29. HCCI(Homogeneous Charge Compression Ignition) 엔진

29. HCCI(Homogeneous Charge Compression Ignition) 엔진

개발 배경

디젤 엔진은 열효율을 높이기 위해 직접 분사식의 경우 실린더내로 연료가 직접 분사되는 방식이다. 때문에 분사된 연료 분문 주위에는 공간적으로 불균일한 공연비 분포가 발생하여 농후 영역에서는 입자상 물질(PM: Particulate Material)이 발생하고, 이론 공연비 영역에서는 질소산화물(NOx)가 증가하는 것이 가장 문제점이다.

 NOx와 PM 발생은 서로 상관 관계에 있으므로, 양 배기 가스의 동시 절감은 어려운 기술적 과제이다. HCCI(Homogeneous Charge Compression Ignition) 엔진은 이와 같은 연료 분사에 관한 새로운 분무 및 혼합기 형성 방법이다.

 

HCC 엔진 원리(출저:wired)

주요 기술 내용

HCCI(Homogeneous Charge Compression Ignition)엔진은 고압연료 분사, 고압 분사와 미세 노즐 적용 방법, 혼합기 분배 최적에 의한 방법(분사율 제어, 예혼합기 공급, 혼합 연료 분사)등이 적용된다. 그러나 디젤 엔진 혼합기는 가솔린 엔진 연소실과 같은 균일한 혼합기가 형성되지 못하여 국부적으로 농후한 혼합기가 생성되어 NOx와 Soot가 발생한다. 디젤 엔진에 균일 희박 예혼합기가 형성되도록 예혼합 연료 분사 시스템을 설치하여 연소실 내에 균일 희박 예혼합기를 형성 시킴과 동시에 자기 착화를 위한 점화원으로 소량의 연료를 직접 분사하여 압축 착화시킴으로 실린더 전체에 희박 연소에 의한 NOx 생성 억제와 예혼합 연소에 의한 입자상 물질의 저감 발생을 억제한다.

흡기간 분사식(혼합연료 공급식) 예혼합 압축착화 연소

구조가 단순한 Single-injector를 사용하여 흡기관 상부에 혼합 연료를 분사함으로써 균일한 예혼합기를 형성하고, 이런 예혼합기의 의한 예혼합 압축착화를 구현하는 연소방식이다.

By-fuel 방식 예혼합 압축착화연소

균일한 예혼합기의 형성을 위하여 기화에 유리한 옥탄가가 높은 예혼합기용 연료를 흡기기관에 분사하고 이러한 예혼합기를 압축행정 말기에 착화시키지 위해 세탄가가 높은 소량의 경유를 분사한다. 이와 병행하여 NOx 저감에 사용되는 EGR을 사용하여 NOx와 P.M을 동시에 절감한다.

직접 분사식(단일 연료 공급식)예혼합기 압축착화 연소

균일한 예혼합기 형성을 위해 분사시기 및 분사량 등을 변화시켜 압축행정 초기에 연소실 내에 단일 연료를 직접 분사하여 예혼합 압축착화 하는 방식이다.