본 연구는 하이브리드 전용 희박 연소(homogeneous lean-burn) 엔진에서 희박 연소 한계(lean combustion limit)를 연장하고, 열효율을 향상시키며, 엔진 배출구(engine-out) 배출물을 저감하기 위한 전략을 탐구하였다. 희박 연소 조건에서는 느린 층류 연소 속도(slow laminar flame speed)가 화염 커널(flame kernel) 형성을 방해하여 연소 불안정성을 유발하고, 공기 과잉비(air excess ratio)의 희박 한계를 제한한다. 이러한 문제를 해결하기 위해 연소 시스템을 개발하여 실린더 내부에서 고강도 유동을 생성함으로써 스파크 플러그 갭(spark plug gap)에서 플라즈마 채널(plasma channel) 확장을 촉진하고, 더 큰 초기 화염 커널의 형성을 가능하게 하였다. 새로 설계된 흡기 포트(intake port)와 피스톤 보울(piston bowl) 형상을 도입하여 텀블(tumble) 유동을 향상시켰으며, 그 결과 스파크 플러그 갭에서의 대류 유동 속도가 유의하게 증가하였다. 이로 인해 초기 연소 과정이 가속되었고, 희박 연소 한계가 효과적으로 확장되었다. 또한 증가한 전기적 저항으로 인해 스파크 채널(spark channel)이 이탈되거나 단락이 발생하는 것을 방지하기 위해 고에너지 다중 점화(high-energy multiple ignition)를 적용하여 희박 운전에서의 연소 안정성을 추가로 개선하였다. 더불어 혼합기 균질성과 견고성(robustness)을 향상시키기 위해 새로운 분무 패턴(new spray pattern)을 개발함으로써 HC와 NOx 배출을 감소시켰다. 공기 희석을 정밀하게 제어하고, 하이브리드 전기 모터와 결합하여 D-세그먼트 SUV를 구동하는 데 충분한 부스트를 제공하기 위해 전기식 과급기(electric supercharger)를 통합하였다. 이러한 기술들의 시너지로 인해 공기 과잉비 λ=2.0을 초과하는 조건에서도 안정적인 연소가 가능해졌으며, 2000 rpm 및 8.5 bar에서 최고 피크 열효율 45%와 NOx 배출량 0.3 g/kWh 미만을 달성하였다. 본 연구는 각 기술이 연소 특성에 미치는 영향을 보여주며, 상당한 탄소 감축을 동반하면서도 엄격한 향후 배출 규제에 대응할 수 있는 실행 가능한 해법으로서 희박 연소 엔진의 잠재력을 강조한다.

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