본 연구에서는 온도 변화에 따른 실제 연료에서의 증기압 변화를 관찰하기 위하여 부탄 100%를 사용하였다. 연료공급방식은 V-6 엔진의 다점분사시스템과 동일하며 연료의 액상 가능성을 최소화하기 위하여 연료레일은 'L' 형상으로 설계하였고, 순차분사시스템을 사용하여 한 열로 작동되도록 하였다. 분사유량은 분사시간, 엔진속도, 연료공급압력에 따라서 측정되었다 또한 액상으로 분사되는 것을 방지하기 위하여 베이퍼라이져와 연료레일 온도를 변화시켜 가며 실험하였다. 그 결과 연료분사의 기본적인 특징으로 공기와 LPG분사의 상대적인 차이를 확인하였다. 하지만 냉 시동 하에서는 압력이 조금만 증가하여도 액상분사가 발생하였고, 베이퍼라이져와 연료레일 사이에서의 충분히 높은 온도가 가스분사를 하는데 매우 중요한 인자임을 확인하였다. 또한, 베이퍼라이져의 온도는 LPG를 기상으로 유지하는데 보다 중요한 역할을 했고, 연료레일의 'L' 형상은 액상분사의 억제에 기여를 하였다.
이번 연구는 가스 연료의 연료 공급 시스템에서 분사 압력과 엔진 속도에 따른 연료 분사 특성을 확인하였다. 이번 실험에서 연료 레일 압력은 1.5에서 6.0 bar까지 1.5 bar 단위로 증가시키고, 엔진 속도는 1,000 에서 6,000 RPM으로 1000 RPM 간격으로 설정하였다. 실제 엔진 작동을 고려하여 분사 펄스폭은 각각 2.5 ms, 5.0 ms 및 13.0 ms로 설정하였으며, 이는 각각 엔진 주행상태에서 저, 중 및 고 부하 운전조건에 해당한다. 결론적으로 100cc 연료레일의 경우, 분사 압력 4.5bar에서 가장 우수한 성능을 보였고, 1000 ~ 6000RPM의 엔진 속도에서 엔진 출력을 보장하는 최소 요구 분사량 53 cc을 얻을 수 있다.
Complex pressure pulsation phenomenon in fuel rails is generated by rapid opening and closing of injectors and it commonly causes undesirable noise. In this study, fluid-structure interaction analyses based on CFD and FEM have been conducted to examine the pulsation damping characteristics for different shapes of fuel rails. It is shown from the present results that the fuel rail with a high aspect ratio rectangular cross section seems to be best in order to reduce the pressure pulsations. It also agrees well with the previous experimental test by Mizuno, K. et al.
기존의 범용 가솔린 소형엔진의 경우 대부분이 캬브레이터 연료 공급 방식으로 연비 및 배기가스성분이 매우 열악한 실정이다. 본 연구에서는 이러한 단점을 극복하고 배기규제에 대응하기위하여 전자제어식 연료분사방식으로 엔진을 변경하고, 관련핵심 부품의 개발을 수행하였다. 전자제어식 소형엔진에 적합한 인젝터, 연료펌프를 선정하였으며 연료레일은 새로이 설계하여 장착하였다. 최적의 작동조건을 선정하기위하여 엔진의 성능개발을 수행하였다. 개발된 소형엔진은 기존의 캬브레이터 방식의 엔진 대비 우수한 연비개선 효과와 배기가스 저감 효과가 있었다.
기존 Non-Road 가솔린 불꽃점화 소형엔진의 경우 대부분이 캬브레이터 연료 공급 방식으로 연비 및 배기가스 성분이 매우 열악한 실정이다. 본 연구에서는 이러한 단점을 극복하고 배기규제에 대응하기위하여 전자제어식 연료분사방식으로 엔진을 변경하고, 관련핵심 부품의 설계 및 개발을 수행하였다. 전자제어식 소형엔진에 적합한 인젝터, 연료펌프를 선정하였으며 연료레일은 새로이 설계하여 장착하였다. 최적의 인젝터, 연료펌프 및 흡기포트를 선정하기위해 각각의 핵심 부품에 대한 성능개발을 수행하였다. 제작된 소형엔진은 엔진성능 개발을 통하여 연비 및 배기가스를 개발할 예정이다.
In the previous study, several problems were observed in a NG conversion vehicle, which were fail of air-fuel ratio closed loop control, aggravated fuel economy, increased harmful emission and declined roadability. It was provisionally supposed that the mismatch of injection system with the engine caused these performance deterioration. In this context, the characteristics of fuel injection system of commercial conversion kit for NG were investigated experimentally varying the engine speed, fuel rail pressure and volume. The results are as follows; The injection quantity decreases as the engine speed increases due to the extremely small rail volume of the presenting system and flow rate of No. 2 injector are always lower than that of the other ones regardless of the speed under the dynamic operation condition. Furthermore the existing system does not meet the required fuel quantity for the normal engine operation over 3000 RPM. On the other hands, the large rail volume systems ease and/or eliminate the difference of injection quantity between the injectors according to the speed variation, however, these systems decrease injection flow rate and still cannot supply sufficient fuel. Finally, suitable combination of the higher rail pressure and the larger rail volume might be a solution about these problems.
A pulsation damper is usually mounted on the fuel rail to diminish undesirable noise in the vehicle cabin room. However, pulsation dampers are quite expensive. Therefore, several studies have focused on reducing fuel pressure pulsations by increasing the self-damping characteristics of the fuel rail. This paper is a basic study in the development of a fuel rail that can reduce pulsations via a self-damping effect. In this study, the pressure pulsation characteristics were of investigated with respect to the aspect ratio of the cross section, wall thickness, and fuel rail material through oil hammer simulations. An oil hammer simulation was performed in advance to simulate the pressure pulsations at the resonant speed, which is a time-saving way. The pressure pulsation peak of fuel rail was observed to rise as the injection period increases. Increase of the aspect ratio and decrease of the wall thickness can reduce the pressure pulsation efficiently.
In general, pulsation damper is installed in fuel rail for conventional MPI engine to decrease undesirable noise in vehicle cabin room. However, pulsation damper is so expensive that there are prevailing studies to reduce fuel pressure pulsations with integrated damping effect. This paper is one of basic studies for development of fuel rail to abate pulsations with self-damping effect. Primarily, the pressure pulsation characteristics was investigated with aspect ratio of cross section, wall thickness, and materials of fuel rail. A high aspect ratio or thin wall was found to absorb the pressure pulsations effectively. But volume effects on the fuel pressure pulsation reductions were not especially significant than cross section effects because volume increment rate is larger than pressure pulsation reduction rate. The fuel rail made of aluminum is effective for reduction of pressure pulsation than that of low-carbon steel. Pressure change period increases on the basis of same lengths of supply line and fuel rail as the volume is enlarged and/or the thickness of wall is thinned.
Conventional LPG pump for Liquified Petroleum injection(LPi) engine has been adopted vane type. But the BLDC type fuel pump for LPi system has complicated structure and its price is high. Therefore, as a alternative, this study has mainly focused on the development of turbine type LPG pump which has lower cost and simple structure than conventional BLDC type. To verify the possibility of substitute the performance tests were performed for each fuel pump. The comparative items were pressure settling time, variation of fuel outlet temperature and engine performance of hot restart ability. As a result, performances of turbine type LPG pump were equivalent or high comparing to the BLDC type all over the tests for different fuel composition.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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