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논문 기본 정보

자료유형
학위논문
저자정보

이의형 (가천대학교, 가천대학교 일반대학원)

지도교수
임종한
발행연도
2015
저작권
가천대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2015

GPF를 적용한 초희박 GDI엔진의 배기가스 배출특성 연구
이의형 ,  이선엽 ,  김태영 한국자동차공학회 춘계학술대회 2015.05 학술대회자료
초희박 GDI엔진의 GPF 적용에 따른 입자상물질 저감 특성 연구
이의형 기계공학과 2015.01 학위논문

초록· 키워드

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세계적으로 배출가스에 대한 규제가 강화되고 한정적인 자원의 고갈로 인한 유가상승은 기존 내연기관의 기술개발을 촉진시키는 계기가 되었다. 가솔린엔진은 디젤엔진에 비해 연료소비율이 높고 출력이 낮은 단점을 보완하고자 실린더 내에 연료를 직접 고압으로 분사하는 가솔린 직접분사(GDI; Gasoline Direct Injection) 기술을 적용하고자 하였다. GDI기술은 연소과정에서 연료를 실린더 내에 직접 분사함으로써 흡입밸브 개폐에 영향을 받지 않으므로 분사시기와 점화시기에 타이밍 제한이 줄어들고 고속 RPM에서도 충분한 분사시기를 확보할 수 있는 장점이 있다. 또한 MPI(Multi Point Injection)기술보다 연료 분사를 정밀하게 제어할 수 있게 되었고 이는 좀 더 최적의 연소 조건을 적용하여 출력 증대와 연비 저감의 개선효과를 얻을 수 있다. 또한 저부하 구간에서는 기존의 MPI엔진의 연료분사시기보다 더욱 지각시켜 성층연소(Stratified Combustion)를 이용한 초희박연소(Ultra Lean-burn)도 가능하다. 이는 공연비(Air Fuel Ratio)가 높은 상태 즉, 실린더 내부는 전체적으로 희박하지만 스파크플러그 주변부에만 국부적으로 농후한 영역을 만들어 연소가 가능하게 하는 기술로 연비 저감효과도 얻을 수 있다. 하지만 이러한 직접분사 방식은 고압으로 연료를 분무하여 실린더 내에서 공기와 균일한 혼합을 목표로 하지만 실재 기존 MPI엔진보다는 연료와 공기의 충분한 혼합이 이뤄지지 않아 비균질한 영역이 발생하게 되고, 연소조건에 따라 실린더헤드에 연료가 점착하는 현상들도 발생해 입자상물질이 배출된다.
본 연구는 가솔린 직접분사(GDI) 엔진에서 공기과잉률의 변화에 따른 입자상물질의 배출특성을 파악하고, 후처리장치로 개발되고 있는 두 종류의 GPF(Gasoline Particulate Filter)를 적용하여 배출특성을 고찰하고자 기존 DPF(Diesel Particulate Filter)에서 주로 사용된 Ceramic재질의 다공성(Porous) 필터와 금속재질의 Metal Foam필터를 각각의 희박영역에서 비교하여 입자상물질 저감 특성 및 필터 배압에 따른 성능 적합성을 고찰하였다. 엔진실험은 이론공연비(람다=1.0)부터 WOT(Wide Open Throttle)까지 엔진회전수 2000rpm에서 부분부하 BMEP 0.2MPa, BMEP 0.4MPa의 조건에서 허용되는 공기과잉률을 6조건으로 나누어 수행하였으며, 예혼합연소 시 공기과잉률 람다=1.5 부터 연소안정성이 불안정해지기 때문에 성층연소를 구현하였고, BMEP 0.4MPa 조건에서는 추가적인 안정성 확보를 위해 다단 분사를 적용하였다. 실험결과 람다=1.5 부근에서는 연소안정성 악화로 입자상물질 배출이 최대로 증가하였다가 점차 공기과잉률이 높아질수록 배출이 저감되는 특성을 보였다. 또한 필터의 저감 특성은 Cermic필터가 전체적으로 여과효율이 높게 측정되었지만 필터의 설계 용량과 효율이 각각 다르고 전반적으로 가솔린엔진의 입자상물질 발생량이 디젤엔진에 비해 적은편이라 GPF로 Metal faom 필터의 적용 여지가 충분히 있다고 판단된다.

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