The topic of this master’s thesis are cycle and crank angle resolved measurements in a 6 cylinder direct injection spark ignition gasoline engine. The engine is operated in transient mode. This thesis focuses on optical fiber spark plug and ion current measurements. Also pictures of a high speed camera were analyzed. Additionally cylinder pressure and temperatures as well as particulate matter, HC, NO, CO and CO2 emissions were measured. The intention of this research was to gather better knowledge of the combustion process during transient operation and its effects on exhaust emissions. Variations of start of injection, rail pressure, engine load and engine speed were conducted. In the end of this thesis possible use of the gained knowledge is demonstrated. The injection timing was optimized based on signals from the optical fiber spark plug. The goal was the reduction of particle emissions and a smooth combustion process.
본 연구는 6기통 직접분사식 스파크 점화 엔진에서 싸이클 단위의 배기가스 측정을 통해 과도 운전 조건에서 분사시기 최적화를 목표로 하였다. 엔진의 과도 운전조건에서의 특성을 살펴보기 위해 광섬유가 장착된 스파크 플러그와 이온 전하 센서가 사용되었다. 실험은 다양한 분사 시기, 분사 압력, 엔진 회전수 그리고 엔진 부하에서 수행이 되었다. 실린더 내부 압력이 낮거나 연소실 내 연료가 농후한 조건에서 이온 전하 신호가 낮아졌다. 특히 엔진 부하가 증가한 첫 행정에서 변화가 두드러졌다. 고속 카메라를 이용한 직접 화염 가시화 결과, 이온 전하 광섬유 스파크 플러그가 피스톤 윗면의 연료 적심현상으로 인한 화염을 구분할 수 있었다. 더불어 측정된 신호는 연소실 내부의 배기가스 측정결과와 연관성을 보였다. 입자상물질 (PM: Particulate Matter), 질소산화물 (NO: Nitrogen Oxide), 일산화탄소 (CO: Carbon Oxide) 그리고 이산화 탄소 (CO2: Carbon Dioxide)가 측정이 되었다. 이 중 광섬유 스파크 플러그의 신호는 입자상 물질 배출과 연관성을 보였으며 배출 수준은 분사 시기에 따라 큰 폭으로 증감하였다. 이른 분사시기를 가지는 조건에서 입자상 물질이 증가하였다. 하지만 균질한 혼합기를 위해서는 분사시기를 진각하는 것이 불가피 하였다. 본 연구에서는 광섬유 스파크 플러그 신호를 이용하여 분사시기 최적화를 진행하였다.
