가솔린 윤활유 첨가 비율이 직분사 불꽃 점화 엔진에서 입자상 물질에 미치는 영향
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2021
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Korean
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학술저널
수록면
33-34(2쪽)
제공처
가솔린 직분사 엔진은 연료를 실린더 내부에 직접 분사하여 연료 증발에 의한 냉각 효과로 체적 효율을 높일 수 있으며, 고부하 조건에서의 노킹을 저감할 수 있어 압축비를 높일 수 있다. 그러나 직분사 방식은 연료와 공기가 균질하게 혼합될 시간이 부족하며 이른 분사시기에서 연료가 피스톤 및 실린더 벽면에 충돌하면서 발생하는 wall film으로 인하여 입자상 물질 발생량이 증가한다. 이때, 피스톤-실린더-링 틈새에서 유입된 윤활유가 wall film과 섞이면서 입자상 물질 발생에 영향을 미치게 된다. 본 연구에서는 유입된 윤활유의 영향을 파악하기 위하여 윤활유 혼합 비율이 가솔린 직분사 엔진에서 연소 및 배기 배출에 미치는 영향에 대한 실험을 진행하였다.
본 연구에 사용한 엔진은 398cc, 압축비 10.5의 단기통 직분사 가솔린 엔진으로, AC모터를 이용하여 회전수를 일정하게 유지하였다. 흡기는 유량 조절기와 챔버를 사용하여 일정하게 공기를 공급되도록 하였다. 분사기간은 산소센서 람다값을 기반으로 당량비를 유지하였으며 분사시기는 흡기 행정기간은 BTDC 330 deg 부터 BTDC 180 deg까지 총 다섯 가지 시기에서 분사하였고 점화시기는 엔진 출력이 최대가 되는 시기로 설정하였다. 분사압력은 공기압축식 펌프를 사용하여 100bar부터 350bar까지 증가하며 실험을 진행하였다. 입자상 물질 개수(PN)는 PPS-M, 입자상 물질 분포도는 EEPS, 가스상 배출물은 MEXA-9100을 사용하여 측정하였다. 실험 연료는 상용 가솔린에 엔진 윤활유의 질량 비율을 0부터 5wt%까지 첨가하여 사용하였다. 분무 및 화염 가시화 실험은 동일한 엔진에 가시화 장비를 추가하고 고속카메라로 촬영하였다. 촬영된 이미지는 MATLAB을 통하여 후처리를 진행하였다.
실험 결과 분무 가시화를 진행했을 때 윤활유 첨가 비율에 상관없이 분무 도달 거리와 분무 패턴이 유사하였다. 분무 가시화 실험을 바탕으로 연소 특성을 확인해본 결과 도시평균유효압력(IMEPnet), 최대 압력(Pmax), 열발생률(ROHR)모두 뚜렷한 경향성이 없었지만, 입자상 물질 개수(PN)과 THC모두 윤활유 첨가 비율이 증가할수록 전반적인 양과 함께 분사시기에 따른 경향성도 증가하였다. 이 원인을 좀더 분석하기 위하여 화염 가시화를 진행 한 결과, 윤활유 첨가 비율이 증가할수록 확산 화염 발생 빈도 및 크기가 증가하였다.
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