정상유동장치 안에서의 고압 가솔린 분사기의 연료분무 특성

Abstract

온실 효과에 따른 지구 온난화 및 대기 오염 방지를 위해 저공해, 저연비 엔진의 개발이 필요한 실정이다. 이 두 조건을 충족시키려는 노력 중 하나가 실린더 안에 연료를 직접 분사해 공해와 연비를 개선해 보겠다는 가솔린 직접 분사식(Direct Injection Spark Ignition; DISI) 엔진이다. DISI 엔진은 연료 경제성과 과도 응답성이 매우 좋으므로 앞으로 포트 분사식 엔진을 대체하는 차세대 자동차 엔진으로서 그 중요성 및 적용 범위가 갈수록 광범위해질 것으로 예상된다. DISI 엔진의 연소 시스템 최적화를 위해서 실린더내의 공기 유동과 관련한 연료 분사, 분무장의 미립화, 기화현상과 혼합기 형성 등의 과정이 연구되어져 왔다. DISI 엔진에서 성층연소가 수행될 때 연료는 압축 행정 말기에 분사되어지는데, 분사가 시작될 때 실린더 내 유동의 평균속도가 최대 15m/s정도라는 것이 밝혀진 바 있다. 이를 토대로 본 연구에서는 정상유동장치에서 발생하는 빠른 유동과 분무장과의 상호 작용을 관찰함으로서, DISI 엔진에서의 성층화 연소과정에 대한 기구를 파악할 수 있으며, 흡기계 및 연소실 최적 설계를 할 수 있는 기초자료를 구축하고자 하였다. 미산란 이미지 기법과 쉐도우 이미지 기법을 이용하여 액상과 기상의 거시적인 분무 특성을 측정하였고, 위상 도플러 입자분석기를 이용하여 미시적인 특성인 액적의 속도와 입경의 크기를 측정하였다.