분사압력 변화에 따른 가솔린 직접분사 인젝터의 거시적 분무와 분무패턴 특성에 관한 연구
박정현*ㆍ박수한†
Study on Macroscopic Spray and Spray Pattern Characteristics of Gasoline Direct Injection Injector for the Variation of Injection Pressure
Jeonghyun Park and Suhan Park
Key Words: GDI(Gasoline Direct Injection, 가솔린 직접 분사), Spray characteristics(분무특성), Spray pattern(분무 패턴), Spray penetration( 분무도달거리), Spray angle(분사각)
Abstract
The purpose of this study is to investigate the macroscopic spray characteristics and spray pattern of a gasoline direct injection (GDI) injector according to the increase of injection pressure. The macroscopic spray characteristics, such as a spray tip penetration and spray angle, were measured and analyzed from the frozen spray images, which are obtained from the spray visualization system including the high-speed camera, light-source, long-distance microscope (LDM). The spray pattern was analyzed through the deviation of the center of the spray plum and images were acquired using Nd: YAG Laser and ICCD(Intensified charge coupled device) camera. From the experiment and anal- ysis, it revealed that the injection pressure have a significant influence on the spray tip penetration and spray pattern.
However, the injection pressure have little influence on the spray angle. The increase of injection pressure induced the reduction of a closing delay. In addition, the deviation of spray center increase with the increase of injection pressure and the distance from a nozzle tip.
기 호
P
inj: 분사압력(injection pressure, MPa) P
amb: 분위기압력(ambient pressure, MPa) P
tube: 관내압력(tube pressure, MPa) t
eng: 통전기간(energizing duration, ms)
t
asoi: 분사시작 후 시간(time after start of injection, ms)
T
amb: 분위기온도(ambient temperature, K)
D
tip: 노즐 팁으로 부터의 거리(distance from nozzle tip, mm)
1. 서 론
일산화탄소(carbon monoxide, CO), 미연탄화수소 (unburned hydrocarbon, UHC), 이산화황(sulfur dioxide, SO
2), 질소산화물(nitrogen oxides, NO
x), 입자상물질 (particulate matter, PM) 및 온실가스 등과 같은 공해물 질은 연료의 연소 과정에서 다량 생성 된다
(1,2). 이러한 유해 물질들은 인체뿐만 아니라 대기 환경에도 나쁜 영
(Recieved: 2 Feb 2018, Recieved in revised form: 20 Mar2018, Accepted: 20 Mar 2018)
*전남대학교 일반대학원 기계공학과
†책임저자, 회원, 전남대학교 기계공학부 E-mail : [email protected]
TEL : (062)530-1674 FAX : (062)530-1689
향을 주고 있어, 자동차로부터 배출되는 배기 물질 규제 는 점차 강화되고 있다. 이 때문에 자동차 제작사 및 관 련 연구자들은 높은 효율을 가지면서 배기물질을 적게 배출하는 내연기관을 개발하기 위한 연구를 활발히 진 행하고 있다.
불꽃 점화 기관에서는 연비가 좋고, 동적 응답성이 빠 르며, 탄화수소의 배출이 낮은 직접분사식 가솔린엔진 의 개발 및 적용이 점차 확대되고 있다
(2-5). 연료를 연소 실 내부로 직접 분사하는 직접분사식 가솔린엔진 (gas-
oline direct injection engine, GDI engine) 의 연소성능을 향상하고, 배기물질을 저감하기 위해서는 연소실 내에 서 공기-연료 혼합기 형성에 대한 이해가 매우 중요하 며, 분사되는 액체연료의 분무미립화 특성 및 정확한 분 무 타겟팅 (spray targeting) 특성 등에 대한 체계적인 이 해가 반드시 필요하다.
연료의 분무 및 미립화 특성은 연료의 물성, 노즐 형 상, 분사 조건 및 분위기 조건과 같은 많은 변수에 의해 결정된다. 보다 균일한 혼합기를 형성하기 위해 노즐 분
Table 1 Recent Research Trends
참고문헌 저자 출판 연도
주요 실험조건
주요 내용
인젝터 연료 분사
압력 분위기
압력 분위기
온도
4 K. E. Lee 2017 6 hole - 100 bar
200 bar - -
·실험 결과와 1-D, 3-D 해석으로 니들 거동을 고려한 인젝터 성능 비교
·인젝터의 유량 및 니들이 받는 힘, 니들의 움직임 해석을 통해 제품개발의 기간단축 및 비용절감 의 가능성을 확인
6 A.
Cavicchi 2017
single hole (diameter 0.2mm, L/
D=3)
n-heptane 20-100
MPa - 20,120℃ (Fuel)
· GDI 인젝터의 momentum flux에 대한 실험 및 해석 비교
·총 힘은 노즐과 목표거리에 영향을 받지 않음
· CFD 코드로 실험데이터의 현상을 정확하게 예 측하고 설명할 수 있음
7 J. Jung 2014 6 hole n-Butane
5.5 MPa 10 MPa 15 MPa
0.1 MPa 0.6 MPa 1.1 MPa
300 K 400 K 500 K
·분사압력이 증가: 분무도달거리가 증가, 분사 각 영향미미
·분위기압의 증가: 항력으로 인해 분무도달거리 가 감소, 분사각 증가
·분위기 온도 증가: 감압비등에 의한 분무도달거 리 증가
8 L. Wang 2017 -
naphtha, surrogate fuels
100 bar 1 bar 298 K
· GDI 인젝터에 Iso-octane, Heptane, Toluen, PRF등 다 양한 연료를 적용하여 분무 가시화 실험 진행
·분사각과 분무의 도달거리는 네 개의 연료 모두 비슷한 경향을 보임
·연료의 밀도가 낮으면 분사속도가 빨라짐
9 G. Y. Park 2014 - Gasoline/
Bioethanol 4.5 MPa
9 MPa 1 MPa 553 K
·에탄올의 혼합율이 증가: 분무도달거리 증가, 미립화 약화
·분사압력 증가: 화염성장지연 시간이 단축 및 연소속도 증가, CO와 HC 배출 감소 및 높은 NOx
와 CO2 배출 증가 10 Y. Huang 2016 6 hole Ethanol/
Gasoline 6 MPa 1 bar 275- 400K
·에탄올과 가솔린 분무 패턴은 유사함
·분위기 온도 증가: 분무도달거리 증가, 분사각/분 사면적 감소
11 B. Wang 2017 - Iso-octane 100 bar 150 bar 200 bar
1 bar -
·인젝터 퇴적물의 거친 표면으로 인해 캐비테이 션 발생. 이로 인한 유량 영역 제한으로 질량 유 량 손실 유발됨.
12 S. Lee 2014
single (172 µm)
3 hole (100 µm)
n-heptane 5-20 MPa 1 bar
Room temp.
(20oC)
· 단공 노즐과 다공 노즐은 분무발달과정은 상당 히 유사함
· 다공노즐은 분무의 액적크기를 감소.
·분사압력 증가: 분무도달거리 증가
공의 크기를 줄이거나 분사압력을 증가시키는 방법을 주로 사용한다. 분공의 축소는 분무액적의 감소와 분무 표면적의 증가를 유도하고 공기-연료 혼합물의 열전달 및 물질전달을 개선하여 원활한 액적 증발이 가능하게 해 주지만 분무도달거리 감소의 원인이 되기도 한다. 분 사압력의 증가는 분무도달거리의 증가 및 분무 미립화 향상을 유도하고, 분위기 압력의 증가는 분무각의 증가 와 분무도달거리의 감소를 유도한다. 이와 같이 분사 조 건 및 인젝터 노즐의 형상은 연소실 내에서의 분무 및 미립화 특성에 직접적인 영향을 주는 중요한 인자들이 다. 따라서 설계하고자 하는 기관의 특성에 따라 최적화 된 분사 및 분무 인자 선택이 필요하다. 따라서 GDI 인 젝터의 분무 및 미립화 특성에 대한 다양한 연구가 최 근 활발히 진행되고 있다.
Table 1 은 GDI 인젝터의 분무 및 미립화 특성 관련 최근 연구 동향을 정리한 것으로, 다양한 분야에서 실 험 및 해석 연구가 수행되고 있음을 확인할 수 있다.
또한 가솔린을 대체할 다양한 종류의 연료들을 GDI 인젝터에 적용하는 연구가 활발히 진행되고 있다
(7-10). Jung 등
(7)은 다양한 분사조건에서 n-butane을 적용하 여 GDI 인젝터의 분무특성을 파악하였으며, Lee 등
(4)은 해석적 방법으로 니들거동에 따른 인젝터의 성능을 예측하는 결과를 발표하였다. Cavicchi
(6)등은 GDI 인 젝터의 모멘텀 플럭스(momentum flux)에 대한 연구
(7)에서 분사압력이 증가하면 분무도달거리가 증가하며 분사각에는 영향을 주지 못하는 것을 확인하였다. 또 한, 분위기압력의 증가는 분무도달거리를 감소시키고, 분위기온도의 증가는 분무도달거리를 증가시킨다고 발표하였다. Park 등
(9,10)은 가솔린 대체연료로 주목받 고 있는 가솔린-에탄올 혼합연료를 이용하여 분무 및 연소특성에 대한 연구를 수행하였다. 한편, Wang
(11)등 은 인젝터의 퇴적물에 의한 거친 표면 형성으로 노즐 오리피스에 공동현상 (cavitation)이 발생하며 이로 인 한 유량손실이 발생한다고 발표하였다.
본 연구에서는 분무영상 가시화 및 분석으로 분사 압력 변화에 따른 GDI 인젝터의 거시적 분무특성 및 분무패턴 특성을 비교/분석하였다. 미 산란(Mie-scat- tering) 기법을 기반으로 한 거시적 분무 가시화 실험 으로 분무특성(분무도달거리 및 분사각)을 규명하고 자 하였다. 또한, 장거리현미경(long distance micro- scope, LDM) 을 이용하여 노즐 팁 근처에서의 분무 형상을 가시화하고 분석한 분사특성을 분사율특성과 비교하였다.
2. 실험장치 및 방법
2.1 실험장치
GDI 인젝터의 거시적 분무 특성과 노즐 팁 근처 분무 특성을 측정, 분석, 비교하기 위해 Fig. 1과 같은 실험 장치를 구성하였다. Fig. 1(a)와 같은 거시적 분무 가시 화 장치는 크게 연료 공급부, 신호 제어부, 영상 취득부 로 나누어 구성하였고, 정적 체임버 상단에 인젝터를 설 치하고 질소를 이용하여 정적 체임버 내부 분위기 압력 을 조절하였다. 연료는 공압 펌프 (Haskel, DSF-60)를 이용하여 최대 20 MPa까지 가압하여 공급하였고, 어큐 뮬레이터 (accumulator)에 고압의 연료를 저장함으로써 연료의 압력이 일정하게 유지될 수 있도록 하였다. 영상 취득부는 초고속카메라(FASTCAM, Mini AX100), 렌즈 (SIGMA, 105 mm f/1:2.8 DG MACRO HSM), 250W 출력의 메탈 할라이드 램프(Lighterrace, MID-25FC), 영상 저장 장치로 구성하였다. 인젝터의 분사기간, 분 사횟수는 NI(national instruments)社의 Compact RIO Controller(NI, cRIO-9030), Differential Digital Input (NI, 9411), Injector controller(NI, 9751) 로 제어하였고, 초고속카메라와 인젝터의 신호는 신호 발생기(Berke-
Fig. 1 Schematic diagram of spray visualization system
ley Nucleonics Corp., model 575) 를 이용하여 제어 및 동기화 하였다.
Figure 1(b) 는 노즐 팁 근처 분무 가시화 및 분무 패 턴 가시화 장치를 나타낸 것이다. 마찬가지로 장치를 연 료 공급부, 영상 취득부, 신호 제어부로 나누어 구성하 였다. 연료 공급부는 거시적 분무 가시화 장치와 같게 구성하여 사용하였다. 영상 취득부에서는 고해상도 ICCD(Intensified charge coupled device) 카메라와 532 nm 파장의 Nd:YAG Laser(Continuum, SL2-100), 렌즈로 구성하였으며, 렌즈의 조합으로부터 평면광을 생성하여 분무 패턴 영상을 취득하였다. GDI 인젝터는 ECU (engine control unit) 를 이용하여 제어하였으며, GDI 인 젝터, ICCD 카메라, Nd:YAG 레이저의 발진 신호를 동 기화하기 위하여 신호 발생기를 사용하였다. 분무 패턴 가시화를 위하여 단렌즈(Nikkon 105 mm, f/1:2.8 D)를 사용하였고, 노즐 팁 근처 분무를 가시화하기 위해 LDM (long distance microscope) 을 사용하여 분무 영상 을 취득하였다. 취득한 영상으로부터 정량적 데이터 (분 무도달거리, 분사각, 분무패턴 등)를 얻기 위해 사용된 영상후처리프로그램은 MATLAB을 기반으로 제작한 자 체 프로그램을 사용하였다.
2.2 실험연료의 물성
이 실험에 사용된 노말 헵탄 (n-heptane)의 물성을 Table 2 에 나타내었다. 노말 헵탄은 다성분 연료인 가솔 린과 달리 단일 성분 연료로서 분무의 균일도가 비교적 높고, 가솔린의 물리적 특성(밀도, 점도, 표면 장력 등) 과 비슷하여 분무 특성을 해석하기에 더 적합하다고 판 단하였으며, 또한, SAE (society of automotive engineer- ing) 에서 제시한 가솔린 인젝터의 분무 측정 평가 기준에 서도 분무 실험의 연료로 노말 헵탄을 추천하고 있다
(13).
2.3 실험방법
Table 3 은 분무가시화 측정 실험의 조건을 나타낸 것 이다. 분무의 발달을 관찰하기 위하여 초고속카메라의 초당 프레임수 (frame rate)를 10,000 fps (frame per sec- ond) 로 설정하였다. 통전기간은 가솔린 인젝터의 분무 실험의 표준이 되는 1.5 ms로 고정하고
(13), 분위기압력 은 0.5 MPa로 유지한 채 분사압력을 10 MPa, 12 MPa, 16 MPa, 20 MPa 로 증가시키며 실험을 진행하였다. 노 즐 팁 근처 분무 가시화 실험과 분무 패턴 가시화 실험 에서는 대기압의 분위기 조건에서 분사압력 10 MPa과 20 MPa 에서 실험을 진행하였다. 본 실험에서는 솔레노 이드 방식으로 구동되는 6개의 홀을 가진 GDI 인젝터 를 사용하였다.
Figure 2(a) 는 실험에 사용된 GDI 인젝터의 옆면과 밑 면의 개략도와 분무의 방향을 정의한 것이다. 실험에 사 용된 GDI 인젝터는 비대칭형 구조로 제작되어 분무의 관찰방향에 따라 다른 분무의 영상 취득이 달라지기 때 문에 분무의 방향을 정의하였고, 본 연구에서는 X방향 의 분무영상을 이용하여 거시적 분무 특성을 분석하였 다. Fig. 2(b)는 거시적 분무 가시화 특성을 파악하기 위 하여 정의한 분무도달거리(spray tip penetration), 분사각 (spray angle) 을 분무 영상에 나타낸 것이다. 분무도달거 리는 인젝터 팁으로부터 분무 선단(edge)까지의 최대 거 리, 분사각은 인젝터의 중심과 분무의 양 끝점이 이루는 Table 2 Fuel properties of test fuel
Gasoline n-heptane Molecular formula - n-C
7H
16Molecular weight - 100.2 Density [g/cm
3@20
oC] 0.746 0.682 Viscosity [cSt] 0.55 0.689 Surface tension [mN/m] 21.3 20.53 Lower heat value [MJ/kg] 44.1 44.566 Latent heat [kJ/kg] 310-340 316
Table 3 Conditions of spray experiment
Conditions Value
Frame rate [fps] 10,000 Energizing duration [ms] 1.5 Injection pressure [MPa] 10, 12, 16, 20 Ambient pressure [MPa] 0.5
Fig. 2 Schematic diagram of test injector and definition
of spray characteristics
각도로 정의하였다.
3. 선행연구
본 논문은 본 학술지에 게재된 선행연구
(14)의 내용을 바탕으로 분무 가시화 연구를 진행한 것이다. Fig. 3과 Fig. 4 는 선행 연구의 주요 내용으로 분사압력 증가에 따른 분사량과 분사율 결과를 나타낸 그래프이다. 그림 에서 보는바와 같이 분사량은 분사압력이 증가할수록 증가하며, 단위압력(10 bar)당 증가율은 감소하는 것으 로 나타났다. 분사율은 분사압력이 증가함에 따라 곡선 의 면적이 증가하였으며, 최대 분사율 또한 증가하는 것 을 알 수 있다. 그리고 분사압력의 증가는 분사시작시기 에 큰 영향을 주지 못하였지만, 분사종료시기에는 영향 을 미쳐 분사종료가 점차 빨라지는 것을 확인하였다. 이 러한 연구결과를 기반으로 거시적 분무 가시화 및 노즐 팁 근처에서의 가시화 및 분무 패턴 연구를 수행하였다.
4. 실험결과 및 고찰
4.1 거시적 분무가시화 실험
Figure 5 와 6은 GDI 인젝터에서 분사압력 변화에 따 른 분무도달거리, 분사각 특성을 나타낸 것이다. 분사압 력은 10 MPa에서 20 MPa까지 증가시켰으며, 통전기간 과 분위기압력은 각각 1.5 ms, 0.5 MPa로 고정하였다.
분무도달거리는 분사가 시작되는 시점을 기준으로 표현 하였다. Fig. 5에서 보는바와 같이 분무도달거리는 분사 초기에 급격하게 증가하였으며
(15-17), 이때 분사압력에 의한 분무 액적의 에너지가 소산되며 시간이 지남에 따 라 증가율이 점차 감소되는 것을 확인할 수 있었다
(18-19). 기존의 선행연구와 같이 분사압력이 증가할수록 분무도 달거리가 증가하였으며 분사압력이 10 MPa에서 20 MPa 로 증가함에 따라 평균적으로 11.6%증가하였고 0.3 ms 에서 최대 25.6% 증가하였다. 이는 분사압력이 증가함 에 따라 분무 액적이 더욱 큰 운동량을 가지고 분사되
Fig. 3 Injection quantity of n-heptane for increasing injec- tion pressure
(14)Fig. 4 Injection rate characteristics for increasing injec- tion pressure
(14)Fig. 5 Comparison of spray tip penetration and rate of change according to injection pressure
Fig. 6 Comparison of spray angle according to injection
pressure
어 더 빠르고, 더 멀리 분무가 발달하기 때문이다. 한편, 분사압력이 높을수록 분사종료시기가 빨라지며 이에 따 라 분사기간이 짧아지는 것을 확인 할 수 있다. 또한 분 사 초기 분무도달거리의 증가율은 최고점에 도달한 후 대체로 감소하였으며, 분사 종료 후 분사에 의한 에너지 는 거의 소산되며 중력으로 인한 분무의 거동으로 인하 여 모든 분사압력에서 거의 비슷한 증가율을 나타내는 것을 확인 할 수 있었다.
Figure 6 은 분사압력 증가에 따른 분사각의 변화 특성 을 나타낸 것이다. 분사압력의 변화는 분사각에 큰 영향 을 끼치지 못하였으며
(15,16)모든 분사압력에서 65° 전후 (±5
o) 의 분사각을 나타내었다. 분사시작 초기단계에서는 분무가 완전히 발달하지 못한 불안정한 상태로 분사각 또한 발달하고 있는 과정으로 분사각이 0.3 ms까지 빠 르게 발달하였으며, 최고값 이후 분사각이 안정되는 것 을 확인하였다. 분사가 진행되는 동안 분무액적이 높은 에너지를 가지고 분사되어 직진성이 상대적으로 강하기 때문에 분사각은 비교적 안정적으로 나타났다. 분사종 료 후에는 모든 분사압력에서 소폭 상승 (약 3
o~6
o) 하게 되는데 이는 분사로 인한 에너지를 잃으면서 분무의 직
진성이 줄어들고, 분무의 액적이 공기의 저항으로 인해 다양한 방향으로 흩어지며 분사각이 소폭 상승된 것으 로 보인다.
4.2 노즐 팁 근처 분무가시화 실험
Figure 7 의 (a)와 (b)는 LDM을 이용하여 GDI 인젝터 의 노즐 팁 근처 분무 영상을 가시화한 결과를 나타낸 것이다. 분무영상은 분사압력 10 MPa와 20 MPa에서 분사가 시작되는 시점(t
asoi=0.01 ms) 을 기준으로 분사가 종료된 시점(t
asoi=1.77 ms) 까지 시간 순서로 나타내었다.
앞서 본 거시적 분무 특성과 같이 분사압력이 증가하더 라도 초기 분무발달에는 영향을 끼치지 못한 것으로 확 인되었다. 또한 분사율 실험에서 확인한 것처럼
(14)분사 압력이 증가하면 닫힘분사지연이 약 0.02 ms 짧아지는 것을 분무 가시화 실험에서도 확인하였다. 이는 분사종 료 후 니들이 제자리로 돌아오는 과정에서 높은 분사압 력의 니들을 미는 힘이 더해져 분사지연이 짧아진 것으 로 판단된다.
Figure 7(c) 는 인젝터의 분사시작구간과 분사종료구간 을 분사율 그래프와 함께 나타낸 것이다. 분사종료 (t
asoi=1.5 ms) 이후 t
asoi=1.63 ms 에서도 연료의 분출이 지 속되는 것을 확인할 수 있다. 이는 인젝터 내부의 sac volume 에 남아있던 연료가 닫힘분사지연기간 동안 느린 속도로 미립화 되지 못한 액적의 형태로 분출되어, 정상 적인 연소과정에 참여하지 못해 HC와 Soot 발생의 주 요 원인이 된다
(20).
4.3 분무패턴 실험
Figure 8 은 ICCD 카메라와 평면광을 이용하여 GDI 인젝터로부터 분사되는 분무의 수직 방향에 대한 분무
Fig. 7 Near-nozzle spray visualization during injection
period Fig. 8 Image processing for spray boundary line
패턴을 가시화하고 분석한 것이다. 분사조건은 통전기 간 1.5 ms, 분사압력 10 MPa와 20 MPa로 설정하고, 노 즐 팁으로부터의 거리(D
tip) 를 30 mm와 50 mm로 변경 하며 실험을 진행하였다. 각 조건의 왼쪽 사진은 실제 분무의 사진을 나타낸 것이고, 오른쪽은 영상후처리 프 로그램을 이용하여 각 플럼(plume)의 분무 분포를 분석 한 것이다. 인젝터 노즐 팁의 위치는 빨간 실선 두 개가 만나는 지점이고, 각 분무 플럼의 경계 및 중심을 나타 내었다. 분사압력이 증가하면서 분사량이 증가하여 더 많은 액적의 산란으로 인하여 분무의 밝기가 더 밝게 나타났으며, 분무 액적의 속도가 빨라져 분무가 보다 직 진성을 띄게 되어 각 플럼의 분무면적이 줄어드는 것을 확인할 수 있었다. 노즐팁으로부터 멀어질수록 각 플럼 의 면적이 증가하는 것은 분무가 일정한 각도를 가지고 분사되고, 평면광에 의해 가시화되기 때문이다.
Figure 9 는 Fig. 8의 분무 패턴 가시화 영상에서 얻을 수 있는 인젝터 팁의 위치와 각 분무플럼의 중심을 나 타낸 그래프이다. 조건마다 분무패턴 영상은 반복적으 로 10장을 취득하였으며, 6개의 개별 플럼의 중심위치 편차를 σ로 그래프에 표시하였다. 분사압력 10 MPa, 20 MPa 모두 인젝터로 부터 거리가 멀어질수록 각 플럼 중심위치의 편차가 커지는 것을 확인할 수 있었다. 이는 분무중심의 변화가 크다는 것을 의미한다. D
tip=30 mm 에서는 분사압력이 커지면 전체적으로 각 플럼의 중심
이 인젝터 노즐 팁 중심위치로 모이며, 각 플럼 위치의 편차가 줄어드는 것을 확인하였다. 이는 높은 분사압력 의 분무 액적이 보다 높은 운동량을 가지고 있기 때문 에 주변 공기의 저항을 견디며 분무가 발달하는 것이 원인으로 판단된다. D
tip=50 mm 에서는 다시 각 플럼의 중심이 노즐 팁으로부터의 위치가 분사압력에 따라서는 큰 차이가 없으며, 분사압력이 커짐에 따라 각 분무 플 럼 중심의 편차는 커지는 것으로 확인되었다. 이는 D
tip=50 mm 는 분무 액적이 주변 공기를 만나 운동량을 충분히 잃고 분무가 발달하는 구간으로서 분무 액적이 직진성을 잃게 되는 구간으로 생각된다. 따라서 분사압 력이 발달함에 따라 각 플럼 중심위치는 큰 차이가 없 지만 분사량이 많은 20 MPa 분사압력에서 더 많은 액 적이 다양한 방향으로 분무 액적이 발달하게 되어 편차 가 커진 것으로 생각된다.
5. 결 론
본 연구에서는 분무 가시화 실험을 통해 분사압력 증 가에 따른 GDI 인젝터의 거시적 분무 특성 및 노즐 팁 근처 분무 특성, 분무 패턴 특성을 분석하여 다음과 같 은 주요 결론을 얻을 수 있었다.
1) 분사압력의 증가(10 MPa → 20 MPa)로 분무도달 거리는 약 20.4% 증가 하였으나 분사각에는 큰 영향을 주지 못하였다.
2) 노즐 팁 근처 분무 가시화 실험으로 분사압력의 증 가가 인젝터 노즐의 닫힘 지연기간 (closing delay)의 감 소에 영향을 주지만, 열림 지연기간 (opening delay)에는 영향을 미치지 못하였다.
3) 분사압력이 증가할 경우 강한 운동량을 가진 분무 액적들의 직진성으로 인해 각 플럼의 면적이 감소하였다.
4) 분사압력이 증가할 때 팁으로부터 거리가 가까운 지점(D
tip=30 mm) 에서는 각 플럼 중심 위치의 편차가 감소하였지만, 거리가 먼 지점 (D
tip=50 mm) 에서는 분 무의 미립화가 진행되며 각 플럼 중심의 편차가 증가하 였다.
후 기
이 논문은 한국연구재단의 지역대학우수과학자지원
사업(2016R1D1A3B03935537)과 기초연구실지원사업
Fig. 9 Spray targeting position characteristics
(2015R1A4A1041746) 의 지원으로 수행된 연구임.
참고문헌
