상을 동시에 만족할 수 있는 측면에서의 대표적인 기술은 희박연소방법이다. 그러나 가솔린 기간에서 예혼합기의 희박연소는 실화의 우려와 함께 매우 느린 연소 속도로 인하여 사이클 변동이 크고, 출력이 낮으며 미연탄화수소가 다량으로 배출되는 등의 단점이 있다. 이를 해결하기 위한 방법으로 주실 상부에 다수의 연락공을 지닌 소형의 부실을 설치하고 부실에서 연소에 의해 생성된 라디칼을 유도 분출시켜 주실 내 희박예혼합기의 연소 성능을 개선시키는 라디칼 착화기술(Radical Ignition, ...
강화되고 있는 배기가스 규제와 연비 향상을 동시에 만족할 수 있는 측면에서의 대표적인 기술은 희박연소방법이다. 그러나 가솔린 기간에서 예혼합기의 희박연소는 실화의 우려와 함께 매우 느린 연소 속도로 인하여 사이클 변동이 크고, 출력이 낮으며 미연탄화수소가 다량으로 배출되는 등의 단점이 있다. 이를 해결하기 위한 방법으로 주실 상부에 다수의 연락공을 지닌 소형의 부실을 설치하고 부실에서 연소에 의해 생성된 라디칼을 유도 분출시켜 주실 내 희박예혼합기의 연소 성능을 개선시키는 라디칼 착화기술(Radical Ignition, RI)을 사용하였다. 본 연구에서는 CNG연료를 사용하여 위의 기술을 상용 다기통 엔진에서 구현함으로써 CNG엔진의 기술개발을 목적으로 수행하였고, 그 주요 연구 결과들은 다음과 같다. 1) 단기통 부실 직접 분사식(Sub-Chamber Direct Injection)엔진은 주어진 1700rpm 쓰로틀 개도율 50% 에서 공기과잉률(λ) 1.7의 희박한계까지 안정적으로 작동하였으며 연료분사시기와 혼합비에 따라 각종 연소특성이 크게 변화되었다. 2) 단기통 부실 직접 분사식 엔진의 열효율은 imep가 높고 COVimep가 낮은 분사시기 영역에서 높게 나타났으며 특히 λ=1.4에서 31%로 가장 높은 값을 보였다. 3) 단기통 부실 직접 분사식 엔진의 CO의 배출농도는 이론공연비의 경우 외에는 분사시기에 상관없이 1000ppm 이하로 매우 낮았으며, THC와 NOx는 혼합비와 분사시기의 영향을 동시에 받으며 경향성은 정반대이다. 4) 열효율과 희박가연한계가 개선되며 유해배출가스를 줄일 수 있는 적정 분사시기 및 혼합비 제어영역은 각각 ATDC 20〫 ～50〫 와 λ=1.4 근처이다. 5) 가솔린엔진을 PFI(Port Fuel Injection)방식과 부실 직접 분사 방식을 혼용할 수 있는 CNG엔진으로 개조, 운전하여 비교적 정상적인 운전이 가능하였다. 6) PFI방식을 사용한 CNG엔진의 연소특성은 이론공연비에서 높은 효율을 가지는 기존의 기화기방식 가솔린엔진의 경향성과 동일하다. 7) 부실 직분식에서 점화시기 진각은 Knocking을 발생하고 지각은 후 연소가 발생하여 MBT(Maximum Break Torque timing)의 도출이 어렵다. 따라서 분할 분사 연구 시 운전 성능은 최적 점화시기의 도출이 중요한 부분을 차지 할 것이다. 8) 부실직분식을 사용한 CNG엔진의 경우는 PFI방식을 사용한 경우보다 희박영역에서 안정된 운전성을 보여 넓은 희박가연한계를 가진다. 9) 최적 연락공의 단면적과 부실 체적, 즉 Ah/Vs 는 0.02m-1 보다 크다. 10) 이론 혼합비에서 운전 성능이 뛰어난 PFI방식과 희박 혼합비에서 운전성능이 뛰어난 부실 직분식을 혼용하여 더 높은 효율을 내는 엔진 설계의 가능성을 발견하였다.
강화되고 있는 배기가스 규제와 연비 향상을 동시에 만족할 수 있는 측면에서의 대표적인 기술은 희박연소방법이다. 그러나 가솔린 기간에서 예혼합기의 희박연소는 실화의 우려와 함께 매우 느린 연소 속도로 인하여 사이클 변동이 크고, 출력이 낮으며 미연탄화수소가 다량으로 배출되는 등의 단점이 있다. 이를 해결하기 위한 방법으로 주실 상부에 다수의 연락공을 지닌 소형의 부실을 설치하고 부실에서 연소에 의해 생성된 라디칼을 유도 분출시켜 주실 내 희박예혼합기의 연소 성능을 개선시키는 라디칼 착화기술(Radical Ignition, RI)을 사용하였다. 본 연구에서는 CNG연료를 사용하여 위의 기술을 상용 다기통 엔진에서 구현함으로써 CNG엔진의 기술개발을 목적으로 수행하였고, 그 주요 연구 결과들은 다음과 같다. 1) 단기통 부실 직접 분사식(Sub-Chamber Direct Injection)엔진은 주어진 1700rpm 쓰로틀 개도율 50% 에서 공기과잉률(λ) 1.7의 희박한계까지 안정적으로 작동하였으며 연료분사시기와 혼합비에 따라 각종 연소특성이 크게 변화되었다. 2) 단기통 부실 직접 분사식 엔진의 열효율은 imep가 높고 COVimep가 낮은 분사시기 영역에서 높게 나타났으며 특히 λ=1.4에서 31%로 가장 높은 값을 보였다. 3) 단기통 부실 직접 분사식 엔진의 CO의 배출농도는 이론공연비의 경우 외에는 분사시기에 상관없이 1000ppm 이하로 매우 낮았으며, THC와 NOx는 혼합비와 분사시기의 영향을 동시에 받으며 경향성은 정반대이다. 4) 열효율과 희박가연한계가 개선되며 유해배출가스를 줄일 수 있는 적정 분사시기 및 혼합비 제어영역은 각각 ATDC 20〫 ～50〫 와 λ=1.4 근처이다. 5) 가솔린엔진을 PFI(Port Fuel Injection)방식과 부실 직접 분사 방식을 혼용할 수 있는 CNG엔진으로 개조, 운전하여 비교적 정상적인 운전이 가능하였다. 6) PFI방식을 사용한 CNG엔진의 연소특성은 이론공연비에서 높은 효율을 가지는 기존의 기화기방식 가솔린엔진의 경향성과 동일하다. 7) 부실 직분식에서 점화시기 진각은 Knocking을 발생하고 지각은 후 연소가 발생하여 MBT(Maximum Break Torque timing)의 도출이 어렵다. 따라서 분할 분사 연구 시 운전 성능은 최적 점화시기의 도출이 중요한 부분을 차지 할 것이다. 8) 부실직분식을 사용한 CNG엔진의 경우는 PFI방식을 사용한 경우보다 희박영역에서 안정된 운전성을 보여 넓은 희박가연한계를 가진다. 9) 최적 연락공의 단면적과 부실 체적, 즉 Ah/Vs 는 0.02m-1 보다 크다. 10) 이론 혼합비에서 운전 성능이 뛰어난 PFI방식과 희박 혼합비에서 운전성능이 뛰어난 부실 직분식을 혼용하여 더 높은 효율을 내는 엔진 설계의 가능성을 발견하였다.
The objective of this study is to derive the optimum performance of CNG fueled operation in a commercial two-cylinder engine that was adapted for the engine using PFI(Port Fuel Injection) together with sub-chamber DI(Direct Injection). In case of using dual injection type, the optimized injection qu...
The objective of this study is to derive the optimum performance of CNG fueled operation in a commercial two-cylinder engine that was adapted for the engine using PFI(Port Fuel Injection) together with sub-chamber DI(Direct Injection). In case of using dual injection type, the optimized injection quantity to improve the engine efficiency is determined by comparing and investigating each injection type. Combustion characteristics in accordance with air excess ratio and injection timing were investigated by multi-point injection using CNG fuel. On the basis of PFI type, the standard of fuel injection duration was obtained and it was applied to DI type. Air excess ratio was regulated by handel accelerator and Lambda sensor, and Spark timing and injection timing were controlled by the custom-built ECU. Furthermore, the data about in-cylinder pressure, rate of heat release, IME(Indicated Mean Effective pressure), mass fraction burned and COVimep(Coefficient Of Variation) were gotten by Lab-VIEW.
The objective of this study is to derive the optimum performance of CNG fueled operation in a commercial two-cylinder engine that was adapted for the engine using PFI(Port Fuel Injection) together with sub-chamber DI(Direct Injection). In case of using dual injection type, the optimized injection quantity to improve the engine efficiency is determined by comparing and investigating each injection type. Combustion characteristics in accordance with air excess ratio and injection timing were investigated by multi-point injection using CNG fuel. On the basis of PFI type, the standard of fuel injection duration was obtained and it was applied to DI type. Air excess ratio was regulated by handel accelerator and Lambda sensor, and Spark timing and injection timing were controlled by the custom-built ECU. Furthermore, the data about in-cylinder pressure, rate of heat release, IME(Indicated Mean Effective pressure), mass fraction burned and COVimep(Coefficient Of Variation) were gotten by Lab-VIEW.
주제어
#라디칼 착화(Radical Injection RI) 부실 직접 분사(Sub-Chamber Direct Injection) PFI(Port Fuel Injection)
학위논문 정보
저자
진종무
학위수여기관
동아대학교 대학원
학위구분
국내석사
학과
기계공학과
발행연도
2010
총페이지
vi, 44 p.
키워드
라디칼 착화(Radical Injection RI) 부실 직접 분사(Sub-Chamber Direct Injection) PFI(Port Fuel Injection)
AI-Helper
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.