인가전압에 따른 피에조 인젝터의 분무특성

Abstract

직접분사식 디젤엔진은 연료경제성의 이점으로 인해 시장점유율이 증가되고 있다. 커먼레일 분사시스템과 같은 고압분사시스템의 개발로 배기가스 저감 및 연료 경제성의 향상이 가능해 졌다. 하지만 보다 강화되고 있는 배기가스 규제로 인해 기존에 비해 더 높은 분사압력과 더 많은 횟수의 분사가 필요하게 되었고, 이로 인해 새로운 형태의 분사기인 피에조 인젝터의 개발을 야기시켰다. 피에조 인젝터는 분사압이 최고 2000 bar까지 가능하고 최대 7회까지 다단분사가 가능한 것으로 알려져있다. 이는 피에조 인젝터가 기존의 인젝터에 비해 구동력이 더 크며 응답시간이 빠르기 때문에 가능한 것이다. 피에조 인젝터의 니들 개패는 피에조 스택의 움직임에 의해 결정된다. 그리고 피에조 스택의 움직임은 인가전압에 비례한다. 이 연구에서는 피에조 압전효과에 의해 구동되는 새로운 형태의 분사기인 피에조 인젝터를 이용하여 인가전압이 분무특성에 미치는 영향에 대해 살펴보았다. 이를 위해 분사율, 거시적 이미지, 주변 공기 유입 속도 그리고 입자 크기에 대한 실험을 수행하였다. Bosch method를 이용하여 설계된 분사율계를 통해 얻은 분사율 결과는 인가전압이 높아짐에 따라 초기 분사율 기울기가 가파르며, 니들이 완전히 열린 이후에는 분사율 기울기가 일정한 것을 확인하였다. 그리고 거시적 이미지 분석을 통해 인가전압이 높은 경우 분무 초기 상태에서 분무도달거리가 더 길며 분무각이 더 넓은 것을 확인하였다. 또한 LDV 기법을 이용하여 얻은 주변 공기 유입속도는 인가전압에 비례하여 증가하는 것을 알 수 있었으며, PDA 기법을 통해 얻은 입자크기는 인가전압에 비례하여 작아지는 것을 확인하였다.