| 초록 |
디젤 엔진은 가솔린 엔진 대비 높은 압축비 적용이 가능하여 고출력과 높은 열효율의 장점으로 많은 기술 발전이 이루어져 왔다. 그러나 인체에 해로운 질소산화물(NOx, Nitrogen Oxides)과 입자상 물질 (PM, Particulate Matter)을 배출하는 단점이 두드러지며 전 세계적으로 디젤 엔진에 대한 배기 규제 가 강화되고 있다. 이에 가솔린 엔진의 장점인 낮은 수준의 배기 배출물과 디젤 엔진의 장점인 높은 열효율이 동시에 실현 가능한 융합 연소(Dual-fuel Combustion)에 대한 연구가 진행되고 있다. 하지만 융합 연소의 경우, 높은 예혼합률로 인해 저부하 운전 영역에서 연소가 불안전하고, 고 부하 운전 영역에서 가파른 최고압력상승률(MPRR, Maximum Pressure Rise Rate)로 인한 소음, 노킹 및 엔진 내구성 저하 등의 한계가 존재한다. 즉, 융합 연소를 통한 안정적인 운전을 위해서는 저∙고 부하 운전 영역 확장을 위한 선행 연구가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 Euro 6 배기 규제를 만족하는 0.4L 단기통 승용 디젤 엔진을 이용하여 디젤/ 가솔린 융합 연소 실험을 진행하였다. 저 부하 운전 조건에서 연소 특성 및 열 효율에 대해 비교한 후 주요 운전 지점에서 제한 조건인 ISNOx 0.21 g/kWh 이하, PM 0.2 FSN 이하, MPRR 10 bar/deg 이하를 만족시키는 최적화 과정을 진행했다. 또한, 고 부하 운전 영역 확장 측면에서 압축비 14 및 16의 특징 (연소 특성, 효율 및 배기 배출물 등)을 비교 분석하였다. 저 부하 영역에서 압축비 16을 적용하였을 때 열 효율 및 연소 안정성 측면에서 디젤 엔진에 비해 높은 수준을 보이는 반면, 압축비 14 적용 시 열 효율 및 연소 안정성이 상대적으로 감소하는 것을 확 인하였다. 고 부하 확장에 있어 압축비 16의 경우 최고압력상승률(MPRR)이 제한 조건인 10bar/deg를 초과하므로 영역 확장 측면에서 부적합한 것으로 판단되며 압축비 14의 경우 배기 배출 기준 및 최고 압력상승률 제한조건을 만족한 동시에 디젤 엔진 대비 높은 열 효율을 보였다. |
