8-9 2022 [추계학술대회]
| 제목 | 물 분사를 이용한 6행정 가솔린 스파크 점화 엔진의 실현가능성 평가 |
|---|---|
| 분야 | 모빌리티 동력 및 구동시스템 |
| 언어 | Korean |
| 저자 | 양유빈( 한양대학교), 이호승( 한양대학교), 양승호( 한양대학교), 박성욱( 한양대학교) |
| Key Words | Six-stroke engine(6행정 엔진), Water injection(물 분사), Exhaust heat recovery(배기열회수), Steam expansion(증기 팽창), SI engine(스파크 점화 엔진) |
| 초록 |
연비 및 배기 규제가 강화됨에 따라, 연비를 개선하기 위한 많은 연구들이 수행되었다. 이 중 새로운 패러다임을 제시한 연구들이 있었는데, 그 중 하나가 물 분사를 이용한 6행정 엔진에 관한 연구이다. 하지만 물 분사를 이용한 6행정 엔진에 관한 연구들은 몇 가지 가정을 통한 이론적인 접근만 수행하였거나 기존의 4행정 엔진과의 비교를 진행하지 않아, 실제로 연비 개선의 여부를 판단하기 힘들었다. 따라서 본 연구에서는 물 분사를 이용한 6행정 엔진의 실험 및 시뮬레이션을 수행하고, 4행정 엔진과의 비교를 통해 해당 엔진의 실현가능성을 평가하였다. 시뮬레이션을 통해, 먼저 물을 분사하지 않은 상태에서 부분 배기 과정의 밸브 리프트를 조절하여 최적화하였고, 해당 결과를 반영하여 실제 배기 캠 형상을 제작하였다. 캠 샤프트 교체를 통해 4행정 엔진을 6행정 엔진으로 수정하여 실험을 수행하였다. CONVERGE v2.4 소프트웨어를 사용하였으며, 모델의 정확성을 위하여 분사 실험 및 엔진 실험을 통해 취득한 실험 결과를 이용하여 시뮬레이션 모델을 검증하였다. 해당 모델을 활용하여, 다양한 물 분사 시기, 분사량, 온도에 대해 시뮬레이션을 수행하였다. 연구 결과, 실험에서 지속적인 물 분사로 인해 실린더 벽면이 냉각되고 물의 증발이 불안정해짐과, 이로 인해 물 분사를 이용한 6행정 엔진을 구현하기 위해서 벽면 온도 제어가 필요함을 확인하였다. 실현 가능성 평가를 위해, 벽면 온도가 일정하다고 가정한 후 시뮬레이션을 수행하였을 때, 물 분사를 통한 열 회수는 이루어졌지만 실린더 내부 혼합기에서 열에너지를 과도하게 가져 올 경우, 실린더 내부 압력 감소로 이어질 수 있음을 확인하였다. 본 연구를 통해 물 분사를 이용한 6행정 엔진의 실현 가능성을 파악하고, 안정적인 구현을 위해 해결해야할 문제점 및 해결 방안을 제시하고자 한다. |
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