[논문]분사조건에 따른 LPG 인젝터의 분무특성에 관한 연구

류재덕; 윤용원; 이기형; 이창식

문제 정의

따라서, 본 연구에서는 기존외 LPG믹서 타입 연료공급 시스템외 구조적인 단점을 보완하기 위하여 LPG 연료를 인적터* 사용하여 휴기포트에액상분사 시길 수 있는 LPLi 엔진 개발에 필요한 연료공급시스템을 구측하고, 이 시스템은 이용한 엑상분무 가시화 실험을 릉하여 분무 패턴의 기초적인 자료을 제공하는 것이 본 연구의 목적이다. LPG 연료외 사용시 엔진 추력외 감소* 보상하기 위하여는 과급 기스이 필요하다.
본 연구에서는 LPG 연료외 액상분사시외 연료 거동을 분석하고, MPI 엔진외 과급조건을 모사하여 분위기 압력이 분무륵성에 미치는 영향율 핑가하였다. 이와 같은 본 연구를 릉하여 아래와갈은 결과 율 얻었다.
본 연구에서는 LPLi 인적터의 분무 형상을 가시화하여 LPG 액상 분무거리를 측정함으로써흅기포트에 인젝터 장착시의 기초 테이터를 구축하고자 한다. 이를 위하여 Fig.

제안 방법

또한, 액상밸브, 이용하여 고압 외 질소* 사용하여 옉상외 LPG가 공급되도록 하였다. LPG 봄베 내부는 LPG 기상과 엑상멏 질소가스외 밀도값의 차이에 따라 최상부에 질소가스가 존재하고 최하부에 액상외 LPG가 위치하므로 사이판 밸브를 사용하여 액상의 LPG만을 추츨하도륙 하였다.
6은 LPG 조성에 따른 분무 형상를 거시적으로 가시화한 결과이다. LPG 조성은 부탄 100%, 부탄 70% 와 프로관 30%, 부단 40% 와프로 판 60%의 세가지 증류, 사용하여 가시화하였다. 연료외 조성은 계절에 따라 대기중의 은도가 변화하므로 LPG가 기화하는 것을 방지하기 위하여 기은이 낮아질수륙 프로판외 비을이 증가되면서 공급된다.
LPG 연료외 사용시 엔진 추력외 감소* 보상하기 위하여는 과급 기스이 필요하다. 따라서 과급조건을 고려하여 분위기 압력을 대기압부터 약 3 bar까지 변화시키면서, 분위기 압력의 변화에 따른 분무형상을 가시화 하였다.
따라서 분위기 압력의 증가에 따른 분무형태외 변화를 파악하기 위하여 분위기 압력을 조정하여 분무 가시화 실험을 수행하였다. 과급기 압력을 모사하기 위하여 질소가스*.
2에 나타낸 바와 같이 상은 상태에서 LPG 중기압 이상인 20 bar 정도의 고압을 유지하도록 하였다. 또한, 액상밸브, 이용하여 고압 외 질소* 사용하여 옉상외 LPG가 공급되도록 하였다. LPG 봄베 내부는 LPG 기상과 엑상멏 질소가스외 밀도값의 차이에 따라 최상부에 질소가스가 존재하고 최하부에 액상외 LPG가 위치하므로 사이판 밸브를 사용하여 액상의 LPG만을 추츨하도륙 하였다.
화상 취둑은 Sony 사의 모델명 XC-77RR CCD 카메라을 사용하였으며, 이미지 보드는 Matrox 사외 8bit 의 640(H) x 480(V) 분해능을 갖는 MeteorRGB를 사용하였다. 레이저와 인적터 분사신호의 동기를 위하여피코(pico) 단위의 분해능을 가지는 디지털 펄스받생기 (DG535, Stanford사 제풍)를 사응하였다.
연료외 조성은 계절에 따라 대기중의 은도가 변화하므로 LPG가 기화하는 것을 방지하기 위하여 기은이 낮아질수륙 프로판외 비을이 증가되면서 공급된다. 분무조건으로 분사압력은 각각 10 bar, 15 bar이고, 분위기 압력은 대기압이며, 분사기간은 5msec 조건애서 실험을 수행하였다.
7bar 까지 분무 가시화 실험한 결과이다. 분사압력은 10 bar와 15 bar인 두 가지 조건에서 수항하였고, LP 액상 연료외 조성은 부탄 70% 와 프로판 30% 외 흔합믈욜 사용하였다.
과급기 압력을 모사하기 위하여 질소가스*.사용하여 고압 챔버내에서 분위기 압력을 조성한 후 LPG 액상 분사 가시화 실험을 수행하였다. Fig.
7 는 연료 조성에 따른 분무 도달 거리츨비교한 결과이다. 실험조건은 분사압력은 10bar, 15bar, 20bar외 세가지 경우이며, 분사 기간은 10msec 로 고정하였고, 분위기 압력은 대기압이다. 그림에서 보는 바와 갇이 분무 도달 거리는 앞의 분무가시화 결과애서 나타나 있돗이 부탄의비을이 증어듈수륙 감소하는 경흠을 보여 주고 있다.
앞 절에서 설딩한 방법을 사용하여 인긱터 분사량은 측정한 결과를 아래외 Fig. 5에 나타내었다 인젝터외 분사시간을 3msec 부터 30msec 까지 변화시겼고, 본사압력은 LPG가 증발하는 것을 방지하기 위하여, lObar 부터 20bar 까지외 압력 조건에서 실험을 수행하였다. 이 그림으로부터 분사량은 분사기간에 따라 모든 분사압력에서 선형적으로 증가하는 경향을 보였다.
엔진외 흅입공기 과급 조건을 모사하기 위하여 챔버내의 압력을 질소가스를 사용하여 변화시키면서 분무 가시화 실험을 수电하였다.
연료관은 LPG가 기화되는 것을 방지되도록알력손싵과 은도변화가 언도로 제착하였으며, LPG 송베의 엑상네브■ 릉하여 엑상외 LPG* 인젝터로 공급되도록 하었다.
1에 나타낸 바와 갈이 연료공급 장치 묵 구성하였다. 연료탱크는 기존의 LPG 븜베* 사용하였고, 기상밸브블 불하성 가스인 고압의 질소 탱크와 연결하여 LPG 봄베내의 압력은 아래외 Fig. 2에 나타낸 바와 같이 상은 상태에서 LPG 중기압 이상인 20 bar 정도의 고압을 유지하도록 하였다. 또한, 액상밸브, 이용하여 고압 외 질소* 사용하여 옉상외 LPG가 공급되도록 하였다.
인객터로 공급되는 LPG 연료의 압력을 일정하게 유지시키기 위하여 고압 레귤레이터를 이용하여 연료의 압력올 일정압력으로 유지시켰다. 따라서, LPG 연료의 공급압력은 질소탱크 출구의 레귤레이터와 LPG 봄베 츨구의 레귤레이터로조절하였다.

대상 데이터

광원으로는 최대 츨력은 2(X)mJ이고, 파장은 532 nm 인 ND:YAG 레이저 (Surlite 1-10, Gontinuum)롤 사용하였고, 유도된 레이저 쉬트빔의 두께는 2mm 이다. 화상 취둑은 Sony 사의 모델명 XC-77RR CCD 카메라을 사용하였으며, 이미지 보드는 Matrox 사외 8bit 의 640(H) x 480(V) 분해능을 갖는 MeteorRGB를 사용하였다.
본 연구예서는 LPG 연료를 액상으로 분사하기 위하여 Fig. 1에 나타낸 바와 갈이 연료공급 장치 묵 구성하였다. 연료탱크는 기존의 LPG 븜베* 사용하였고, 기상밸브블 불하성 가스인 고압의 질소 탱크와 연결하여 LPG 봄베내의 압력은 아래외 Fig.
두께는 2mm 이다. 화상 취둑은 Sony 사의 모델명 XC-77RR CCD 카메라을 사용하였으며, 이미지 보드는 Matrox 사외 8bit 의 640(H) x 480(V) 분해능을 갖는 MeteorRGB를 사용하였다. 레이저와 인적터 분사신호의 동기를 위하여피코(pico) 단위의 분해능을 가지는 디지털 펄스받생기 (DG535, Stanford사 제풍)를 사응하였다.

성능/효과

1) LPG의 엑상 분사량은 분사압력에 선형적으로 비례하는 경향을 나타내었으며, 분사압력이 5bar 중가함에 따라 분사량은 15% 증가하였다.
2)연료 조성에 따른 분무 가시화를 수행한결과, 프로판이 부탄에 비해 비점이 낮으므로 프로판의 비을이 중가함에 따라 분무도달거리가 짧아질 뿐만 아니라, 기화시간도 촉진되는 경향을 보이고 있다.
3) 부탄과 프로판의 비율을 변경하여 분사 시간에 따른 분무도달거리를 축정한 결과 분사압력이 5bar 중가시 분무도달거리는 10%정도 중가하는 경향을 나타내었다.
4) MPI 엔진의 과급 조건을 고려하기 위하여 분위기 압력을 변화시키면서 분무 가시화를 수행한 결과 분무도달거리는 분위기 압력이 중가함에따라 감소하는 경향을 보였고, 분무각은 분사 압력에는 큰 변화가 없었으며, 본위기 압력이 중가 항에 따라 증가하는 경향을 보이고 있다.
8에 나타낸 바와 갈이 분위기 압력이 증가됨에 따라 분무 도달거리 W 감소하는 경향을 보이고 있다. 또한, 3 msec 미만외 분사 초기시는 분사압력에 반비례하여 15 bar인 경우가 분무거리가 짧게 나타났고, 3 msec 이상외 경우는 분사압력에 비례하여 분사 도달거리가 크게 나타났다. 이러한 경향은 분사압력이 높은 경우가 초기에 인잭터외 솔레노이드 밸브* 여는 지연시간이 길기 매문에 나타나는 현상으로 판단된다.
이 그림으로부터 분사량은 분사기간에 따라 모든 분사압력에서 선형적으로 증가하는 경향을 보였다. 또한, 분사압력이 약 5bw 증가함에 따라 분사량이 15% 정도 증가하는 사실을 알 수 있다.
그림에서 보는 바와 갇이 분무 도달 거리는 앞의 분무가시화 결과애서 나타나 있돗이 부탄의비을이 증어듈수륙 감소하는 경흠을 보여 주고 있다. 부탄 100%는 5msec 이상에서 분무 도달거리가 약 110mm 정도로 일정하게 나타났으며, 부탄 40%와 프로판 60%인 흔함 연료는 3msec 이상에서 분무 도달거리가 약 80mm로 거의 일정분사압력에 따라서는 분무도달거리는 분사후 5 msec 까지는 본사압력이 5bar 중가함에 따라 10% 정도 중가되는 경향을 보이고 있으며 LPG 연료외 기화득성은 분사압력 보다는 LPG 조성인 부탄과 프로판의 비욷에 더 큰 영향을 받는 것으로 판단된다.

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