FRFID 및 가시화를 이용한 흡기 포트 연료거동 분석에 관한 연구

Abstract

강화되는 배기 규제에 대응하기 위한 방편으로 흡기 포트내의 연료 거동을 이해하기 위한 많은 연구가 수행되고 있다. 하지만 연료 거동의 복잡성 때문에 아직까지 완전히 이해되고 있지 못한 실정이다. 본 연구에서는 FRFID와 가시화 장비를 이용하여 연료거동을 분석하는 방법을 개발하였다. 즉, 제어 로직과 UHC의 관계를 FRFID를 이용하여 규명하였고, 연료 분사 패턴이나 연료 액막등을 가시화 장비인 visioscope를 이용해 측정하였다. 이런 방법들을 통해, 정상상태에서의 UHC 배출 특성이 분석되었고 (idle시 UHC 배출이 2000 rpm, bmep = 3.5 bar인 경우에 비해 100%이상 증가) 급 가/감속 같은 과도상태에서의 배기 특성 또한 분석할 수 있었다. Visioscope의 후처리 기능과 FRFID를 이용하여 냉각수 온도에 따른 액막이 측정되었다. 냉각수 온도가 35도인 경우 웜업 운전시 보다 액막이 50%이상 높게 측정되었다. 이러한 실험을 거쳐 연료 거동 분석법을 개발하였고 고안된 방법을 이용하여 배기 특성 개선을 위한 최적의 spray target position의 검토 및 연료 특성에 따른 시동성 분석을 수행하였다. 초기 시동 시 포트 액막 측면에서 최적인 지점은 밸브하단부에 연료를 분사하는 경우였다. 하지만 이 지점에 분사하면 배기 밸브 근처의 액막이 증대되었다. 따라서, 전체적인 시동 특성은 포트 내부에 연료를 분사할 때 가장 유리하였다. 정상 상태와 과도상태에서도 마찬가지로 포트 내부에 연료를 분사하는 경우가 최적의 배기 특성을 보였다. 연료 특성에 따른 시동성 실험은 DI 지수가 다른 연료를 이용하여 수행하였다. DI 지수는 연료의 증발성을 대변하는데 high DI 연료를 사용한 경우는 시동 시 배출되는 UHC 농도가 일반 연료를 사용하는 경우에 비해 140% 이상 증가하였다. 이는 시동초기 연료 분사량을 증대시키고, 점화시기를 진각시키는 제어 로직 검토를 통해 해결할 수 있었다. 본 연구를 통해 개발된 연료 거동 분석법은 SULEV나 ZEV에 대응하기 위해 개발되는 흡기 시스템의 성능 평가에 이용될 수 있으며 배기 특성을 개선시키기 위한 제어 로직의 검토에도 이용될 수 있을 것으로 생각된다.