흡기 제어 및 연료 분사 전략 적용을 통한 가솔린 압축착화 저부하 운전 영역 연소 안정성 개선 = Improvement of gasoline compression ignition combustion stability using intake air control and fuel injection strategy under low-load conditions

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과거에서부터 디젤 엔진은 높은 열효율과 토크를 바탕으로 오랜 기간 동안 수송용 에너지원으로 활용되어 왔다. 그러나 디젤 엔진 연소 특성상 발생되는 높은 입자상물질 및 질소산화물 배출이 문제시 되었고, 이를 해결하기 위하여 압축착화 엔진에서 예혼합 혼합기를 적용하는 여러 형태의 신연소 기술들이 연구되어 왔다. 그 중 가솔린 연료의 높은 착화 저항 특성 및 기화 특성이 예혼합 혼합기 형성에 유리하다고 판단되어, 가솔린을 압축착화 엔진에 적용하는 가솔린 압축착화 연소 기술이 소개되었다. 선행 연구는 가솔린 압축착화 연소 기술을 통해 중, 고부하 운전 영역까지 낮은 입자상물질과 질소산화물 배출 특성과 고효율 성능이 가능하다고 보고하였다. 그러나 가솔린 압축착화 연소 기술은 연료를 적게 주입하는 저부하 운전 영역에서는 과도하게 희박한 공기-연료 혼합기를 형성하기 때문에 연소 불안정성이 악화되고, 그로인해 저부하 운전 영역 확장에 불리하다는 단점이 있다. 선행 연구에서는 흡기 온도를 가열하여 혼합기의 온도가 증가시키고, 흡기 유량 감소로 인한 연료-공기 혼합기의 당량비가 증가의 효과로 연소 안정성이 개선되었다고 보고하였다. 그러나 이 경우 연소 온도가 증가하기 때문에 질소산화물 배출량이 증가하여 신연소 기술 본연의 장점을 잃게 된다. 본 연구에서는 가솔린 압축 착화 저부하 운전 영역에서 흡기 온도 가열, 가솔린 단일 분사 전략 및 가솔린 다단 분사 전략을 적용하여 연소 안정성을 개선하는 동시에 저배기 특성을 유지하는 연구를 진행하였다. 가솔린 분사 시기가 연소에 미치는 영향 분석한 결과, 분사 시기를 진각시킬수록 혼합기의 균질도가 증가하고 혼합기의 국소 당량비가 낮아져서 질소산화물 배출량이 감소하였다. 그러나 이 경우 연소 안정성이 악화되었고, 이렇게 흡기 온도와 가솔린 분사 시기는 연소 안정성과 질소산화물 배출에 배반 관계를 형성하였다. 이 배반 관계를 해결하기 위해 가솔린 분사 시기를 진각하여 질소산화물 배출량을 저감하고, 흡기 온도를 높여 연소 안정성을 확보하도록 흡기 온도와 가솔린 분사 시기 적용 방향성을 제시하였다. 그 결과 연소 안정성과 질소산화물 배출량을 동시에 개선할 수 있었다. 더 나아가 가솔린 다단 분사 전략을 적용하고, 첫 번째 가솔린 분사 시기를 배기 행정 말기에서 흡기 행정 초기로 이어지는 시기인 -360 CAD aTDC 에 위치시켰을 때 연소 안정성이 크게 개선되었다. 또한 가솔린 다단 분사 전략은 연료-공기 혼합기의 균질도를 높이기 때문에 질소산화물 배출량이 감소하였다. 그리하여 다단 분사 전략을 적용하고 연료 분사 비율 및 두 번째 분사 시기를 최적화 하였을 때, 단일 분사 전략을 적용한 경우보다 연소 안정성과 질소산화물 배출량을 저감할 수 있었다.
Advisors
배충식researcherBae, Choongsikresearcher
Description
한국과학기술원 :기계공학과,
Publisher
한국과학기술원
Issue Date
2019
Identifier
325007
Language
kor
Description

학위논문(석사) - 한국과학기술원 : 기계공학과, 2019.2,[v, 66 p. :]

Keywords

가솔린 압축 착화▼a부분 예혼합 압축착화▼a연소 안정성▼a흡기 제어▼a연료 분사 전략; gasoline compression ignition▼apartially premixed compression ignition▼acombustion stability▼aintake control▼ainjection strategy

URI
http://hdl.handle.net/10203/265878
Link
http://library.kaist.ac.kr/search/detail/view.do?bibCtrlNo=843050&flag=dissertation
Appears in Collection
ME-Theses_Master(석사논문)
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