초록 ▼

자동차의 배기 및 이산화탄소(효율 포함)를 해결할 수 있는 방법을, HCCI 엔진과 활성라디칼을 이용한 CAI 기술을 접목하여 완성함.
부실에서 분출되는 라디칼을 포함한 각종 연소생성물을 광계측하여 부실에서의 분출 이후 주실 내 거동을 관찰하고 연료의 옥탄가를 바꾸어가며 연료특성과의 연관성도 고찰하였다. 한편, RI 방식을 적용한 HCCI/CAI 엔진 개발에 있어 부실의 잔류가스 소기의 어려움으로 발생하는 엔진 사이클 변동의 단점을 개선하기 위해 본 연구는 연소실 내 CNG 직접분사 방식을 이용하고자 하였다. CNG 직접분사를

자동차의 배기 및 이산화탄소(효율 포함)를 해결할 수 있는 방법을, HCCI 엔진과 활성라디칼을 이용한 CAI 기술을 접목하여 완성함.
부실에서 분출되는 라디칼을 포함한 각종 연소생성물을 광계측하여 부실에서의 분출 이후 주실 내 거동을 관찰하고 연료의 옥탄가를 바꾸어가며 연료특성과의 연관성도 고찰하였다. 한편, RI 방식을 적용한 HCCI/CAI 엔진 개발에 있어 부실의 잔류가스 소기의 어려움으로 발생하는 엔진 사이클 변동의 단점을 개선하기 위해 본 연구는 연소실 내 CNG 직접분사 방식을 이용하고자 하였다. CNG 직접분사를 위해 부실 내 인젝터를 설치하여 다양한 분사방법을 통해 기존의 주실 분사방식과의 차이를 확인하였으며 분할분사방식을 통해 혼합기 조성의 최적 값을 찾고자 하였다. 이렇게 확보한 기초데이터를 실엔진의 연구에 활용 또는 적용함으로서 앞으로 진행될 엔진 설계에 있어 도움을 주고자 하였다.
HCCI 엔진 부실 내 소기 특성과 부실내로 연료를 분사하는 스월 GDI 인젝터의 내부 유동 특성에 대해서 해석 모델을 제시하였고 수치해석적인 방법과 비교 분석하였다.
기존의 RI 방식이 가진 사이클 변동 문제를 해결하기 위하여 본 연구에서는 부실 에 CNG를 직접분사하는 방식을 채택하고 이를 상용엔진을 개조한 CNG HCCI/CAI 엔진에 적용하여 이전 사이클로부터의 잔류가스를 소기 문제를 해결함과 동시에 CNG를 연소실에 직접분사함으로서 얻게 되는 각종 이점을 고찰하고자 하였다.

HCCI/CAI 방식의 경우 CH and $C_2$ 라디칼의 발광은 연소실 전반에 걸쳐 넓게 분포하며, 그 강도는 시간에 따라 증가한다. $A_h/V_s$와 옥탄가에 따른 연소기간을 고찰한 결과 SI 방식에 비해 HCCI/CAI에 적용된 RI 방식에서 보다 큰 영향을 미친다. CNG의 부실 내 직접분사량이 많을수록 연소기간은 단축되며 부실단일분사가 분할분사보다 총 연소기간이 66% 정도 단축되었다.
부실 내 소기효율을 최대로 하기 위한 연락공의 최대 크기를 제시하였고 부실 내연료를 분사하는 스월 GDI 인젝터의 내부 유동특징을 분석하고 간단한 해석 모델을 제시하여 초기 설계자를 위한 자료를 제시하였다.
중부하 이론공연비에서 분사시작 시점 가능범위는 BETDC 20° CA부터 AETDC 20°CA까지이고 엔진회전수 한계는 2300rpm 이다. 직접분사식 CNG HCCI/CAI 엔진은 엔진의 사이클 안정성에서 이전의 RI 가솔린 엔진에 비해 매우 향상되었으며, 특히 λ= 1.4에서 COVPmax가 약 3% 정도를 유지된다. CO 및 THC 농도를 측정한 결과 THC는 비교적 혼합비와 회전수에 관련 없이 우수한 특성을 보였으며 NOx 농도는 이론공연비 근처에서는 비교적 높게 나타나지만 λ=1.4의 희박한 영역에서는 매우 저감되었다.

Abstract ▼

To develop a novel combustion technique for a clean engine having a high efficiency and solving the emission problems by using an activated-radical injection method in conventional CNG engines
Experimental basic research utilizing a CVC has been accomplished to simplify the complicated combustion

To develop a novel combustion technique for a clean engine having a high efficiency and solving the emission problems by using an activated-radical injection method in conventional CNG engines
Experimental basic research utilizing a CVC has been accomplished to simplify the complicated combustion phenomena in the cylinder of a engine. The visualization of the burning products including radicals from the sub-chamber was carried out to measure CH and C2 radical distribution. To observe the combustion characteristics with fuel properties, experiments were carried out with the various octane numbers. Also, an experimental study was carried out to obtain fundamental data about effects of CNG direct injection for the scavenging of the sub-chamber. By using two injectors, it is possible to perform many types of injection methods such as all the injection into main chamber or sub-chamber and the partition injection of a quarter or a half.
We present the theoretical and numerical methods of scavenge characteristics in a small sub-chamber and gas flow ones inside a swirl GDI injector of an HCCI engine.
A novel sub-chamber gasoline radical ignition(RI) engine was devised and it could improve the efficiency and produce lower emissions, But it could not scavenge the residual gas from previous cycle in the sub-chamber. This demerit often leads the high COVimep value and affects the engine performance stability. To solve this problem, a single cylinder direct injection diesel engine was modified into conceptual a CNG direct injection HCCI/CAI engine with RI method. The combustion characteristics of the CNG HCCI/CAI engine was investigated.
In the case of HCCI/CAI technique, the self-emission of CH and $C_2$ radicals has a wide distribution over the entire combustion chamber increasing with the elapsed time. SI method shows little effects of the octane number on combustion duration and combustible lean limit, but on the other hand, RI method is greatly affected by the octane number and $A_h/V_s$. If the proportion of injecting amount into sub-chamber is higher, the combustion duration is shorter. All injection method into sub-chamber makes a combustion duration reduced as 66% compared with a quarter injection of sub-chamber.
Numerical analysis technology of an HCCI engine was constructed and applied to develop optimum design of a sub-chamber and Simple analysis model can be used at the initial stage of the swirl GDI injector design process.
HCCI/CAI engine has the injection timing limit and engine speed limit at the middle load and the stoichiometric ratio, which are from BETDC 20 deg. CA to AETDC 20 deg CA and to 2300rpm, respectively. DI CNG HCCI/CAI engine shows an excellent cycle-by-cycle variation, especially under lean burn condition (λ= 1.4) and the COVPmax is about 3%. CO and THC concentrations are depressed, especially the THC emission is effectively controlled in the wide range of A/F ratio. The NOx emission concentration is relatively higher at λ=1 but that is lower under lean burn condition(λ= 1.4).

목차 Contents

• Ⅰ. 연구계획 요약문...3
• 1. 국문요약문...3
• Ⅱ. 연구결과 요약문...4
• 1. 국문요약문...4
• 2. 영문요약문...5
• Ⅲ. 연구내용...6
• 1. 서 론...6
• 1) 연구배경 및 중요성...6
• 2) 연구목적 및 연구범위...8
• (1) 연구목적...8
• (2) 연구범위...9
• 2. 연구방법 및 이론...11
• 1) 정적연소기팀...11
• 2) 유동해석팀...21
• 3) 실엔진구동팀...29
• 3. 결과 및 고찰...40
• 1) 정적연소기팀...40
• 2) 유동해석팀...51
• 3) 실엔진구동팀...60
• 4. 결 론...67
• 5. 인용문헌...69
• 6. 연구성과...71