A Study of Downsizing Effect on Turbocharged LPG Direct Injection(T-LPDI) Engine with Startability Improvement by Optimization of Fuel Control System

Copyright

2016 KSAE / 145-01 pISSN 1225-6382 / eISSN 2234-0149 DOI http://dx.doi.org/10.7467/KSAE.2016.24.6.619 Transactions of KSAE, Vol. 24, No. 6, pp.619-626 (2016)

LPG 직분사 엔진의 다운사이징 효과 및 시동성 개선을 위한 연료 제어시스템 최적화에 관한 연구

임 종 석^*1)․김 도 완¹⁾․박 한 용¹⁾․송 진 오²⁾․한 정 환²⁾․육 철 수²⁾․박 성 민²⁾․신 용 남³⁾

콘티넨탈 오토모티브 엔진시스템사업부¹⁾․현대기아자동차 연구개발본부²⁾․모토닉 기술연구소³⁾

A Study of Downsizing Effect on Turbocharged LPG Direct

Injection(T-LPDI) Engine with Startability Improvement by Optimization of Fuel Control System

Jongsuk Lim^*1)․Dowan Kim¹⁾․Hanyong Park¹⁾․Jinoh Song²⁾․Junghwan Han²⁾․ Chulsoo Yook²⁾․Seongmin Park²⁾․Yongnam Shin³⁾

1)

Engine System Korea, Continental Automotive Systems Corporation, 45-29 Saeum-ro, Icheon-si, Gyeonggi 17308, Korea

2)

R&D Division, Hyundai and Kia Corporate, 150 Hyundaiyeonguso-ro, Namyang-eup, Hawseong-si, Gyeonggi 18280, Korea

3)

Research & Development Center, Motonic Corporation, 530 Dalseo-daero, Dalseo-gu, Daegu 42702, Korea (Received 12 April 2016 / Revised 26 July 2016 / Accepted 8 August 2016)

Abstract : The new 1.4 L turbocharged LPG direct injection (T-LPDI) engine is presented in this paper to improve the fuel efficiency of the vehicles installed with the 2.0 L LPG port fuel injection (LPI) engine, while maintaining the performance as a downsizing concept for the new engine platform development. Firstly, the return type high pressure LPG fuel supply system is designed and mounted in the new 1.4 L T-LPDI engine. As a result, this new engine shows a much better WOT performance and approximately 8 % of improved fuel economy level, as compared to the 2.0 L LPI vehicle. Secondly, the LPDI engine specific optimized design for high pressure fuel components and fuel injection control strategies are proposed and evaluated in order to overcome the restartability problem in a heat-soaked condition called the vapor lock phenomenon. Consequently, these experimental results illustrate a great potential for the developed 1.4 L T-LPDI engine as a possible substitute for the 2.0 L LPI engine.

Key words : T-LPDI(과급 액화석유가스 직접분사), Downsizing(다운사이징), Fuel economy(연비), Particulate matter(입자상 물질), Startability(시동성), Hot soaking(고온 소킹), Vapor lock phenomenon(베이퍼 로크 현상)

1. 서 론

¹⁾

최근 세계적으로 한정된 석유자원의 사용량 증가 에 따라 고유가가 지속되고 있으며, 지구온난화에 따른 온실가스 감축의 요구는 세계 각국의 차량 연

*

A part of this paper was presented at the KSAE 2015 Annual Conference and Exhibition

*

Corresponding author, E-mail: [email protected]

비규제 강화로 이어지고 있다. 이에 따라 각국의 완 성차 업체들은 차량에 기존 포트분사식(PFI) 가솔린 엔진 대신 실린더 내로 고압의 연료를 분사하여 체 적효율 향상과 더불어 정밀한 연료제어를 통한 연 소효율 향상으로 연비 및 동력성능의 개선이 가능 한 직접분사식(GDI) 가솔린엔진의 채용을 늘려가 고 있는 추세이며, 배기량 축소 및 down speeding 등 을 통해 추가적인 연비개선이 가능한 과급 직접분

임종석․김도완․박한용․송진오․한정환․육철수․박성민․신용남

사식(T-GDI) 다운사이징 엔진의 양산 적용 또한 확 대되어가고 있다.^1,2) 하지만 GDI 엔진은 실린더 내 부로 연료를 직접 분사하는 특성 상 균질한 혼합기 형성이 어려울 뿐만 아니라 연료 분사 시 연소실 벽 면, 피스톤 헤드 및 흡배기 밸브의 간섭에 의한 연료 액적의 생성 등으로 인해 연소 시 PFI 엔진 대비 다 량의 입자상 물질(Particulate Matter)이 발생되는 문 제를 가지고 있으며, 2017년 9월로 예정된 EU6c 배 출가스 규제 중 입자상 물질 수량 규제(PN = 6x1011#/km)에 직면해 있다.^3,4) 반면 LPG(Liquefied Petroleum Gas) 연료는 가솔린 연료 대비 엔진 적용 시 낮은 배기 배출물 수준으로 인해 청정 대체연료 로 평가받고 있으며, 더욱이 연료의 높은 무화성 및 확산성으로 인해 입자상 물질의 발생수준이 낮은 것으로 알려져 있다.^5-7) 하지만 LPDI(Liquefied Petro- leum Direct Injection) 엔진의 경우 동일한 연료압력 을 기준으로 가솔린 대비 낮은 기화 온도를 갖는 LPG 연료의 특성 상 충분히 warm up 된 엔진이 정지 후 냉각되는 고온 소킹 조건에서 고압 연료레일 내 정체된 연료의 온도 및 압력거동은 Fig. 1과 같이 warm up된 엔진과의 온도차로 인해 연료온도가 증 가 후 냉각되는 동안 연료의 리턴라인으로 연료가 빠져나감으로 인해 압력이 하강하는 구간 ② → ③

→ ④에서 LPG 연료가 기화 가능한 영역에 머무는 기간이 존재한다. 이와 같은 LPG 연료의 기화 가능 조건에서 엔진의 재시동 시 발생되는 Vapor Lock 현 상은 연료분사의 불안정에 따른 연료 혼합율의 변 동, 연소불안 및 시동불량을 초래하게 되며 이는 LPDI 엔진의 차량 적용 시 시동조건에서의 배기 배 출물 증가를 초래하게 될 것으로 예상 된다.⁸⁾

따라서 본 논문에서는 다음의 두 가지 내용에 초 점을 맞추어 연구를 진행하였다. 첫 번째로 가솔린 엔진 대비 낮은 배기 배출물 수준을 갖는 기존 포트 분사방식 2.0 L LPG 엔진의 성능 및 연비향상을 위 해 직접분사엔진에 과급 시스템을 적용한 1.4 L T-LPDI(Turbocharged Liquefied Petroleum Direct Injection)엔진을 개발하였으며, 엔진단계 및 차량단 계에서의 다운사이징을 통한 연비 및 성능 개선수 준을 평가함으로써 터보과급 시스템이 적용된 LPG 직분사 엔진의 기존 포트분사방식 2.0 L LPG 엔진

Fig. 1 Fuel pressure and temperature behavior in hot soaking condition

대체 가능성을 확인하고자 하였다. 두 번째로 개발 된 LPDI 엔진이 적용된 차량단계에서 고온 소킹 이 후 시동 시 발생되는 Vapor Lock 현상에 의한 시동 성 저하 조건을 확인한 후, 고압펌프와 고압레일을 포함하는 연료시스템의 최적화와 시동 시 연료분사 량 및 분사허용압력의 최적화를 통해 해당 조건에 서의 LPDI 엔진 적용 차량의 시동성능 개선효과를 확인하고자 하였다.

2. 실험장치 및 조건 2.1 실험 엔진 및 차량

본 연구에서는 LPG 직분사 엔진의 다운사이징 효과를 확인하기 위해 터보과급 시스템이 적용된 1.4 L T-LPDI 엔진을 개발하였으며 Table 1에 대상 엔진의 주요제원을 나타내었다. 개발된 T-LPDI 엔 진의 LPG 연료의 적용을 위한 연료공급시스템은 Fig. 2와 같이 기존 포트분사식 LPG엔진과 동일한 LPG 저압연료공급 부와 직접분사식 고압인젝터 구 동을 위한 고압연료 공급 부로 구성되었다. 고압연 료 공급 부는 200 bar 사양의 고압펌프, 고압연료레 일 및 고압인젝터를 포함하며 국소 고온부에서 기 화된 연료의 연료탱크로의 순환을 위해 고압펌프 상부에 연료 리턴라인이 적용되었다.

개발된 1.4 L T-LPDI 엔진의 차량단계 연비 비교

LPG 직분사 엔진의 다운사이징 효과 및 시동성 개선을 위한 연료 제어시스템 최적화에 관한 연구

Fig. 2 System diagram of LPDI engine

Table 1 Engine specification

Specification of test engine

Engine type I4 DOHC, Turbocharged LPDI Engine

Displacement 1,396 cc

Bore x Stroke 77 × 75 mm

CAM control Hydraulic dual CVVT Fuel supply system 200 bar Side mount solenoid injector

200 bar High pressure pump

Table 2 Reference vehicle specification Reference vehicle

Vehicle YF 2.0 L LPI

Engine Max. power (ps) 154@6,200 rpm Max. torque (kgfm) 19.7@4,350 rpm

Transmission 6 Speed AT

평가 및 시동성 평가를 위해 포트분사식 2.0 L LPG 엔진이 장착된 비교 대상차량과 동일한 차종에 개 발된 1.4 L T-LPDI 엔진시스템을 적용하여 차량을 제작하였으며, 비교 대상차량의 제원을 Table 2에 나타내었다.

2.2 시험 조건 2.2.1 엔진 시험

개발된 1.4 L T-LPDI 엔진의 성능평가는 Table 3과

Table 3 Engine performance evaluation condition Operating condition Evaluation parameter

WOT @ 1,000 rpm ~ 6,000 rpm

Maximum torque (kgfm) Maximum power (ps)

같이 엔진 동력계 시험을 통해 측정된 1,000 rpm ~ 6,000 rpm 엔진회전수영역에 대한 전 부하 최대 토 크 및 출력 값을 평가조건으로 선정하여 기존 포트 분사식 2.0 L LPG 엔진의 성능과 비교하였다.

2.2.2 차량 시험

개발된 1.4 L T-LPDI 엔진의 차량단계의 평가는 연비 비교평가 및 시동성 평가로 구분되어 진행되 었다.

차량단계의 연비개선 관점에서의 다운사이징 효 과를 평가하기 위해서는 현행 국내 연비평가 모드 중 도심주행 여건을 고려한 FTP-75(도심주행)모드 와 함께 고속도로주행 여건을 고려한 HWFET(고속 도로주행) 모드를 선정하여 평가를 진행하였으며, 각 해당 모드의 연비 측정결과에 5-cycle 보정식을 적용한 연비결과 및 복합 연비결과가 평가기준으로 사용되었다. 평가기준으로 사용된 5-cycle 보정식은 현실적인 주행 여건을 반영하기 위해 개발된 FTP-75 모드, HWFET 모드, US06(고속 및 급가속주행)모드,

Jongsuk Lim․Dowan Kim․Hanyong Park․Jinoh Song․Junghwan Han․Chulsoo Yook․Seongmin Park․Yongnam Shin

SC03(에어콘작동주행) 모드 및 Cold-FTP(-7 °C저온 주행) 모드를 포함하는 5가지 cycle 시험결과를 토 대로 산출된 선형 회귀보정식을 의미한다. FTP-75 모드 연비 및 HWFET 모드 연비의 5-cycle 보정식은 각각 식 (1)과 식 (2)로 나타낼 수 있으며, 5-cycle 보 정식에 의한 복합연비는 식 (1)의 결과 값의 55 %, 식 (2) 결과 값의 45 %를 가중한 조화평균값을 의미 한다.



   

 모드연비









   

^모드연비







추가로 실 주행 연비의 확인을 위해 Table 4에 보 인 일반국도, 고속도로 및 고지대 도로를 포함한 약 280 km의 실 도로에서의 Full Tank법을 사용한 주행 연비 평가를 수행하였다.

차량단계에서의 고압연료펌프와 연료레일의 설 계 최적화 및 시동 시 연료분사 허용압력의 최적화 를 통한 시동 성능개선효과를 평가하기에 앞서, 고 압연료레일 내에서 LPG 연료가 기화 가능한 조건 에 머무는 시기를 결정하기 위해 충분히 warm up 된 LPDI 엔진의 정지 후 고온 소킹 경과시간에 따른 고 압연료레일, 인젝터 및 연료의 온도 및 압력 거동을 확인하였으며 이를 Fig. 3에 나타내었다. Fig. 3의 측 정결과를 보면 LPG 연료의 부탄과 프로판의 비율 이 70:30의 조건을 기준으로 프로판의 비율이 감소 할수록 연료증기 발생 가능성이 감소하는 경향을 보일 것임을 예상할 수 있다. 또한 고온 소킹 후 30 분에서 40분 사이의 기간 ⑥, ⑦은 프로판의 비율이 15 %까지 감소한 경우에도 고압연료레일 내 인젝터 부근에서 LPG 연료의 기화발생이 가능한 기간으로

Table 4 Test route to check fuel economy level in condition of combined driving mode

Route Distance Driving mode

Jinburyung

→ Hangueryung 51 km Up and downhill Hangueryung

→ Gosung 150 km Highway and country road Gosung → Inje 79 km Country road

Fig. 3 Measured fuel rail pressure and temperature behavior in hot soaking condition

Table 5 Hot soaking condition to evaluate startability Hot soaking condition

Engine coolant

temperature at engine stop 95 °C

Hot soaking time 30 min

Ambient temperature 20 °C ~ 25 °C Test fuel Propane 30 % + Butane 70 %

Vapor Lock에 의한 시동성 문제에 가장 취약한 기간 임을 알 수 있다. 고압레일 내 연료 압력이 10 bar 이 하로 감소한 이후 ⑧, ⑨에는 시동 전 저압연료펌프 의 구동으로 고압레일 내 기화된 연료를 리턴라인 으로 순환시키는 것이 가능하다. 따라서 본 연구에 서는 LPDI 엔진의 Vapor Lock 현상에 의한 시동지 연 발생에 가장 취약한 조건을 Table 5와 같이 부탄 과 프로판 70:30 비율의 LPG 연료를 기준으로 고온 소킹 이후 30분이 경과 후 재시동 시로 선정하여 시 동 성능개선효과를 평가하였다.

3. 실험 결과 3.1 성능 평가

본 연구에 사용된 엔진은 포트분사식 2.0 L LPG 엔진을 다운사이징 하여 성능 및 연비개선 효과를 얻기 위해 설계되었으며, Fig. 4는 1.4 L T-LPDI 시험

A Study of Downsizing Effect on Turbocharged LPG Direct Injection(T-LPDI) Engine with Startability Improvement by Optimization of Fuel Control System

Condition 2.0 L LPI 1.4 L T-LPDI Improvement (%) Max. Torque

(kgfm)

19.7

@4,350 rpm

25.0

@2,000 rpm 26.9 Max. Power

(ps)

152.5

@6,000 rpm

150.5

@6,00 rpm -1.3 Fig. 4 Engine performance improvement(1.4 L T-LPDI vs

2.0 L LPI)

엔진과 현재 양산 중인 포트분사식 2.0 L LPG 엔진 의 전 부하 성능비교 결과를 보여준다. 이 결과에서 1,500 rpm ~ 5,000 rpm 엔진회전수 영역에서의 다운 사이징된 1.4 L T-LPDI 엔진의 최대 토크 값은 26.9 % 개선된 것을 확인 할 수 있으며, 6,000 rpm 엔진회전 수에서의 최대출력은 거의 동등 수준임을 확인할 수 있다. 따라서 차량의 실 주행 시 주로 사용되는 3,000 rpm 엔진회전수 이하의 실용 운전영역에서 다 운사이징을 통해 개선된 토크 및 출력성능은 1.4 L T-LPDI 엔진을 차량에 적용 시 포트분사식 2.0 L LPG 엔진 대비 더 높은 가속성능을 보일 것으로 예 상 할 수 있다.

3.2 연비 평가

Table 6은 동일한 차종에 개발된 1.4 L T-LPDI 엔 진과 포트분사식 2.0 L LPG 엔진을 적용하였을 때

Table 6 Fuel economy test result

Test mode Fuel economy (km/L) Improvement 2.0 LPI 1.4 T-LPDI (%)

FTP-75

(City cycle) 8.10 8.64 6.66

HWFET

(Highway cycle) 11.50 12.72 10.60

Combined 9.30 10.10 8.60

Real road (280 km) 10.20 11.04 8.14

의 5-cycle 보정식에 의한 연비평가 모드 시험결과 와 약 280 km의 복합 실 도로 주행 연비평가 결과를 보여준다. 우선 도심 주행모드 에서는 개발된 엔진 이 장착된 차량이 포트분사식 2.0 L LPG 엔진 장착 차량 대비 6.66 %의 연비개선 결과를 보였으며, 고 속도로 주행모드에서는 10.60 %의 연비개선 결과를 보였다. 두 모드의 연비개선의 차이는 도심 주행모 드 대비 고속도로 주행모드에서의 주행 시 개발된 엔진의 운전영역이 펌핑손실 등의 저감을 통해 높 은 효율을 갖는 1 bar ~ 1.2 bar의 흡기 매니폴드압력 영역에서 주로 운전되었기 때문으로 판단된다. 결 과적으로 연비평가 모드 시험 시 5-cycle 보정식에 의한 복합연비는 8.60 % 개선된 것을 확인 할 수 있 었으며, 실 도로 주행평가 에서는 연비평가 모드시 험의 복합연비와 동등 수준인 8.14 %의 연비개선 결 과를 얻을 수 있었다.

3.3 시동성 평가

3.3.1 고압연료시스템 최적화

LPG 연료를 가솔린 직분사엔진에 적용하기 위해 서는 연료의 특성상 고압 연료시스템 내 국소 고온 부에서 발생한 연료증기에 의한 Vapor Lock 현상을 방지하기 위해 고압연료펌프의 연료리턴 라인을 통 한 연료순환이 필요하다. 이를 위해 Fig. 5(a)와 같이 가솔린 직분사엔진 용 고압펌프에 내경 Φ4 Orifice 연료리턴 라인을 적용한 초기사양의 고압펌프를 제 작하였다. 그 후 LPDI엔진의 시동성 개선을 위한 설 계최적화를 통해 Fig. 5(b)와 같이 고압시동 시 압력 증대 응답성 개선을 위한 내경 축소사양 Φ1 Orifice 연료리턴 라인을 적용하였으며, 연료 리턴 시 유로 저항 최소화 및 고압펌프 내에 연료증기 잔존 방지 를 위하여 고압펌프내부 댐퍼삭제 후 외부댐퍼 적

임종석․김도완․박한용․송진오․한정환․육철수․박성민․신용남

(a) Initial design

(b) Optimized design

용, 체적축소, 저압연료입구부의 위치변경이 적용 되었다. 또한 고온 소킹 시 연료가 냉각되는 동안 연 료 압력의 거동이 연료의 기화 가능한 영역에 머물 지 않도록 연료출구부에 대한 기밀성 최적화 설계 를 적용하였다.

초기사양 LPDI 엔진용 고압연료레일은 내경 Φ 15.6의 기존 가솔린 직분사엔진 용 연료레일을 사용 하였다. Fig. 6(a)와 같이 초기 사양 연료레일의 경우

(a) Initial design

(b) Optimized design

Fig. 6 Design optimization of high pressure fuel rail

LPDI 엔진 적용 시 인젝터 체결부가 연료레일 Main Hole 상부에 위치해 있을 뿐만 아니라 연료증기가 잔 존할 수 있는 공간이 존재하였다. 따라서 고압 연료 시스템 내 발생된 연료증기의 순환이 요구되는 LPDI 엔진 특성에 맞게 연료레일의 설계최적화를 진행하 였으며, Fig. 6(b)와 같이 내경 Φ8 적용, 인젝터 체결 부 상부로 Main Hole 위치변경 및 연료증기 잔존 가 능한 체적의 최소화 등의 설계변경이 적용되었다.

Fig. 7은 차량단계에서 warm up된 엔진을 정지한 후 고온 소킹 하였을 때 초기 고압연료시스템과 전 술한 설계변경이 적용된 고압연료시스템에서 측정 된 고압레일 내 연료 온도 및 압력의 거동을 보여준 다. 측정결과에서 초기 고압연료시스템의 경우 연

LPG 직분사 엔진의 다운사이징 효과 및 시동성 개선을 위한 연료 제어시스템 최적화에 관한 연구

Fig. 7 Measured fuel pressure and temperature behavior with optimized high pressure pump and fuel rail in hot soaking condition

료 온도 및 압력의 거동이 30분의 고온 소킹이 진행 된 시점(⑥)부터 부탄과 프로판의 비율이 70:30인 LPG 연료 증기압곡선의 하부에 위치하는 것을 확 인 할 수 있으며 이는 고온 소킹 약 30분 경과 이후 고압연료레일 내부에서 LPG 연료의 기화가 발생 가능함을 의미한다. 반면 설계변경이 적용된 고압 연료시스템의 경우 초기 사양 대비 고압연료레일과 고압펌프 간 높아진 연료 기밀성으로 인해 고온 소 킹 이후 60분이 경과한 시점(⑧)에서도 연료의 온도 및 압력이 부탄과 프로판의 비율이 70:30인 LPG 연 료기준 증기압곡선의 상부에 위치함을 확인할 수 있으며, 이 결과를 통해 고온 소킹 이후 시동 시 Vapor Lock 현상의 발생 가능성이 저감될 것을 예상 할 수 있다.

3.3.2 고압 연료제어 최적화

전술한바와 같이 충분히 warm up 된 엔진의 고온 소킹 시 고압연료시스템 내의 연료압력과 온도의 변화는 연료레일 내부 LPG 연료의 증기 발생을 유 발할 수 있으며 특히 인젝터의 국소 고온 부의 경우 증기발생 가능성이 높아 재시동 시 고압연료제어에 의한 발생된 연료증기의 적절한 토출이 요구된다.

따라서 본 연구에서는 고온 소킹 이후 차량의 시동 시 인젝터 연료분사 허용압력 및 연료 분사량에 대

한 최적화를 진행하였다. 인젝터 연료분사 허용압 력의 경우 인젝터 부 연료 증기 발생 시 연료압력 상 승지연을 고려하여 30 bar에서 12 bar로 하향조정 되 었으며, 고온 소킹 이후 시동 시 연료분사량은 연료 압력에 따라 최대 35 % 상향 조정하여 Vapor Lock에 의한 시동지연을 최소화하였다.

3.3.3 시동 성능 평가

본 연구에서는 시동 시 냉각수온에 따라 시동 모 터 구동시점 부터 엔진회전수가 770 rpm ~ 960 rpm 까지 상승하는 시점까지의 기간을 시동 시간으로 정의하여 고압연료시스템 최적화 및 고압 연료제어 최적화에 따른 고온 소킹 이후 시동 성능개선을 평 가하였으며, 그 결과를 Table 7에 나타내었다. 초기 고압연료시스템 적용 시 고온 소킹 30분 이후 시동 시간은 9.82초로 Vapor Lock 현상에 의해 상당히 긴 시동지연을 보였다. 하지만 고압연료시스템의 설계 최적화를 적용한 후 동일한 조건에서 80 %의 시동 지연 기간을 단축할 수 있었다. 또한 연료제어 관련 최적화를 통해 추가로 16 %의 시동시간을 단축하여 고온 소킹 30분 이후 시동 조건에서의 Vapor Lock에 의한 시동지연을 개선할 수 있었다.

Table 7 Evaluation of startability after 30min of hot soaking Optimization item Start time (sec)

Base 9.82

Fuel system High pressure pump

1.94 (80.2 %↓) Fuel rail

Fuel control

@ Start

Injection release pressure 1.80 (1.5 %↓) Fuel mass setpoint 0.40 (14.3 %↓) Total startability improvement rate 96 %

4. 결 론

본 연구에서는 개발된 1.4 L T-LPDI 엔진의 성능, 연비 및 시동성 개선 관점에서 다음과 같은 결론을 얻었다.

1) 엔진 성능

개발된 1.4 L T-LPDI 엔진은 포트분사식 2.0 L LPG 엔진 대비 1,500 rpm ~ 5,000 rpm 엔진회전수 영 역에서 26.9 %의 개선된 최대 토크 및 동등 수준의 최고 출력 값을 보였다.

2) 연비 성능

Jongsuk Lim․Dowan Kim․Hanyong Park․Jinoh Song․Junghwan Han․Chulsoo Yook․Seongmin Park․Yongnam Shin

동일한 차종에 포트분사식 2.0 L LPG 엔진과 개발 된 1.4 L T-LPDI 엔진을 적용한 후 연비 성능 평가를 수행한 결과 도심 주행모드 및 고속도로 주행모드 평 가 시 포트분사식 2.0 L LPG 적용 차량 대비 5-cycle 적용 복합연비 기준 8.6 %의 개선된 연비 성능을 보 였다. 뿐만 아니라 약 280 km 구간의 실 도로 주행 평 가 시 8.14 %의 연비 개선 결과를 얻을 수 있었다.

3) 시동 성능

고압연료시스템 측면에서 연료증기 발생 최소화 및 발생된 연료증기의 리턴라인으로의 원활한 순환 을 위해 고압펌프의 리턴 라인 오리피스 경, 내부 연 료유로 및 고압레일 간 기밀성에 대한 최적설계와 함께 고압연료레일의 Main Hole 내경, 내부 연료유 로 및 인젝터 체결부 위치에 대한 설계 최적화를 적 용하여 고온 소킹 이후 시동 시 Vapor Lock에 의해 지연 되는 시간을 초기사양 대비 80 % 단축하였다.

고온 소킹 이후 시동 조건에서의 고압연료제어 전 략으로는 발생된 연료증기의 초기 토출을 위한 인 젝터 연료분사 허용압력의 하향조정 및 연료압력에 따른 연료분사량의 상향조정을 통해 추가로 약 16

%의 시동지연을 개선하여 0.4초의 정상시동 결과를 얻을 수 있었다.

결론적으로 개발된 1.4 L T-LPDI 엔진은 기존 포 트분사식 2.0 L LPG 엔진 대비 다운사이징을 통해 개선된 동력 및 연비성능을 바탕으로 향후 대체 엔 진으로써의 가능성이 확인되었으며, LPDI 엔진의 고온 소킹 이후 Vapor Lock 에 의한 시동성 저하 문 제와 관련하여 고압연료시스템 설계 최적화 및 시 동 시 고압연료제어 전략을 통한 시동성능 개선효 과를 확인 할 수 있었다.

References

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