1. 서 론

전세계적으로 가속화되는 기후변화와 대도시의 대기오염 문제는 환경 악화를 억제하기 위해 내연기관에 대한 배출 가스 규제를 지속적으로 강화하여 환경 문제가 심각해지는 것을 막으려 하고 있다[1]. 이에 대응하기 위해 많은 자동차 제조사는 전동화로의 전환을 추진하고 있으나, 충전 인프라의 지역 간 불균형, 전력 수요 문제, 배터리 수명, 원가, 재활용 문제 등으로 인해 가솔린 직접 분사식 불꽃 점화(DISI, direct-injection spark-ignition) 엔진은 여전히 단기간 내 대체가 어려운 주요 동력원으로 남아있다[2]. DISI 엔진은 연료를 실린더 내로 직접 분사함으로써 분무의 증발 냉각을 활용할 수 있고, 분사 시기, 분사 횟수, 분사 각도 등 정밀한 혼합기 제어를 통해 연비와 성능을 양립할 수 있다. 특히, 다운사이징 및 과급과 결합할 경우, 펌핑손실 저감과 고효율 운전 영역의 확대를 통해 높은 효율을 달성할 여지가 크다[3]. 이러한 배경에서 많은 연구자들은 여전히 DISI 엔진의 연비 향상과 배출가스 저감을 위한 다양한 연구를 활발히 진행하고 있다[4,5].

연비 및 배출 가스 요구를 동시에 만족시키기 위한 대표적인 접근으로, 희석 연소를 통한 열효율 개선[6], 노킹 억제를 통한 최적 점화시기(MBT) 근접 운전[7], 삼원촉매(TWC)의 고효율 영역을 유지하는 운전 영역 확장[8]으로 요약된다. 공기 희석(희박 연소)은 연소실 내 산소 과잉으로 인해 TWC의 전환 효율 저하와 점화 난제를 유발하기 쉬운 반면[9], 배기가스 재순환(EGR)은 화학양론적 공연비를 유지하면서도 희석의 이득을 구현할 수 있어 실용성이 높다[10]. 구체적으로 EGR은 스로틀 개도를 확대하여 부분부하 펌핑손실을 감소시키고, 혼합기의 유효 비열 증가와 산소 농도 저하를 통해 화염 온도를 낮춰 NOx를 저감하며, 연소 과정을 완만하게 하여 고부하에서 노킹 경향을 완화한다[11]. 또한 DISI 엔진 특유의 분무 증발에 의한 냉각 효과는 이러한 EGR 효과의 이점을 더욱 강화하여, 점화시기의 여유와 과급 마진을 확보하는데 기여한다. 결과적으로 EGR은 동일 배출 수준에서의 효율 향상, 혹은 동일 효율에서의 배출물 저감이라는 정책 및 시장의 요구에 부합하는 해법으로 자리매김하고 있다[12].

그러나 높은 EGR 비율은 연소 안정성 측면에서 불리하게 작용하는 경향이 있다. 재순환된 비활성 가스의 유입으로 혼합기의 산소 농도가 낮아지고 비열이 증가하여 층류 화염속도가 감소하게 된다[13]. 그 결과 초기 화염 커널이 임계 화염 반경에 도달하기까지 시간이 길어지며, 상사점(TDC) 부근의 강한 난류와 벽면 퀜칭의 영향으로 점화 커널의 소멸 가능성이 증가한다[14]. 이러한 영향은 부분 연소와 실화의 증가로 이어져 연소 압력이 낮아지고 사이클 간 변동이 커져, 결국 평균 유효 압력과 열효율 저하를 초래한다[15]. 따라서 높은 EGR 조건에서 이러한 연소 안정성의 저하를 상쇄할 수 있는 점화 전략에대한 연구가 필요하다.

이와 관련해 DISI 엔진에서 연소 안정성을 높이는 방법 중 하드웨어 변경을 최소화하면서 EGR로 인해 약화된 초기 점화 커널의 취약 구간을 직접 보강할 수 있는 해법으로 점화 시스템을 개선할 수 있는 방법으로 다단점화 방식, 다점점화 방식, 멀티 전극 방식 등이 존재한다[16,17,18]. 본 연구에서는 이런 방식 중에서 다단점화 방식을 사용하여 연구를 진행하였다. 다단점화는 동일 사이클 내 복수 방전을 통해 초기 점화 커널을 강화하여 소멸 확률을 낮추고, DI 환경에서 유효 점화 시간을 확장해 초기 전파를 가속할 수 있다는 장점이 있다.

본 연구에서는 이러한 관점에서 N₂와 CO₂를 사용하여 조성 및 비열 특성을 정밀하게 제어한 모사 EGR 환경을 구성하고, 상용 점화 코일(단일 방전)과 두 개의 코일을 내장한 다단점화 코일을 비교하였다. 특히 연소가 매우 불안정한 조건을 의도적으로 조성하여, 어떤 점화 코일이 연소 안정성(IMEP COV 및 Ignition delay)과 연비 지표(ISFC) 측면에서 더 이로운지 평가하였다. 이를 통해 다단점화 코일을 활용하여 DISI 엔진의 운전 영역 확장하여 더 높은 EGR 비율과 다양한 부하 및 회전수 조건에서 안정적이고 효율적인 연소를 지속할 수 있는 점화 전략의 방향성을 제시하고자 한다.

2. 실험 장치 및 방법

2.1 단기통 엔진 실험 시스템

본 연구는 직접 분사식 불꽃 점화(DISI) 엔진에서 다단점화 전략의 효과를 규명하기 위해, 1.6 L급 직렬 4기통 양산 엔진을 기반으로 제작한 실험용 단기통 엔진을 사용하였다. 엔진 실험 설비의 개략도는 Fig. 1에, 엔진의 주요 제원은 Table 1에 정리하였다. 연료계는 공기 압축식 펌프를 이용해 가솔린을 고압 공급하였으며, 배기가스 조성으로부터 산출한 공기과잉률(λ)을 이용해 λ=1.0이 유지되도록 폐루프(closed-loop) 제어하였으며, 산소 센서와 유량계 신호를 피드백으로 사용하였다. 분사 시기와 점화 시기는 National InstrumentsI社의 Compact RIO와 LabVIEW 기반 제어 프로그램으로 동기화 및 구동하였고, 점화 시스템은 상용 점화 코일(Reference), 동시모드(S-mode)로 작동하는 다단점화 코일 그리고 연속모드(C-mode)로 작동하는 다단점화 코일 총 세 가지를 교체하며 적용하였다. (각 점화 코일의 상세 특성은 2.2절 참조) 엔진은 AC 모터 기반 동력계를 통해 2000 rpm의 일정 회전수를 유지하며 운전하였고, 실린더 내 연소 압력은 Kistler 6056A(센서)와 5018A(증폭기)를 사용해 측정하였다. 모든 신호는 LabVIEW 프로그램에서 실시간으로 수집 및 저장하였으며, 후처리를 통해 IMEP, COV, MFB 등 연소 지표를 도출하였다. 데이터 취득은 시동 후 약 20분의 열적 안정화가 완료된 뒤에 수행하였다. 모사 EGR 조건은 흡기 계통에 N₂와 CO₂를 정량 주입하여 구현하였으며, EGR 비율의 설정 및 제어 절차는 2.3절에 기술하였다.

Fig. 1.

Schematic diagram of the combustion engine system.

2.2 다단점화 코일 특징

본 연구에서는 상용 점화 코일(Ref), 동시모드(S-mode), 연속모드(C-mode)의 세 가지 점화 코일을 비교하였다. 각 시스템의 1사이클 전류 및 전압 파형은 Fig. 2에 제시하였으며, (a)가 상용 코일, (b)가 S-mode, (c)가 C-mode에 해당한다. 상용 코일은 단일 코일로 한 번의 스파크를 발생시키는 반면, 다단점화 코일은 2개의 코일을 이용해 다수의 스파크를 추가로 제공한다. S-mode에서는 두 코일이 동시에 점화되며 Fig. 2(b)에서 나타낸 것처럼 전류 파형이 동시에 상승한 뒤, 시간 간격을 두고 5회의 개별 스파크가 생성된다. 그 결과, 스파크가 불연속적으로 발생하며, 각 스파크 사이에 소멸 및 재생 과정이 구분된다. 반면, C-mode는 Fig. 2(c)에서 볼 수 있듯이 두 코일이 교대로 충전 및 방전되도록 제어된다. 이때 한 코일이 방전을 마친 후 다른 코일이 이어서 스파크를 형성하기 때문에, 연속적인 점화 채널을 형성한다. 또한 선행연구에서 확인된 바와 같이, 동일한 dwell time을 인가해도 다단점화 코일은 상용 코일 대비 점화 지속시간이 길고 스파크 채널이 크게 형성되는 경향을 보였으며, 특히 C-mode와 상용 코일은 채널이 비교적 연속적으로 이어지는 반면, S-mode는 5회의 분리된 스파크가 명확히 관찰된다[17]. 또한 점화 채널 특성의 민감도 측면에서, S-mode는 개별 스파크가 분리되어 유동 변화에 대한 영향이 상대적으로 민감하여 점화 채널의 길이나 면적이 조건에 따라 급격히 감소할 수 있는 반면에, C-mode는 두 코일의 교차 동작을 통해 스파크 채널이 연속적으로 이어지므로 유동 조건 변화에도 점화 채널 형성이 비교적 안정적으로 유지되는 것으로 확인되었다.

Fig. 2.

Ignition coil current and voltage profiles for different ignition strategies.

2.3 모사 EGR 비율 설정

고 EGR 조건에서 다단점화 전략의 연소 특성을 정량적으로 평가하기 위해 실제 배기 재순환(EGR) 시스템을 대신 모사(simulated) EGR 방식을 적용하였다. 이는 제어가 간편하고 재현성이 높다는 장점이 있어, 실제 배기가스의 주요 성분 중 열역학적 거동에 큰 영향을 주는 질소(N2)와 이산화탄소(CO2)를 외부에서 공급하여 배기가스의 산소 희석과 높은 비열 효과를 모사하는 것이다. EGR 가스의 조성은 실제 배기가스의 질량 조성에 기반하여 N2 약 70%, CO2 약 20% 비율로 설정하였으며, 두 가스는 각각 독립된 질량 유량 시스템(MFC, mass flow controller)을 통해 흡기 계통에 혼합 유입된다. 본 논문에서 사용하는 EGR 비율은 질량기준으로 정의하였고, 흡입 공기 질량 유량 mair과 각 가스의 질량 유량 mN2, mCO2을 이용해 다음과 같이 계산하였다.

연료량 제어는 2.1절과 동일하게 산소 센서의 피드백을 이용해 λ=1.0을 유지하였으며, EGR 비율은 30%와 35%로 선정하여 높은 EGR 비율에서 연소 불안정성 및 연비 변화를 유도하였다.

2.4 실험 조건

엔진 실험은 2000 rpm 중·저부하 영역에서 진행하였다. 흡기 유량은 EGR 0% 기준에서 각각 IMEP 4 bar와 6 bar의 성능이 나오는 160 LPM과 220 LPM으로 설정하였다. 냉각수와 엔진 오일 온도는 각각 90°C와 80°C로 일정하게 설정하여 실험 동안 열 경계조건을 일정하게 유지하도록 하였다. 연료 분사는 분사 압력 350 bar로 고압 분사되며, 밸브 개폐 시기는 높은 비율의 EGR 조건에서 이미 다량의 희석가스가 혼합기에 포함되어 있어 추가적인 내부 EGR 효과로 인해 연소 안정성이 저하될 수 있기 때문에, 밸브 오버랩이 없는 밸브 타이밍을 설정하였다. 연료 분사는 분사 압력 350 bar로 고압 분사되며, 분사 시기는 모든 조건에서 240° CA bTDC로 고정하였다. 이는 분사 시기를 흡기밸브가 열려 있는 시점 중 비교적 늦은 시점에 설정하여, 연료 분사와 흡입 공기의 상호작용으로 난류 강도를 증가시키고 연료와 공기의 혼합을 촉진하기 위해 설정되었다. 분사량은 산소 센서를 통해 공기과잉률 1을 유지하여 실험을 진행하였다. 점화 시기는 높은 EGR 조건에서 연소 지연 및 성능 저하를 고려하여 비교적 이른 점화 시기인 26° CA bTDC로 고정하여 실험을 진행하였다. Dwell time은 모든 점화 코일에서 5.9 ms로 동일하게 설정하여, 상용 점화 코일과 동일한 조건에서 실험을 진행함으로써 dwell time의 차이가 실험 결과에 영향을 미치지 않도록 하였다. 각 점화 코일의 세부 dwell time 특성은 코일 내부의 별도 제어 장치에서 연산을 통해 도출되는 값이다. 실험 조건에 대한 자세한 내용은 Table 2에 나타내었다.

3. 실험 결과 및 고찰

3.1 연소 압력 및 열 발생률

Fig. 3에서 모사 EGR을 적용하지 않았을 때, 상용 점화 코일과 다단점화 코일의 연소 압력 및 열 발생률을 비교하였다. EGR을 적용하지 않은 정상 연소 조건에서는 모든 점화 코일의 연소 압력이 유사하게 나타났다. 이는 산소가 충분한 정상 조건에서는 초기 점화 커널의 형성과 화염 전파가 점화 코일에 따른 영향을 크게 받지 않는 것으로 해석된다. Fig. 4는 EGR 30% 조건에서 점화 코일에 따른 연소 압력 및 열 발생률 변화를 비교한 결과이다. EGR 비율 30% 조건에서는 상용 점화 코일(Ref)과 C-mode 다단점화 코일의 최대 연소 압력과 압력 상승률이 유사하게 나타났으며, 일정 수준 이하의 EGR 환경에서는 이 두 가지 점화 코일 사이의 유의미한 연소 특성의 차이가 확인되지 않았다. 반면 동일 조건에서 S-mode 다단점화 코일은 압력 상승이 지연되고 최대 압력이 낮게 형성되었으며 최대 열 방출률도 감소하였다. 이는 분리된 스파크 간격으로 인해 30% 이상의 EGR 비율에서 초기 화염 커널 성장과 화염 전파에 불리하게 작용하여 다른 점화 코일 대비 낮은 연소 압력 및 열 발생률을 형성한 것으로 해석된다.

Fig. 3.

In-cylinder pressure and heat release rate at intake air flow of 160 LPM with no EGR conditions.

Fig. 4.

In-cylinder pressure and heat release rate at EGR 30% conditions.

EGR 비율을 35%로 증가시킨 Fig. 5에서는 상용 점화 코일과의 연소 압력 차이가 더 명확하게 나타났다. 이 조건에서 C-mode 다단점화 코일이 상용 점화 코일 대비 더 높은 최대 연소 압력을 보였으며, S-mode 다단점화 코일의 경우에는, 높은 빈도의 실화로 인해 정상적인 압력 상승 곡선이 형성되지 않아 연소 압력 데이터를 확보할 수 없었다. 이러한 경향은 흡기 유량 160 LPM과 220 LPM 모두에서 공통적으로 나타났으며, 유량증가로 인한 산소 농도 증가와 실린더 내부 난류 강화는 전반적으로 압력 및 열 발생률을 소폭 회복시키지만, 경향을 바꾸지는 않았다. 다만 EGR 35%에서는 유량이 큰 220 LPM 조건에서 상용 점화 코일 대비 C-mode 다단점화 코일의 높은 연소 압력이 더 증가하였는데, 이는 연속 방전에 의한 긴 유효 점화 기간이 강화된 난류와 결합하여 점화 이후의 화염 커널의 유지 및 전파를 더욱 효과적으로 지속했기 때문으로 판단된다.

Fig. 5.

In-cylinder pressure and heat release rate at EGR 35% conditions.

3.2 연소 기간 분석

점화 코일 별로 연소 기간에 대한 정량적인 분석을 위해 연소율(MFB, mass fraction burn)을 기준으로 점화 지연 구간(Spark-MFB10), MFB10-50, MFB50-90으로 구간을 나누어 비교하였다. EGR 30% 이상의 조건에서는 연소 불안정성으로 인해 실화가 발생하였다. 따라서 연소 기간의 경우, 연소가 진행된 기간을 계산하기 때문에, 실화가 발생한 사이클을 제외한 실제 연소가 진행된 사이클만을 대상으로 연소 기간을 계산하였다. 전반적으로 EGR 비율이 증가할수록 점화 지연 구간이 길어지고, 이에 따라 전체 연소 기간도 증가하는 경향이 모든 흡기 유량 조건에서 확인되었다. Fig. 6에서는 EGR 비율 증가에 따른 누적 열 발생량을 비교하였다. EGR이 없는 조건 대비 EGR을 적용한 조건에서 혼합기의 희석 효과로 인해 반응성이 저하되어 초기 화염 형성이 지연되었기 때문이다. 또한, 혼합기 내 비열이 높은 CO₂ 및 N₂의 비율 증가 및 모사 EGR의 특성상 공급되는 가스의 온도가 낮아 실린더 내부 온도를 낮춤으로써 점화에 필요한 에너지가 증가하였으며, 이 또한 점화 지연 구간을 증가시키는 요인으로 작용한 것으로 판단된다.

Fig. 6.

Cumulative heat release of the Ref ignition coil as a function of EGR ratio at intake air flow of 160 LPM.

EGR 30% 조건의 연소 기간 결과는 Fig. 7에 제시하였다. 이 조건에서 S-mode 다단점화 코일은 점화 지연 구간이 증가하고 MFB50에 도달하는 시점이 지연되어, 다른 점화 코일 대비 전체 연소 기간이 뚜렷하게 증가하였다. 반면 C-mode 다단점화 코일과 상용 점화 코일은 MFB10-90 기준 연소 기간이 유사하여, 해당 수준에서는 두 점화 코일의 연소 속도 차이가 크지 않음을 알 수 있다. EGR 35% 조건의 결과는 Fig. 8에 제시하였다. 이 조건에서는 연소 불안정성이 크기 때문에, S-mode 다단점화 코일의 신뢰 가능한 데이터를 확보하지 못해, 해당 데이터는 그래프로 도시하지 않았다. 상용 점화 코일과 C-mode 다단점화 코일의 결과를 비교하면, 전체 연소 기간에는 큰 차이가 없었지만, C-mode 다단점화 코일이 MFB10에 더 빠르게 도달하여 상용 점화 코일 대비 점화 지연 구간이 더 짧게 나타났다. 이 효과는 흡기 유량이 더 큰 220 LPM 조건에서 더욱 증가하였으며, 이는 전체 연소 기간의 감소라기보다 초기 착화단계의 단축으로 인한 MFB50 시점의 앞당김이 C-mode 다단점화 코일의 주요 결과임을 알 수 있다. 즉, C-mode 다단점화 코일의 연속 방전은 연소가 불안정한 조건에서도 초기 화염 커널의 형성과 유지를 안정화하여 점화 지연을 줄이는데 효과적이지만, 화염 커널 형성 이후 실린더 내 난류 강도에 지배적인 MFB10-90은 뚜렷하게 감소하지 않는 것으로 확인되었다.

Fig. 7.

Combustion phasing at EGR 30% conditions.

Fig. 8.

Combustion phasing at EGR 35% conditions.

3.3 연소 성능 분석

연소 압력 데이터를 이용하여 IMEP 및 IMEP COV를 계산하여 Figs. 8,9,10,11에 나타내었다. Fig. 8에서, 흡기 유량과 무관하게 S-mode 다단점화 코일의 IMEP가 다른 점화 코일 대비 더 낮게 형성되었으며, Fig. 9의 EGR 35% 조건에서는 유효한 데이터가 존재하지 않아 그래프에 도시하지 않았다. C-mode 다단점화 코일은 EGR 30% 조건에서 상용 점화 코일과 유사한 IMEP를 보였고, EGR 35% 조건에서는 상용 점화 코일 대비 더 높은 IMEP를 확보하였다. 흡기 유량을 220 LPM으로 증가시킨 경우에는 전체적으로 IMEP가 소폭 증가하지만, 점화 코일 간 상대적인 차이는 일정하게 유지되었다.

Fig. 10의 IMEP COV 결과에서도 마찬가지로 EGR 30% 조건에서 S-mode 다단점화 코일의 IMEP COV가 크게 증가하여 사이클 간 변동이 매우 증가하였고, C-mode 다단점화 코일과 상용 점화 코일은 비슷한 수준을 유지하였다. Fig. 11의 EGR 35% 조건에서는 C-mode 다단점화 코일은 상용 점화 코일 대비 흡기 유량 160 LPM에서는 약 40%, 흡기 유량 220 LPM 조건에서는 약 30% 더 낮은 IMEP COV를 확보하였다. 이는 C-mode 다단점화 코일의 연속 방전이 점화 직후 초기 화염 커널을 안정화 시켜 연소를 더 안정적으로 일어나게 하였음을 알 수 있다. 반대로 S-mode 다단점화 코일의 분리된 스파크 방전은 높은 희석 조건에서 초기 화염 커널 형성의 실패로 IMEP COV가 증가하게 된 것을 알 수 있다. 흡기 유량을 증가시킨 조건에서는 실린더 내부 난류 유동 강화로 전반적인 연소 성능이 일부 개선되지만, 상용 점화 코일 대비 C-mode 다단점화 코일의 연소 성능이 더 우세한 경향은 바뀌지 않았다.

Fig. 9.

IMEP with respect to EGR rate at an intake air flow of 160 LPM.

Fig. 10.

IMEP with respect to EGR rate at an intake air flow of 220 LPM.

Fig. 11.

IMEP COV with respect to EGR rate at an intake air flow of 160 LPM.

분사량 데이터를 이용하여 ISFC를 계산하여 Fig. 12에 도시하였다. EGR 30% 조건에서 이전의 결과와 마찬가지로 S-mode 다단점화 코일의 ISFC는 가장 높은 값을 보였고, C-mode 다단점화 코일은 상용 점화 코일과 거의 동일한 수준을 유지하였다. Figs. 13, 14의 EGR 35% 조건에서는 C-mode 다단점화 코일의 ISFC가 유의미하게 낮아지는 것을 확인하였다. 160 LPM 조건에서 상용 점화 코일 대비 약 11% 낮았고, 220 LPM 조건에서 약 8% 낮았다. C-mode 다단점화 코일의 ISFC 개선은 연소 기간 분석에서도 설명하였듯이, 초기 착화 구간의 안정화로 MFB10 시점이 빨라지고 이로 인해 연소가 더 빠르게 진행되어 평균 유효 일이 증가한 것으로 판단된다. 이는 C-mode 다단점화 코일의 연속 방전의 특성으로 사이클 간 변동과 실화가 억제되어 동일 연료 대비 산출되는 유효 일이 더 증가하여 ISFC가 개선된 것으로 판단된다. 또한, 점화 에너지 측면에서 모든 점화 코일에는 동일한 dwell time(5.9 ms)을 인가하여 1차 전류 충전 조건을 동일하게 설정하였다. 그러나 C-mode 다단점화 코일에는 두 개의 코일이 교대로 방전되면서 스파크가 연속적으로 이어지므로, 상용 점화 코일 대비 실질적인 방전 에너지가 약 2배 증가하였고, 방전 기간 또한 약 2배 길게 나타났다. 따라서 C-mode 다단점화 코일에서 관찰된 연소 개선 효과는 dwell time에 기인한 것이 아니라, 다단점화 전략으로 공급 가능한 점화 에너지의 증가에 따른 결과로 해석된다. 따라서, 본 연구에서는 S-mode 다단점화 코일의 점화 방식은 다단점화 방식으로 적합하지 않다고 평가되며, 연소가 불안정한 조건에서 상용 점화 코일 대비 더 나은 연소 성능을 기대하기 어려울 것으로 판단된다. 반면, C-mode 다단점화 코일은 높은 EGR 및 희박 조건에서 상용 점화 코일 대비 더 낮은 IMEP COV와 연비 이점을 통해 향후 DISI 엔진의 운전 영역 확장 측면에 이로울 것으로 보인다.

Fig. 12.

IMEP COV with respect to EGR rate at an intake air flow of 220 LPM.

Fig. 13.

ISFC with respect to EGR rate at an intake air flow of 160 LPM.

Fig. 14.

ISFC with respect to EGR rate at an intake air flow of 220 LPM.

4. 결 론

본 연구에서는 단기통 엔진 실험을 통해 모사 EGR을 적용하고, 상용 점화 코일, S-mode, C-mode 다단점화 코일을 사용하여 다단점화 전략이 연소 특성에 미치는 영향에 대해 조사하였으며, 논문의 주요 결론은 다음과 같다.

EGR을 적용하지 않았을 때, 세 점화 코일의 차이는 거의 없었다. 압력 및 열 발생률 결과에서 EGR 비율을 30%까지 증가하면 상용 점화 코일과 C-mode 다단점화 코일은 유사한 결과를 보였으나, S-mode 다단점화 코일은 압력 상승이 지연되고 최대 압력이 낮아지는 결과를 보였다.

EGR 비율을 35%까지 증가시킨 조건에서는 S-mode 다단점화 코일의 연소가 불안정해져 유효한 데이터를 확보하지 못했고, C-mode는 상용 점화 코일 대비 높은 최대 압력을 보였다.

연소 기간 측면에서 EGR 비율의 증가에 따라 점화 지연이 커지고 전체 연소 기간이 전반적으로 늘어났으며, S-mode 다단점화 코일의 증가 폭이 가장 컸다. C-mode 다단점화 코일은 상용 점화 코일 대비 MFB10의 형성이 더 빨라 MFB50 시기가 앞당겨졌지만, 전체 연소 기간의 단축으로는 이어지지는 않았다.

연소 안정성과 연비 측면에서 S-mode 다단점화 코일은 EGR 30% 조건에서 연소 안정성이 크게 감소하고 연비가 악화되었다. 반면 C-mode 다단점화 코일은 상용 점화 코일과 유사한 수준을 유지하였다. EGR 35%에서는 C-mode 다단점화 코일이 상용 점화 코일보다 낮은 IMEP COV와 더 낮은 ISFC를 보였다. 이러한 결과는 고농도 희석 조건에서 S-mode 다단점화 코일은 연소 안정성 저하와 연비 악화를 유발하는 반면, C-mode 다단점화 코일은 높은 희석 수준에서도 안정적인 연소 압력과 위상을 유지하며 상용 점화 코일 대비 더 안정적으로 연소를 진행할 수 있음을 보여준다.