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문제 정의
LPI 시스템은 LPG Mono-Fuel로서는 세계 최초로 양산 적용하여 해외 선진 자동차 업체보다도 최소 2년 이상의 선행기술력 확보하게 되었고 기존의 LPG 차량의 문제점을 동시에 해결함과 동시에 국내 2002EM 배기 규제를 대응하였고 향후 2006EM 대응에 초석을 마련하게 되었다. 본 기술은 LPG 연료의 청정성을 100% 발휘하여 대기환경 개선에 큰 효과가 있으며 차량 성능 및 연비 향상으로 에너지 절약뿐만 아니라 수입대체 과 수출 효과 기대 및 신부 품 개발에 따른 자동차 산업의 발전으로 경제적 파급효과를 발생시켰다.<그림7>은 LPI 시스템 적용한 XG 그랜져 택시 차종의 배기가스 인증치와 국내 배기가스 규체치를 보여준다.
Regulator Unit는 연료 압력센서, 연료 온도센서, 연료차단 밸브 및 압력 레귤 레이터로 구성되어 있다. 연료 압력센서와 온도센서는 엔진룸의 연료 상태를 알기 위해 사용되고, 연료차단 밸브는 IG Off 시엔 진룸의 연료차단을 목적으로 적용되었으며, 압력 레귤레이터는 엔진룸의 연료시스템 압력을 일정하게 유지하기 위한 것이다. 압력 레귤 레이터는 연료펌프 에서 공급되는 고압의 연료가 압력 레귤 레이터의 다이어프램과 스프링의 발란스에 의해 연료통로내의 연료 압력을 항상 설정된 시스템 압력으로 유지시켜준다.
제안 방법
각 실린더 기통별 연료분사를 통해 공연비의 정밀 제어로 기존 국내 2000EM 대비 50% 강화된 2002EM 배기 규제치 만족을 할 수 있는 저공해 LPI 시스템을 개발함.
아이싱 방지를 위해 인젝터 끝단에 아이싱 팁을 적용하여 연료분사 시기화 잠열로 인한 주위의 수분을 빙결시켜 엔진 성능 및 배기가스에 미치는 영향을 제거하였다.고압 연료라인은 LPI 시스템의 고압에서도 견딜 수 있도록 Polyamide 합성의 3중 재질을 사용하였다 또한 외기의 열의 영향을 최소화하여 연료라인 내에 존재하는 연료에 열이 전달되지 않도록 설계되었다. 본 LPI 시스템은 Delivery Pipe 를 사용하지 않았기 때문에 연료라인을 인젝터 사이에 연결되어 각각의 인젝터로 연료를 분배하며 남은 연료는 봄베로 보낼 수 있는 구조로 되어있다.
이에 현대. 기아자동차는 배기가스 저감을 위해 세계 최초의 신기술인 LPKLiquid Petroleum Injection) 시스템을 개발하여 XG 그랜져 및 오피러스 LPG 차량에 적용하였다. 또한 LPI 시스템은 향후 환경부가 제시한 대기환경보전법의 초저공해자동차(ULEV : Ultra Low Emission Vehicle) 및 극초저공해자동차(SULEV : Super Ultra Low Emission Vehicle) 배기 가스 규제 대응을 위한 필수적인 기술이라 할 수 있다.
내구신뢰성을 향상시키는 LPI 시스템 개발로 국내 XG 그랜져 및 오피러스 TAXI 차량에 적용함.다음의<표 1>은 현대.
그리고 인젝터는 LPG 연료분사 시 아이싱 문제를 해결할 수 있는 구조로 이루어져 있다. 아이싱 방지를 위해 인젝터 끝단에 아이싱 팁을 적용하여 연료분사 시기화 잠열로 인한 주위의 수분을 빙결시켜 엔진 성능 및 배기가스에 미치는 영향을 제거하였다.고압 연료라인은 LPI 시스템의 고압에서도 견딜 수 있도록 Polyamide 합성의 3중 재질을 사용하였다 또한 외기의 열의 영향을 최소화하여 연료라인 내에 존재하는 연료에 열이 전달되지 않도록 설계되었다.
LPG 차량에 대해 국내 2002EM 규제 강화 대응을 위해 V6 엔진에서는 기존 믹서시스템의 경우 공 연비정밀제어가 불가능하여 강화배기 규제 대응이 불가능하였다. 이에 액상분사 방식의 LPI 시스템은 LPG 연료를 고압액상으로 유지한 후 엔진전자제어장치 제어로인젝터를 통해 기통별로 분사하여 고정밀의 공연비 제어가 가능하였다. 현재 사용하고 있는 가솔린 MPI 방식과 유사하나 연료의 고압화 대응과 시동 성능 EMS 매칭 기술이 관건이며 다음과 같은 개발 목표를 설정하였다.
성능/효과
현대. 기아자동차에서 세계 최초로 개발한 LPI 시스템을 적용한 LPG 차량은 기존 동급 LPG 차량 대비 동력성능 19%, 연비 9%(60 kph), 배기가스는 약 70% 향상되었다. 이 LPI 시스템은 동력성능, 연비 및 배기가스 향상뿐만 아니라 겨울철 시동성 불량 및 타르 발생에 의한 품질 문제점을 개선하였으며 일본 및 유럽 등의 해외 선진 자동차 업체보다도 2년 이상의 선행기술력 확보로 해외시장 경쟁에도 우위를 선점하게 되었다.
기존 LPG 차량에서 발생하고 있는 타르 발생을 없애고 저온에서의 시동성 불량 개선을 위해 -25°C에 서의 시동성이 가능하게 하였으며 내구성을 향상함.
기존 LPG 차량의 믹서시스템에서의 단점을 개선하여 동급 엔진의 가솔린 엔진 수준의 동력성능 및 연비 향상을 실현함.
후속연구
' LPG 연료의 특성상 국내 안전규제를 만족시키며 고압연료 시스템에서도 견딜 수 있는 단품 및 연료시스템을 개발함.
이 LPI 시스템은 동력성능, 연비 및 배기가스 향상뿐만 아니라 겨울철 시동성 불량 및 타르 발생에 의한 품질 문제점을 개선하였으며 일본 및 유럽 등의 해외 선진 자동차 업체보다도 2년 이상의 선행기술력 확보로 해외시장 경쟁에도 우위를 선점하게 되었다. 향후 ULEV 및 SULEV 배 기 가스 규제 대응에 타 차종 및 타 엔진에 적용하여 그 영역을 확대해 나갈 것이다.
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