희박 성층연소 직분식 엔진에서의 propane과 n-butane의 분무와 연소 및 배기특성 파악

Abstract

본 연구에서는 LPG의 주요 구성성분인 n-butane (99.5%)과 propane (99.5%), 그리고 SI엔진의 대표 연료인 가솔린을 대상으로 분무특성과 연소 및 배기특성을 알아보기 위한 실험적 연구를 진행하였다. 분무특성을 알아보기 위해서 정적챔버에서 분무가시화 실험을 진행하였다. 실험인자는 분위기압력, 분사압력, 분위기온도, 연료온도 등이며 실험인자의 제어를 통하여 실제 엔진에서의 연소실내 환경을 모사하며 동시에 각 인자의 영향을 파악하였고, mie-scattering 가시화 기법과 shadowgraph 가시화 기법을 이용하였다. 연료별로 분무침투거리의 차이가 거의 없었지만, 분무각은 propane과 n-butane이 가솔린보다 큰 것을 확인하였다. 이는 propane과 n-butane의 기화특성이 가솔린보다 우수함에 따라 나타난 결과로, 기화특성이 우수할수록 분무진행방향으로의 모멘텀을 잃고 방사상의 방향으로 분무가 진행하는 경향이 커져, 분무각이 커지게 되는 것이다. 하지만 propane과 n-butane의 경우 높은 분사압력조건에서는 연료 기화에 따라 중공형 원추 모양의 분무 내부의 압력이 떨어지게 되어 분무가 내부로 수축하는 현상이 발생하였다. 그 결과 분무 영역이 좁아지고, 상대적으로 더욱 희박해져 propane과 n-butane의 경우 고압으로 연료를 분사할 경우 연소안정성이 떨어질 것으로 예상되었다. 이후, 연소 및 배기특성을 알아보기 위해서 연구용 단기통 엔진을 대상으로 실험을 진행하였다...