The combustion and exhaust emission characteristics were investigated in a dimethyl ether(DME) and liquefied petroleum gas(LPG) fueled homogeneous charge compression ignition(HCCI) engine. The injection strategies of change of injection locations under various injected fuel quantities and injection timings and application of exhaust gas recirculation(EGR) under various EGR ratio were tested.
The indicated mean effective pressure(IMEP) and amount of nitrogen oxides(NOx) tended to increase as injection quantities of DME and LPG were augmented, regardless of injection location. When the injection timing was close to the top dead center(TDC), the amount of hydrocarbon(HC) was increased in case of DME direct injection with LPG port injection, but decreased in case of LPG direct injection with DME port injection. The emission of carbon monoxide(CO) tented to decrease as direct injection timing was delayed, which resulted from incomplete combustion for DME direct injection with LPG port injection and combustion temperature elevation for LPG direct injection with DME port injection. However, the smoke emission showed increasing tendency with delayed LPG injection timing, while hardly noticeable in case of DME direct injection with LPG port injection.
The experimental results show that DME direct injection with LPG port injection is effective on the heat release rate control, IMEP increase, NOx and smoke reduction. The less amount of HC and CO could be obtained in case of LPG direct injection with DME port injection than DME direct injection with LPG port injection. The optimal direct injection timing is expected to be 260 crank angle degree(CAD).
EGR is effective on retarding combustion phase for LPG direct injection with DME port injection, which results in IMEP increase as EGR ratio increases.
디메틸에테르(DME)와 액화 석유 가스(LPG)를 사용하는 예혼합 압축 착화 엔진의 연소 특성과 배기 특성이 연구되었다. 다양한 연료량에서의 분사 위치 변화와 다양한 비율의 배기가스 재순환(EGR)이 적용되었다.
도시 평균 유효 압력(IMEP)와 질소산화물(NOx)의 양은 연료의 분사 위치에 관계없이 DME와 LPG의 분사량이 증가함에 따라 증가하는 경향을 나타냈다. DME를 직접 분사하고 LPG를 포트 분사하는 경우 연료의 분사 시기가 상사점(TDC)에 가까워질수록 탄화수소(HC)의 양은 증가하였지만 LPG를 직접 분사하고 DME를 포트 분사하는 경우에서는 HC가 감소하였다. 일산화탄소(CO)의 배출은 직접 분사시기가 늦어짐에 따라 감소하는 경향을 나타내었다. 이는 DME를 직접 분사하고 LPG를 포트 분사하는 방식에서는 연료의 불완전 연소에 기인하여 LPG를 직접 분사하고 DME를 포트 분사하는 방식에서는 연소 온도의 상승에 기인한다. 그러나 스모크 배출은 LPG의 분사 시기가 늦어짐에 따라 증가하였는데 DME를 직접 분사하고 LPG를 포트 분사하는 방식에서는 거의 배출되지 않았다.
실험 결과 DME를 직접 분사하고 LPG를 포트 분사하는 방식이 열방출율 제어, IMEP 상승, NOx와 스모크 배출 저감에 있어서 효과적인 것으로 나타났다. 그러나 HC와 CO의 배출에 있어서 LPG를 직접 분사하고 DME를 포트 분사하는 방식이 더 효과적이었다. EGR이 없는 경우에 최적의 직접 분사 시기는 DME를 직접 분사하고 LPG를 포트 분사하는 방식과 LPG를 직접 분사하고 DME를 포트 분사하는 방식 모두에서 260 crank angle degree(CAD)인 것으로 나타났다.
EGR을 적용한 경우 EGR은 LPG를 직접 분사하고 DME를 포트 분사하는 방식에서 연소상을 지각시키는데 효과적이었으며 그에 따라 EGR 율이 증가함에 따라 IMEP가 증가하여 운전 영역이 확대됨을 보였다.
