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https://www.krm.or.kr/krmts/link.html?dbGubun=SD&m201_id=10006870&local_id=10012440
제2세대 직접분사식 가솔린 기관의 시동특성개선을 위한 혼합기의 형성
Reports NRF is supported by Research Projects( 제2세대 직접분사식 가솔린 기관의 시동특성개선을 위한 혼합기의 형성 | 2005 Year 신청요강 다운로드 PDF다운로드 | 김성수(신라대학교) ) data is submitted to the NRF Project Results
Researcher who has been awarded a research grant by Humanities and Social Studies Support Program of NRF has to submit an end product within 6 months(* depend on the form of business)
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  • Researchers have entered the information directly to the NRF of Korea research support system
Project Number D00009
Year(selected) 2005 Year
the present condition of Project 종료
State of proposition 재단승인
Completion Date 2007년 02월 14일
Year type 결과보고
Year(final report) 2007년
Research Summary
  • Korean
  • 제2세대 직접분사식 가솔린 기관의 시동특성개선에 효과적인 혼합기를 형성하기 위하여 직접분사식 가시화 단기통 가솔린 기관에서 고압다공인젝터의 연료분무특성과 실린더 내의 유동장과의 상호작용을 분석하였다. 다공인젝터의 기본적인 연료분무 특성은 정적챔버에서 Mie 가시화법으로 측정ㆍ분석하였다. 실험엔진의 실린더 내에 형성되는 유동장은 LDV (Laser Doppler Velocimetry)를 이용하여 측정하였고 엔진 운전조건에 따른 다공인젝터의 연료분무 특성과 실린더 내의 유동과의 상호작용, 혼합기형성 등은 Mie 및 LIF (Laser Induced Fluorescence) 가시화법을 적용하여 측정ㆍ분석하였다. 특히 SCV (Swirl Control Valve)를 설치하여 흡기시 형성된 강한 선화유동이 다공인젝터의 연료분무에 미치는 영향을 분석하였다.
    실험결과로 선회유동은 다른 운전조건(연료공급압력, 냉각수 온도)에 비해 고압다공인젝터에서 분사된 연료가 실린더 내에 넓게 퍼질 뿐만 아니라 실린더 내의 균일혼합기(Homogeneous mixture) 형성에 매우 효과적임을 알 수 있었다. 특히 11공 인젝터는 초기 시동특성 개선을 위한 혼합기 형성에 더욱 효과가 있음을 확인하였다. 이로써 다공인젝터와 선회유동은 제 2세대 직접분사식 가솔린 기관의 시동특성 개선, 균일 혼합 연소 및 성층연소에 효과적인 혼합기 형성을 위하여 양호하게 상호 작용함을 확인하였다.
  • English
  • An investigation into both the in-cylinder flow pattern as well as its interaction with the spray structure produced by multihole injectors has been performed in a research single cylinder optical direct-injection (DISI) gasoline engine. The aim of this research is to provide better understanding of the spray/flow interaction in spray-guided DI spark-ignition by optimising the engine starting performance through improved fuel/air mixing. The first series of experiments were performed in order to characterise the in-cylinder airflow pattern as well as the spray structure generated by a multihole injectors in a constant volume chamber and in an engine. Since the in-cylinder air flow characterization represents a complete characterization of the in-cylinder mixture dynamics, which is a key parameter for the optimisation of the engine performance, the in-cylinder flow was characterised in an optical DISI engine using laser Doppler velocimetry. The spray characterisation in the constant volume chamber confirmed the advantages of the new generation multihole injectors for gasoline direct injection engines in terms of spray structure stability under varying chamber thermodynamic conditions. The second series of experiments were exclusively undertaken in an optical single cylinder direct injection engine. Powerful visualisation techniques were employed such as Mie scattering and LIF which provided comprehensive information about the airflow/spray interaction and fuel/air mixing. The effect of in-cylinder bulk air motion with SCV (Swirl Control Valve) on the spray dispersion was examined under a wide range of injection timings representative of the range of in-cylinder pressure and densities corresponding to the early and late injection strategies.
    Overall, the performance of the 6 hole and the 11 hole injectors were found to be superior in terms of fuel vaporisation and mixture distribution stability. The results imply that the present 2nd generation DISI engine incorporating multihole injectors offers more promise for preparation of well distributed mixture for the engine starting and the homogeneous and stratified combustion.
Research result report
  • Abstract
  • 제2세대의 직접분사식 가솔린 기관의 시동특성을 개선하기 위해서는 시동 시 연소가 잘 이루어지도록 적정 공연비의 혼합기가 점화플러그 부근에서 형성되어야 한다. 이는 실린더 내에 형성되는 유동장과 고압 연료인젝터에서 분사되는 연료의 상호작용에 의해 크게 결정된다. 이를 위하여 LDV(Laser Doppler Velocimetry)를 이용하여 직접분사식 가솔린 기관의 실린더 내의 유동 특성을 분석하였다. 제 2세대 직접분사식 가솔린 기관의 핵심부품인 2종류의 고압 다공인젝터 (6공, 11공)의 연료분무특성을 직접분사식 가솔린 기관의 흡기과정과 점화시기 부근에서 가시화하여 분석하였다. 500 rpm, 1000 rpm의 기관회전수, 흡기포트의 스월조절 밸브에 의한 선회 및 텀블 유동장, 냉각수온도(40℃, 90℃)의 운전조건에 따라 흡기과정은 60°, 90°와 120°CA과 점화시기 부근에서는 270°, 285°, 300°CA에서 연료를 분사하여 Mie Scattering 방법으로 분사후 시간에 따fms 연료분무형태를 측정 분석하였다. 또한 점화시기 부근의 혼합기형성을 확인하기 위하여 LIF기법을 적용하여 연소실 내의 혼합기 공연비 및 공간분포를 측정하였다.
    Mie scattering 과 LIF기법을 통하여 다공인젝터의 연료분무특성을 분석한 결과 6공 및 11공의 다공인젝터는 분사된 연료가 실린더 내에 넓게 퍼질 뿐만 아니라 스월유동에 의해 연소실 내에 균일한 혼합기를 형성하여 제 2세대 가솔린 직접 분사식 기관의 시동특성개선에 크게 기여할 수 있음을 확인하였다.
  • Research result and Utilization method
  • 1. 연구결과
    가. 직접분사식 가솔린 기관의 실린더 내의 유동특성 분석
    1) 텀블포트의 펜트루프형 직접분사식 가솔린 기관의 유동장을 LDV를 이용하여 선회속도, 축방향 속도와 난류강도등을 측정ㆍ분석함.
    나. 정압챔버에서의 다공(6공, 11공)인젝터의 연료분무 특성 분석
    1) 대기압상태에서 연료분무특성을 가시화법을 적용하여 분석하였슴.
    2) 12bar인 고압상태에서 연료분무 특성을 가시화법을 적용하여 분석하였슴.
    3) 연료분사압력 변화 (80bar, 120bar)에 따른 연료분무형상 측정함.

    다. 제 2세대 직접분사식 가솔린 기관의 연소실 내 혼합기 형성특성 측정 및 분석
    1) 엔진운전조건(엔진회전수, 냉각수 온도, 유동장, 연료공급압력)에 따라 Mie scattering 기법으로 다공인젝터의 연료분무형상을 측정분석함.
    2) SCV에 의해 형성된 선회유동이 다공 인젝트의 분사된 연료가 균일한 혼합기 형성에 가장 뚜렷한 영향을 줌을 확인함.
    3) 11공 인젝터는 시동특성 개선에 더욱 효과적인 것으로 확인함.
    4) LIF 기법을 적용하여 실린더 내에 형성되는 혼합기의 공연비와 실린더 내의 분포를 측정하였다. 6공 다공인젝터는 실린더 내에 비교적 균일한 혼합기를 형성함을 확인함.

    2. 활용방안
    가. 제 1, 2세대 직접분사식 가솔린 기관의 시동 및 연소특성 개선에 활용.
    나. 제 1, 2세대 직접분사식 가솔린 기관의 연소특성이 개선됨으로 유해배출가스 저감 연구에 활용.
    다. 직접분사식 디젤기관 연소 개선연구에 최신 실험기법 적용할 수 있슴.
  • Index terms
  • 직접분사식 가솔린 기관, 혼합기 형성, 시동특성, LDV, Mie scattering, LIF
  • List of digital content of this reports
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