파일럿분사를 하면 6-7%의 성눙이 향상된다고 한다. 이는 연소가 급작스럽게 일어나지 않고 부드럽게 일어남에 따라 P-V선도상의 면적이 증가하는것이다. 이런 파일럿의 특성을 나타내기 위해 P-V 선도를 비교한다.
0 100 200 300 400 500 600
0 10 20 30 40 50 60 70
Volume(cc)
Pressure(bar )
Fig. 4.25 P-V Diagram at 1500rpm, BTDC4˚, 1350bar condition
Fig. 4.25는 기관속도 1500rpm, 분사시기 BTDC 4˚, 커먼레일압력 1350bar의 조건에서 측정된 데이타를 P-V선도로 나타낸 것이다. 이 와 비교하여 다음에 나올 Fig. 4.26과 Fig. 4.27은 각각 800㎲와 2400㎲의 분사간격을 가지는 조건에서 측정된 데이터를 P-V선도로 나타내었다.
0 100 200 300 400 500 600 0
10 20 30 40 50 60
Volume(cc)
Pressur e(bar)
Fig. 4.26 P-V Diagram with 800㎲ Pilot injection
0 100 200 300 400 500 600
0 10 20 30 40 50 60 70
Volume(cc)
Pressure(bar)
Fig. 4.27 P-V Diagram with 2000㎲ Pilot injection
Fig. 4.25, Fig. 4.26, Fig. 4.27을 비교해보면 주분사와 파일럿분사 간의 간격이 커질수록 연소구간이 부드러워지는 것을 알 수 있다.
주분사와 파일럿 분사 사이의 시간간격이 너무 작으면 출력이 오 히려 감소하는 것으로 나타났다. 이를 그래프로 나타내면 다음과 같 다.
28 28 29 29 30 30 31 31 32 32 33
800 1200 1600 2000 2400
injection gap(㎲)
power(kW)
power(kW)
Fig. 4.28 Effect of injection gap on power
Fig. 4.28을 보면 1200㎲ 근방에서 가장 큰 출력을 내고 있다. 이에 따라 파일럿 분사에 대한 최적점이 1200㎲ 정도인 것으로 생각한다.
4.4 커먼레일압력과 분사시간 증가에 의한 출력증가 특성 비교
4.4.1 연료분사기간의 조정에 의한 출력증가 특성
디젤기관에서 부하를 증가시키는 방법은 연료량을 증가시키는 것 이다. 연료량을 증가시키기 위한 방법으로는 커먼레일 압력을 증가 시키는 것과 분사기간을 증가시키는 두 가지 방법이 있다. 이 두가 지 방법 즉 압력과 시간에 대한 연료량의 분출량을 비교하고 그 특 성을 살펴보고자 한다.
0 5 10 15 20 25 30 35 40
400 500 600 700
injection duration(㎲)
power(kW)
power-1350bar power-800bar
Fig. 4.29 Comparision of power between 800bar rail pressure and 1350bar rail pressure condition
Fig. 4.29를 살펴보면 커먼레일 압력이 고압일 때가 출력이 더 크
것을 알 수 있다. 이로서 알 수 있는 것은 700㎲ 연료량 범위에서는 연료량이 클수록 출력도 비례한다는 것을 알 수 있다.
1) 기관속도 1500rpm, 분사시기 BTDC 12˚, 레일압력 800bar
0 10 20 30 40 50 60 70 80
330 340 350 360 370 380 390 400 410
crank angle(deg)
pressure(bar)
pressure-400㎲
pressure-500㎲
pressure-600㎲
pressure-700㎲
Fig. 4.30 Comparision of combustion pressure according to the variation of injection duration
-40
330 340 350 360 370 380 390 400 410
crank angle(deg)
0
330 340 350 360 370 380 390 400 410
crank angle(deg)
Fig. 4.32 Comparision of combustion pressure according to the variation of injection duration
330 340 350 360 370 380 390 400 410
crank angle(deg)
Fig. 4.29를 참조하면 커먼레일 압력이 고압인 경우가 연료분사기
330 340 350 360 370 380 390 400 410
crank angle(deg)
pressure(bar)
pressure-1200bar pressure-1000bar pressure-600bar
Fig. 4.44 Comparision of combustion pressure according to the variation of rail pressure
-40 -20 0 20 40 60 80 100 120
330 340 350 360 370 380 390 400 410
crank angle(deg)
heat release(J/deg)
injection heat release-600bar heat release-1000bar heat release-1200ar
Fig. 4.45 Comparision of Heat Release according to the variation of Rail Pressure at 1500rpm, BTDC12˚ Injection Duration 600㎲
분사기간 변화에 따른 출력변화와 커먼레일압력 변화에 따른 출력 변화는 다음과 같다.
0 5 10 15 20 25 30 35 40
400/600 500/1000 600/1200 700/1350
injection duration(㎲)/
rail pressure(bar)
power(kW)
power as rail pressure
powe as injection duration-1350bar power as injection duraion-800bar
Fig. 4.46 Comparision of power according to the variation of rail pressure and injection duration
Fig. 4.46에서 보면 커먼레일 압력증가에 의한 출력의 증가와 분사 기간 증가에 의한 출력의 증가 특성이 거의 비슷한 것을 알 수 있 다.
Ⅴ.결론
본 연구에서는 단기통 직접분사식 디젤기관에 커먼레일 연료분사 시스템을 적용해서 분사압력, 분사시기, 분사기간등을 변화시키면서 커먼레일 시스템의 특성을 연구했고 그 결과는 다음과 같다.
1. 커먼레일 압력이 고압일 때 연소지연 기간이 짧은 것을 확인할 수 있었다. 이는 고압에 의해 연료의 분무화가 촉진되고 연료분무량 이 증가하기 때문인 것으로 판단된다.
2. 분사시기가 지각됨에 따라 연소최고압력은 현저히 떨어지지만 열 발생율의 급격한 변화는 거의 없다는 것을 알 수 있었다. 이 원인으
로는 커먼레일 분사시스템의 분무특성이 뛰어나 실험구간인
BTDC12˚∼BTDC4˚에서는 연소지연에 의한 이상연소가 거의 발생 하지 않기 때문으로 판단된다.
3. 파일럿 분사에서 주분사와 파일럿 분사의 간격은 최소 800㎲ 이 상이 되지 않으면 출력이 떨어지는 것을 확인했다. 이는 주분사와 파일럿 분사와의 시간 간격이 너무 작기 때문에 파이럿 분사에 의 해 주분사가 영향을 받기 때문으로 판단된다. 또한 본 실험에서는 1200㎲정도가 가장 좋은 것으로 본 연구에서는 확인했다.
4. 파일럿 분사에 의한 연소의 특성은 열발생률의 최대값이 작고, 이에 따라 5∼7%의 출력 증가를 가져오며, 연소압력의 변화가 급격 하지 않음을 확인했다.
5. 커먼레일을 적용함에 따라 연소최고압력이 낮아지는 것을 확인했 고 이로 인해 NOx가 감소되리라고 예측된다.
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Abstract
Engiene Performance and Combustion Characteristics Due to The Variation of Injection Characteristics in
Diesel Engine with Common Rail Systems
by Park, Hyung Chul
The Professional Graduate school of Automotive Engineering
Kookmin University Seoul, Korea
Common rail injection system is flexible in injection timing, injection duration and pressure in engine. Many research have reported the advantages in using common rail systems. In this study, the characteristics and performance for single cylinder diesel engine with common rail systems were investigated by changing the parameters such as injection timing, injection duration and common rail pressure. The injection timing and injection duration were controlled by electronic pulse generation, and common rail pressure were controlled by PCV driver. The 498cc single cylinder diesel engine was used in this experiment. All data in engine combustion pressure, injection timing and injection duration were recorded by Labview. From this study we could found as following.
(1) The delay of combustion is shorted by high pressure
common rail.
(2) As Injection time is retared the maximum combustion pressure is reduced. But, The heat release rate is changed a little.
(3) The character of combustion by pilot is as following.
The maximum heat release rate is low, the power is
improved in 5∼7% and the rate of change of combustion
pressure is a little.
감사의 글