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한국자동차공학회

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9-9 2018 [추계학술대회]

제목 1.4L급 승용 터보 엔진에서 전기점화 방식을 통한 천연가스 전소 시 전부하 운전 조건에서 연소 및 열효율 특성 분석
분야 대체연료자동차
언어 Korean
저자 배종원(숭실대학교), 이진욱(숭실대학교), 이정우(한국기계연구원), 김용래(한국기계연구원), 박철웅(한국기계연구원), 이선엽(한국기계연구원), 김창기(한국기계연구원)
Key Words Compressed Natural Gas(압축천연가스), Brake Thermal Efficiency(제동열효율), Turbocharger(터보차저), Spark Ignition(전기점화), Torque(토크)
초록 메탄(CH4)이 주 성분인 천연가스(Natural gas)는 동일 발열량 기준 가솔린·디젤 등 석유계 연료 대비 이산화탄소
(CO2) 배출이 적고, 미세먼지 발생에도 저감할 수 있는 청정연료로 각광받고 있다. 특히 셰일가스(Shale gas)를 비롯
하여 러시아로부터 육로를 통한 PNG(Pipe-line Natural Gas) 도입이 증가할 것으로 예상되는 가운데 수송 분야에서도
천연가스의 수요가 증가 할 것으로 판단한다. 국내 수송 분야에 있어 압축천연가스형태로 시내버스에 내연기관 기
반 동력장치의 사용이 활성화되어 있으며 해외의 경우 자동차 선진국과 일부 신흥국에서는 천연가스 자동차를 차세
대 친환경차로 선정하고 각종 세제혜택 및 특혜를 제공하는 등 기술개발 및 보급을 확대하고 있는 추세다. 이에 우리
나라도 승용 분야에 있어 천연가스 차량에 대한 연구와 보급 확산에 대한 노력이 필요하다.
메탄을 기반으로 하는 천연가스는 가솔린 연료 대비 옥탄가가 높아 내노킹성(Anti-Knocking)이 좋은 반면, 층류화
염속도(Laminar flame speed)는 느리기 때문에 화염전화(Flame propagation)을 통해 출력을 발생하는 전기점화 방식
(SI, Spark Ignition)에는 다소 적합하지 않은 점이 있다. 따라서 천연가스를 SI엔진에 적용하는데 있어 기존 가솔린 SI
엔진을 이용할 때 점화시기 및 공연비 등을 제어해야만 한다. 그러나 최고 토크가 발생하는 전부하(Full load) 운전 조
건에서는 내노킹성이 강한 천연가스가 가솔린 연료 보다 유리한 점이 존재할 가능성이 있다.
따라서 본 연구에서는 천연가스를 터보 SI 엔진에 적용하는데 있어 전부하 조건에서 출력, 열효율 및 연소 특성을
가솔린 터보 SI 운전 조건과 비교하여 분석하고자 한다. 2,000 rpm의 최고 토크 지점에서 천연가스 전소 및 가솔린 전
소 조건을 비교하였으며, 대상 엔진의 내구 문제를 고려하여 흡기 압력 및 배기온도에 제한을 두었다. 본 연구 결과
를 통해 천연가스를 이용한 터보 SI 엔진의 운전 시 전부하 조건에서 열효율 개선 사항을 파악할 수 있었다.
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