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문제 정의
- 엔진헤드에 장착된 인젝터에서의 후적현상에 의한 아이싱 발생특성을 파악하기 위한 실험을 수행하였다.
- 이에 본 연구에서는LPG 액상분사 시스템에서의후적현상 및 아이싱 현상을 여러가지 주변 조건에 따라서 가시 화 리 그 장치 를 통해 측정 하여, 후적 및 아이싱 방지 에 도움이 될 수 있는 기초자료를 마련하고자 하였다.
제안 방법
- Fig. 1의 실험장치 개략도와 같이 연료의 분사압력과 유량이 일정하게 유지되는 상태에서 수정된 연료 레일로 연료가 공급될 수 있도록 가시화 창이 장착된 정적 연료 탱크와 연료펌프 등으로 연료공급 시스템을 구성하고, 인젝터 드라이버를 이용하여 연료가 분사되도록 하였다.
- LPLi 연료 공급 시스템을 적용한 엔진에서 연료 분사 노즐 팁 부위의 후적현상 및 아이싱현상을 관찰한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
- 본 실험eLPLi 연료 공급 시스템을 적용한 엔진에서 연료 분사 노즐 팁 부위 의 후적 현상 및 아이 싱현상을 관찰하기 위해 실제 연료시스템을 사용하였다.
- 따라서 영하권으로 떨어진 연료팁에서 노말부탄 성분이 기화되지 않고, 분사 시그대로흘러나와서 떨어지기 때문에 후적현상의 주원인이 되는 것으로 판단된다. 분사된 연료 중에 후적된 연료가 분사팁의 밑으로 떨어지게 되고 이를 Fig. 2와 같이 채 집 하여 그 성 분을 GC로 분석을 하였으며 다음과 같은 결과를 얻었다.
- 실제 인젝터 및 엔진헤드 등에서 아이싱이 발생하는 모습을 관찰하기 위하여 엔진헤드를 사용한 실험 장치를 제작하였다. 엔진 운전조건을 모사하기 위해 엔진헤드의 온도 및 엔진 흡기부를 통해 공급되 는 공기 의 유량, 온도 및 습도의 조절이 가능하도록 흡기 공급제어 시스템을 구성 한 후, CCD카메 라를 이용하여 후적현상 및 아이싱 이미지의 취득이 가능하도록 하였다.
- 실험은 LPG 연료가 지속적으로 분사되는 상태에서 후적 되는 연료를 채집하여 그 성분을 가스크로마토그래피(GC)를 이용해 분석하고, LPG 용기로부터 채집된 원래외 LPG연료의 성분과 비교하였다. 후적현상의 특성파악을 위해서 연료분사팁의 표면 거칠기와 각각 다른 크기의 내경과 외경을 갖는 분사 팁을 교체하면서 이미지를 취득하였다.
- 제작하였다. 엔진 운전조건을 모사하기 위해 엔진헤드의 온도 및 엔진 흡기부를 통해 공급되 는 공기 의 유량, 온도 및 습도의 조절이 가능하도록 흡기 공급제어 시스템을 구성 한 후, CCD카메 라를 이용하여 후적현상 및 아이싱 이미지의 취득이 가능하도록 하였다.
- 하였다. 엔진헤드의 온도는 30, 50, 70, 87℃로 변화시키며 분사 시간이 경과함에 따라 발생하는 아이싱 이미지를 취득하였다.
- 이러한 아이싱의 발생을 억제할 수 있는 방법 중의 하나로, 간단한 부싱 을 제작하여 팁 에 설치하는 방법을 채택하였다. 인젝터 팁의 끝 단과부싱의 끝단의 길이가 일치하도록 9mm의 알루미늄 재질의 부싱을 제작하여 인젝터 파드의 끝단에 장착하여, 동일한 조건에서 실험을 수행하였다.
- 이러한 아이싱의 발생을 억제할 수 있는 방법 중의 하나로, 간단한 부싱 을 제작하여 팁 에 설치하는 방법을 채택하였다. 인젝터 팁의 끝 단과부싱의 끝단의 길이가 일치하도록 9mm의 알루미늄 재질의 부싱을 제작하여 인젝터 파드의 끝단에 장착하여, 동일한 조건에서 실험을 수행하였다.
- 후적 현상에 의한 아이 싱을 관찰하기 위해 연료 분사 시간이 5ms인 조건에서 매 100ms마다 1 회씩 분사되 도록 하였으며, 항온항습기 를 이용하여 흡기 구를 통해 공급되는 공기는 온도 13℃, 공기유량 200/ /min, 50%의 상대습도조건을 유지하도록 하였다. 엔진헤드의 온도는 30, 50, 70, 87℃로 변화시키며 분사 시간이 경과함에 따라 발생하는 아이싱 이미지를 취득하였다.
- 비교하였다. 후적현상의 특성파악을 위해서 연료분사팁의 표면 거칠기와 각각 다른 크기의 내경과 외경을 갖는 분사 팁을 교체하면서 이미지를 취득하였다. 실험에 사용된 다른 내경.
성능/효과
- 1) LPLi 인젝터의 팁에서 발생하는 후적현상은 액상의 LPG연료가 분사되면서 비점이 낮은 프로판과 이소부탄은 쉽게 기화되어 용기 내 LPG 에비해 각각 15%와 5% 정도 날아가고, 기화가 상대적으 로 잘 일어나지 않는 노말부탄 성분은 대부분 후적 되어 그 비율이 용기 내 LPG에 비해 약 20% 정도 증가한 것으로 확인되었다.
- 2) 후적현상은 분사팁의 표면이 거칠수록 많이 발생하며 표면 거칠기가 ▽▽▽（정밀 다듬질） 이상 인 경우, 분사팁의 내경대 외경의 비가 2.5를 넘 어서게 되면 후적현상이 크게 감소하였다';
- 3） 실제 연료시스템과 엔진헤드를 사용하여 아이 싱의 발생모습을 관찰한 결과, 엔진헤드의 온도가 낮을수록 후적현상의 성장으로 인해 아이싱 의 성장속도도 빠르고 발생한 성애의 결속력이 강하여 크게 성장하였다. 또한 엔진헤드의 온도가 증가함에 따라 인젝터 팁에서의 아이싱 량이 점차 감소하고 엔진헤드온도가 87℃ 일 때 급격히 감소하였다.
- 4) 아이싱 방지용 부싱을 장착하여 내외경비를 조절한 결과 부싱을 장착하지 않을 경우 상당량의 아이싱이 관찰된 조건임에도 부싱과 인젝터 팁 사이의 공간을 제외한 부싱의 끝단과 옆면에서는 아이싱이 발생하지 않았다.
- 따라서 LPLi 인젝터의 팁에서 발생하는 후적현상은 액상의 LPG연료가 분사되면서 비점이 낮은 프로판과 이 소부탄은 쉽게 기 화되어 날아가고 기 화가 상대적으로 잘 일어나지 않는 노말부탄 성분 이주로 후적된 것으로 확인되었다.
- 예상된다. 따라서 후적현상을 근본적으로 억제하는 방법이 필요하며, 본 연구에서 후적현상이분사팁의 표면거 칠기와 내외경비에 관계가 있음을 확인하였다.
- 5 의 결과그래프에서도 알 수 있듯이, 용기 내의 노말부탄 성 분보다 후적된 LPG연료의 노말부탄 성 분의 비율이 약20% 정도 많은 것을 확인할 수 있다. 또한 쉽게 기화되는 프로판은 평균적으로 약 15% 정도로 크게 감소하였고, 이소부탄성분도 5% 정도 감소하였다
- 실험결과, 표면의 거칠기가 ▽▽▽(정밀 다듬질) 이상이면 정량적으로 비교하기는 어 렵지만 후적현상이 크게 감소함을 알 수 있었다.
- 엔진헤드에 인젝터를 그대로 장착하였을 경우, 아이싱 특성실험을 수행한 결과에서 알 수 있듯이 많은 양의 아이싱과 후적현상이 발생하는 것으로 확인되었다. 이러한 아이싱의 발생을 억제할 수 있는 방법 중의 하나로, 간단한 부싱 을 제작하여 팁 에 설치하는 방법을 채택하였다.
- 엔진헤드의 온도가 낮을수록 아이싱의 성장 속도는 빠르고 발생한 성애의 결속력이 강하여 크게 성장하였다.
- 후적 현상은 분사팁 의 표면이 거 칠수록 많이 발생하였으며, 연료가 거 친 면을 따라 흘러나와 노즐 부의 온도감소로 인해 발생하는 아이싱 덩어리와 함께 넓은 면적을 이루며 성장하였다.
- 후적된 LPG연료를 채집하여 LPG용기에서 채집된 원래의 LPG연료의 성분과 비교해 본 결과, Fig. 5 의 결과그래프에서도 알 수 있듯이, 용기 내의 노말부탄 성 분보다 후적된 LPG연료의 노말부탄 성 분의 비율이 약20% 정도 많은 것을 확인할 수 있다. 또한 쉽게 기화되는 프로판은 평균적으로 약 15% 정도로 크게 감소하였고, 이소부탄성분도 5% 정도 감소하였다
후속연구
- 5 이상으로 크게 되어 후적현상이 발생하지 않으며, 공간상의 습기공급을 차단하여 아이싱 발생을 방지 한 것으로 판단된다. 향후 아이싱 방지팁 에 대한 연구는 여 러가지 변수조건을 바꾸어 가면서 계속적인 연구를 추진할 예정이다.
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