| 초록 |
최근 내연기관의 효율을 상승시키기 위하여 배기량을 감소시켜 차체무게를 줄이는 연구가 진행되어 왔 다. 작은 배기량으로 같은 출력을 내기 위해서는 실린더 내 압력을 상승시켜야 하고, 이에 따라 불꽃 점화엔진에서 노킹현상이 주된 문제로 떠오르게 되었다. 노킹을 해결하기 위한 방법 중 하나로 바이오 기반 알코올 연료를 사용하는 방안이 제안되었고, 전세계적으로 가솔린-에탄올 혼합연료를 가솔린에 대한 대체연료로서 사용하는 추세이다. 국내에서도 바이오기반 에탄올과 바이오기반 부탄올을 가솔린 에 혼합하여 가솔린-에탄올-부탄올 혼합연료를 이용하는 연구가 이루어졌으며, 기존 가솔린-에탄올 혼 합연료에 비해 발열량, 증발배기특성, 상분리 특성 등에서 우수하다는 사실이 검증되었다. 그에 반해 국내에서 가솔린-에탄올-부탄올 혼합연료의 노킹특성에 대한 연구는 미진하며, 전세계적으로도 유사한 조성에 대한 노킹특성연구가 아직 이루어지지 않은 실정이다. 이에 본 연구에서는 가솔린-에탄올-부탄 올 혼합연료에 대한 노킹특성예측모델을 구성하고, 이를 기반으로 국내 바이오 연료 도입에 따른 엔진 성능의 변화를 예측하였다. 이를 위해 0-D two-zone 불꽃점화엔진 모델을 구성하여 불꽃점화엔진 내부 의 열역학적 상태를 예측한 뒤, 급속압축장치를 이용하여 도출된 가솔린-에탄올-부탄올 혼합연료의 점 화지연관계식을 적용하여 알코올함량에 따른 노킹특성을 예측하였다. 개발된 모델을 리처치옥탄가 (RON)테스트 조건에서 구동시켜 실제 옥탄가 측정값과 비교함으로써 그 신뢰성을 검증하였다. 그 후, 검증된 모델을 현대자동차 2.0T Theta2 T-MPI엔진조건에서 구동하여 알코올 함량에 따른 엔진의 최대 부하 및 최대효율변화를 계산하였다. 그 결과, 알코올 함량이 증가할수록 노킹이 억제되고, 이에 따라 에탄올 등가 알코올함량 1 % 당 1.86 %에 해당하는 만큼의 최대 nIMEP이 상승하게 된다는 것을 알 수 있었다. 뿐만 아니라 노킹이 억제됨에 따라 점화시기를 최대제동토크(MBT)시기로 운행할 수 있는 영역 이 넓어지고, 이에 따라 에탄올 등가 알코올함량 1 % 당 0.04 %p에 해당하는 만큼의 최대 도시열효율 이 상승하는 것을 할 수 있었다. |
