LPDI 인젝터의 연료별 유량 및 분무 특성

국문 초록 (Abstract)

최근 가솔린과 디젤을 사용하는 내연기관에 대한 규제가 강화되면서 대체 에너지와 친환경 차량에 대한 관심이 높아지고 있다. 강화되는 규제를 만족하는 대체 에너지의 종류로 LPG, CNG, DME, 수소 등이 있으며, 2019년도 이후 한국에서 LPG 차량에 대한 규제가 완화되면서 대체 연료로써 LPG에 대한 관심이 높아지고 있는 추세이다. 현재 대다수의 LPG 차량에 사용되고 있는 LPLi 엔진의 연료 분사는 실린더 전단에 액기상이 혼재된 연료를 분사하는 방식을 적용하고 있다. 하지만 이러한 방식은 LPG 연료 특성상 온도 및 압력에 따라 변화하여 연소 효율 저하 및 시스템 불안정이라는 단점이 있다.
이러한 단점의 해결방안으로 GDI 방식과 동일한 4세대 연료 분사 방법인 LPDI 방식이 제안되었고, LPDI 방식은 실린더 내부에 연료를 직접 분사함으로써 LPG 연료의 미립화 및 분무 특성을 극대화하고 연소효율 향상 및 출력 증대의 장점이 있다. 따라서 최근 LPDI 시스템에 적용되는 인젝터에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있지만 아직 LPDI 시스템에 적용되는 인젝터의 연료별 분사량 및 분사율과 같은 유량 특성과 연료의 액상 및 기상의 분무 특성에 대한 연구가 부족한 현황이다.
그리하여 본 연구에서는 LPDI 시스템에 적용되는 인젝터를 대상으로 n-heptane, gasoline, LPG 동계(Butane 76%+Propane 24%)의 연료를 사용하여 연구를 수행하였다. 인젝터의 유량 특성을 파악하기 위해 인젝터의 열림 및 닫힘시간, 정적유량구간 등을 확인할 수 있는 Bosch 장관법을 이용하여 분사율을 측정하였고, 정밀저울을 이용하여 인젝터에서 분사되는 유량을 측정하여 연료별로 비교 분석하였다.
또한, 고속카메라를 이용하여 인젝터에서 분사되는 분무 액적을 Mie-scattering 방법을 통해 연료의 액상을 측정하였고, Schlieren 방법을 통해 연료의 기상을 측정하여 비교 분석하였다. 고속카메라를 이용하여 촬영한 분무 이미지는 MATLAB image processing을 통해 시간에 따른 분무 형상을 취득하였다.