• 대한기계학회논문집B
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• 제37권6호
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• pp.607-614
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• 2013

오늘날 전 세계의 자동차 회사들은 연비를 향상시키고 배기가스를 저감시키기 위해 다양한 기술을 개발하고 있다. 그 중 직접분사식 초희박 연소기술은 연료제어의 정확도를 향상시켜 연소 효율을 극대화하고 초희박 연소를 통해 연비를 향상 시킬 수 있는 차세대 기술로 평가받고 있다. 따라서 기존 가스엔진에 초희박 직접분사 기술을 적용한 초희박 LPG 직접분사 엔진을 개발하기 위해 $2{\ell}$ 급 MPI 엔진을 베이스 엔진으로 실린더 헤드를 재설계하였다. 재설계된 헤드는 초희박 연소를 구현하기 위해 인젝터와 점화플러그가 헤드 중앙에 장착되는 분무유도방식 연소시스템을 적용하였다. 연료 분사 압력별 연료 분사 시기와 점화 시기의 변경을 통해 연료 소비율과 연소 안정성을 측정하였으며 이를 통해 최적연료 분사시기와 점화시기를 선정하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제47권3호
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• pp.204-211
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• 2019

희박연료 직접분사(Lean Direct injection(LDI)) 가스터빈 연소기에 대한 이상유동 특성을 해석하였다. LDI 연소기에 적용된 환형분사기(hollow-cone spray injector)의 분열을 모사하기 위해 분열모델(Linearized Instability Sheet Atomization(LISA), Aerodynamically Progressed Taylor Analysis Breakup(APTAB)을 적용하였다. 침투깊이와 평균입도(Sauter Mean Diameter(SMD))를 통해 분열모델을 검증하였으며, LDI 연소기에 적용하여 이상유동특성을 분석하였다. 스월인젝터로 인해 Precessing Vortex Core(PVC)가 발생하였으며, 액적들이 PVC를 따라 미립화되는 것을 확인하였다. SMD 결과를 통해 PVC가 회전하는 영역의 외곽으로 즉, 빠른 속도 영역에 액적들이 분포하며, 스톡스수(Stokes number)는 1보다 작다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제36권2호
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• pp.137-143
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• 2012

현재 세계적으로 배출가스 규제 강화와 유가 상승으로 인해 가솔린엔진에서 배출되는 유해 배출 가스 저감기술 및 연비향상 기술 개발이 절실히 요구되고 있다. 가솔린 직접분사(GDI; Gasoline direct injection) 기술은 가솔린 연료를 직접 연소실에 분사하여 정밀한 연소제어를 통해 매우 희박한 혼합기에서도 고효율의 연소가 가능하게 함으로써 연비저감과 고출력을 동시에 만족할 수 있는 효과적인 기술이다. 본 연구에서는 분무유도방식(spray-guided type)을 이용한 GDI 엔진을 개발하여 안정적인 희박연소를 구현하였다. 자주 사용되는 운전영역에서 연료분사시기의 TDC(Top dead center) 인근으로의 지각을 통하여 안정적인 희박연소를 구현하였으며, 다단분사를 적용하여 추가적인 연료소비율의 개선이 가능한 반면 탄화수소(THC)와 질소산화물($NO_x$)의 배출은 증가하고 CO의 배출은 감소되었다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제39권1호
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• pp.45-51
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• 2015

최근 강화되는 연료소비율과 배기 규제에 대응하기 위해 자동차용 엔진에 다양한 신기술들이 적용되고 있다. 직접분사식 희박연소 엔진은 안정적인 성층혼합기 연소를 통해 연료소비율 및 배출가스 개선이 가능하지만 과잉공기 조건에서 상대적으로 높은 수준은 질소산화물의 배출은 해결되어야 할 과제이다. 본 연구에서는 직접분사식 희박연소 LPG 엔진에서 가변 밸브 기구를 이용한 흡기 및 배기밸브 시기의 변경이 엔진의 성능 및 배출가스에 미치는 영향을 파악하고자 하였다. 스로틀링을 하지 않은 부분부하 운전 조건에서 흡기밸브 열림 시기의 진각은 공기과잉률의 증가에 의한 질소산화물 배출 증가에 원인으로 작용하였다. 배기밸브 열림 시기를 진각할 경우 팽창일 감소와 펌핑손실 증가에 의해 연료 소비율이 악화되었다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제36권3호
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• pp.335-342
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• 2012

자동차배출가스는 이산화탄소($CO_2$)에 의한 지구온난화 및 탄화수소(HC)와 질소산화물($NO_x$)에 의한 오존 생성을 야기하는 등, 인체와 환경에 나쁜 영향을 미치기 때문에 이에 대한 관심이 증폭되고 있다. 가솔린 직접분사 (Gasoline Direct Injection; GDI)엔진은 디젤엔진과 같이 연소실내에 연료를 직접 공급하는 방식으로서 가솔린엔진의 취약점으로 지적되어 오던 높은 연료소비율 문제를 획기적으로 개선할 수 있는 기술로 평가되고 있다. 본 연구에서는 분무유도방식(Spray-guided type)의 GDI엔진을 이용하여 공기과잉률 2.0 이상의 초희박 연소를 통해 연료소비율을 개선하였다. 추가적인 연료소비율 개선 및 배출가스 저감을 위해 희박연소시 다단 분사전략과 Exhaust Gas Recirculation (EGR)을 적용하였다. 배출가스 수준과 운전성능을 평가하고 이를 배출가스 규제와 비교 검토함으로써 국내 관련기술 개발 방향 및 상용화 가능성에 대해 검토하고자 하였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제38권10호
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• pp.837-844
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• 2014

최근 자동차 제조사는 강화되는 배출가스 규제를 만족시키고 엔진 효율을 향상시키기 위해 다양한 기술을 연구하고 있다. 그 중 직접분사식 초희박 연소기술은 정밀한 연소제어를 통해 연소효율을 극대화 하고 연비를 향상시킬 수 있는 차세대 기술로 평가받고 있다. 기존 가스엔진에 초희박 직접분사기술을 적용하기 위해 기존의 MPI 엔진의 헤드를 재설계하였다. 기존 압축비10:1에서 12:1로 증가시킴으로써 이에 따른 압력선도, 열방출률, 연료소비율 등의 연소특성과 배출가스특성을 파악하였다. 압축비를 증가시킴에 따라 불안정한 연소상태로 인하여 연료소비율의 개선이 어려웠으나 탄화수소(THC)와 질소산화물(NOx)의 배출은 감소되었다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제39권4호
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• pp.351-358
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• 2015

세계적인 배출가스 규제의 강화와 함께 화석 연료의 매장량 감소와 유가 상승은 새로운 엔진 기술 개발을 촉진시켰다. 가솔린 직접 분사(GDI; Gasoline Direct Injection) 엔진은 연료를 직접 연소실에 공급하고 정밀한 연소제어를 통해 공연비가 희박한 혼합 상태에서도 연소가 가능하게 하였는데, 이러한 방식은 기존 포트 분사 엔진보다 연비와 출력을 모두 향상시킬 수 있다. 하지만 GDI엔진은 디젤 엔진의 경우와 마찬가지로 soot 발생률이 높아짐에 따라 입자상 물질의 배출이 증대되는 문제를 안고 있다. 이러한 문제를 해소하고자 본 연구에서는 가솔린 입자상 물질 필터(GPF; Gasoline Particulate Filter)를 개발하여 입자상 물질의 배출정도를 저감시키고자 하였다. 필터의 설계 효율에 따라 3가지의 Metal foam 필터와 단일 Metal fiber 필터를 실험에 적용하여 PM과 PN의 저감률을 비교하였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제39권9호
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• pp.727-734
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• 2015

세계적으로 유가 상승에 따른 내연기관의 에너지 변환 효율을 높이고자 하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 가솔린엔진에서 높은 열효율을 실현하기 위해서는 희박연소에 의한 비열비의 증가 및 단열화염온도의 저감에 의한 열효율 향상이 필수적이다. 직접분사식 가솔린 엔진은 연료를 직접 연소실에 공급하고 정밀한 연소제어를 통해 희박 연소가 가능하게 하지만 희박연소 한계의 확대와 안정된 희박연소제어가 요구된다. 희박연소 엔진에 대한 삼원촉매의 배출가스 저감특성은 높은 공기과잉률 및 낮은 배기가스 온도로 인해 매우 제한적이다. 이에 효과적인 삼원촉매의 개발을 위해 승용 차량용 엔진의 주요 연비시험 운전조건인 2000 rpm BMEP 2bar 조건에서 공기과잉률의 변화에 따른 배출가스 반응 및 생성 특성을 비교하였다. 희박연소 조건에서 $NO_2$가 생성되었으며, $NO_2$의 비율은 공기과잉률이 증가할수록 증가하고 $N_2O$는 감소하였다.

• 한국가스학회지
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• 제19권4호
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• pp.22-28
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• 2015

LPG가 수송용 연료로서 경쟁력을 유지하기 위해서는 지속적인 기술개발을 통해 휘발유와의 연비격차를 감소시키고 후처리시스템 등에 의한 가격 부담을 낮추어야 한다. 이에 본 연구에서는 안정적인 희박연소 구현을 통한 연비개선을 얻기 위해 실린더 중앙에 점화플러그와 연료분사기가 인접해 있고, 연료가 분사된 후 바로 점화가 이루어지도록 하는 분무유도방식의 LPG 직접분사엔진을 개발의 일환으로 연소제어인자의 변화에 따른 연소 특성을 분석하였다. 안정적인 연소를 위해 국부적으로 농후한 혼합기를 형성하는 성층희박연소의 특성상 일정 수준이상의 질소산화물이 배출되는 문제점을 갖고 있다. 질소산화물 저감을 위해 EGR을 적용한 결과 연료소비율과 THC의 배출은 약간 증가하지만 $NO_x$배출은 약 15% 저감되었다. EGR 적용에 의한 연소속도의 감소는 초기 화염발달 시기에 집중되어 나타났으며 흡입공기의 희석효과에 의해 EGR율이 증가할수록 최대 열방출율 및 열방출율 증가 기울기가 감소하였다.

• 한국자동차공학회논문집
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• 제13권2호
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• pp.44-51
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• 2005

According to the increasing concern on the global environment, the $CO_2$ regulation has been discussed including automobile emission regulation. In order to cope with this rapid changing circumstances, the development of an ultra low emission and super fuel economy automobile is essential. Direct injection LPG engine is the one of the possible future engine to maximize the engine efficiency. This experimental study for the development of direct injection LPG engine technology is promoted with two parts; spray characteristics of high pressure swirl injector, and performance characteristics of direct injection LPG engine. Engine characteristics according to the fuel was analyzed in order to establish stratified combustion technology for LPG engine by using the DISI engine. In the engine experiment, control system was manufactured for gasoline and LPG fuel. The engine was modified 2,000 cc GDI engine (fuel supply device, fuel injection device). Through this experiment, engine operating condition, engine speed and spark timing (MBT), fuel injection position, and fuel rate were investigated.