GDI-CNG Bi-fuel 엔진에서 가솔린 인젝터 막힘에 따른 제어전략 수립
저자
남충우(Chungwoo Nam) ; 오세두(Sedoo Oh) ; 박장훈(Janghun Park) ; 이명윤(Myoungyoon Lee)
발행기관
학술지명
권호사항
발행연도
2021
작성언어
Korean
주제어
KDC
550
자료형태
학술저널
발행기관 URL
수록면
243-243(1쪽)
제공처
온실가스 감축을 위한 배기 규제가 단계적으로 강화됨에 따라, 수소 및 전기차로 완전히 전환 이행되기 전까지, 천연가스가 내연 기관 친환경 대체 연료로 주목받고 있다. 본 논문에서는 1.4L T-GDI엔진에 CNG 연료시스템(레귤레이터, 인젝터, 연료레일 등)을 적용하여, 가솔린-CNG 겸용 시스템을 구축하여 실험을 진행하였다. 단일 연료 별로, 차량 주행 시 GDI 인젝터 노즐 팁 (끝단)의 온도를 각각 측정하였으며, CNG 단일 연료로만 운전했을 때, 가솔린 연료계 부품인 GDI 인젝터에 생기는 문제점을 도출하였다. 가솔린 단일 연료로 운전 시 GDI 인젝터 노즐팁의 평균 온도는 약 120℃로, 인젝터가 액상 연료를 분사할 때 냉각 효과가 발생하여, 인젝터 노즐 팁의 온도가 일정 수준 이상 올라가지 않는 것으로 보인다. 하지만, CNG 연료만을 사용하여 운전하였을 때, GDI 인젝터 노즐 팁 온도는 가솔린으로 운전했을 때보다 최대 53.6℃ 높았으며, 약 180℃까지 상승하는 영역을 확인하였다.
이로 인해, GDI 인젝터 내부의 니들 밸브 부위가 지속적인 열에 노출되어 녹아 내렸고, 고압 분사 홀(hole)과 기밀 유지가 되지 않아, 실린더 압력 저하 및 가솔린 연료계 고장을 야기함을 X-ray 촬영을 통해 알게 되었다. 나중에는 인젝터 홀 자체가 열 손상되어, 가솔린 운전으로 전환하였음에도 연소 안정성 저하 및 연료 분사 불량에 따라 엔진 부조가 발생한다. 따라서 기존 GDI 엔진에 CNG 연료시스템을 추가 장착할 경우, 냉간 시동 시, 오직 가솔린 연료로만 초기 시동하도록 알고리즘을 수정하였다. 고부하 영역에서는 발열을 냉각하기 위해 가솔린 연료를 분사하여, CNG 운전에 따른 GDI 인젝터 고착을 방지하는 제어 전략을 수립하였다. 향후 CNG-GDI 겸용 엔진을 제작할 때에는, 기존 가솔린 엔진 연료계 부품보다, 열 내구성이 더 높은 신규 부품 장착이 요구된다.
As an emission standard being strict in phase to reduce Greenhouse Gas (GHG), Natural Gas referred as Compressed Natural Gas (CNG) or Liquified Natural Gas (LNG) is promoted as a green energy to alternate conventional fuels as gasoline and diesel, before all the vehicles turnover to full Zero emission technology such as Hydrogen or Battery Electric. In this thesis, we consider 1.4L Turbocharged Gasoline Direct Injection (T-GDI) engine with CNG fuel system including regulator, injector and fuel rail. A time series of temperature at a tip of injection nozzle was measured driven with gasoline and CNG, respectively. In the driving circumstance with CNG mono fuel, some of issues were detected at GDI injectors. Relatively, in the driving circumstance with gasoline mono fuel, the temperature was about 120℃ on average at a tip of injection nozzle. We determined it affects cooling to injectors during injecting gasoline as liquid, but when driving with CNG only, it goes up to about 180℃ and higher than 53.6℃ compared to the highest temperature at driving with gasoline.
Therefore, a needle valve of GDI injector melted down due to consistent higher temperature. It resulted in loosing pressure inside the cylinder and failure of gasoline system as an injector hole being heat damaged, despite of switching fuel system to gasoline, eventually. Thus, in case retrofit gasoline engine with CNG fuel system, only gasoline fuel set to be injected at a cold start. At high load, gasoline also inject with CNG to cool down and prevent injectors getting clogged. When establishing further strategy, it is required to adopt a injector highly heat-resisting, instead of existing GDI injector.
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