163-163 2021 [추계학술대회]
| 제목 | 수소와 천연가스 적용에 따른 대형 스파크점화 엔진의 운전 전략 |
|---|---|
| 분야 | 에너지 및 배기 |
| 언어 | Korean |
| 저자 | 박현욱( 한국기계연구원), 이준순( 과학기술연합대학원대학교), 오승묵( 한국기계연구원), 김창업( 한국기계연구원), 이용규(한국기계연구원), 강건용( 한국기계연구원), 김정환( 중앙대학교), 김성수( 중앙대학교) |
| Key Words | Hydrogen(수소), Natural gas(천연가스), Spark ignition(스파크점화), Excess air ratio(공기과잉률), Abnormal combustion(이상연소) |
| 초록 |
세계적으로 기후 변화에 대한 관심이 증가하면서 수송 부문의 이산화탄소 배출에 대한 규제가 강화되고 있다. 최근 유럽은 승용 차량 부문에만 국한되었던 이산화탄소 배출 규제를 대형 차량 부문까지 확대하기로 합의하였다. 대형 차량의 파워트레인은 승용 차량 부문과는 달리 배터리 및 연료전지의 상용화가 상대적으로 장기간이 요구되며, 단중기적으로는 가스 엔진이 기존의 디젤 엔진을 대체할 것으로 예상하고 있다. 이산화탄소 배출 규제 달성을 위해 저탄소 연료인 천연가스와 무탄소 연료인 수소를 대상으로 가스 엔진의 연구개발이 진행되고 있다. 본 연구에서는 단기통 대형 스파크점화 엔진에서 최근 각광받고 있는 저탄소 연료인 천연가스와 무탄소 연료인 수소를 공급하여, 해당 연료 별 엔진 운전 전략을 제시하는 것을 목적으로 하였다. 가스 엔진 연구를 위해 11L급 6기통 디젤 엔진을 단기통 스파크점화 엔진으로 개조하였다. 압축비는 가솔린 연료 대비 상대적으로 높은 옥탄가를 가지는 천연가스 및 수소 연료를 고려하여 13:1로 선정하였다. 엔진 운전속도는 베이스 엔진의 최고 출력이 달성되는 2,000 rpm으로 고정하였고, 엔진 부하는 50%에 해당하는 도시평균유효압력으로 선정하였다. 천연가스 대비 수소 연료는 넓은 희박가연한계로 인해 상대적으로 높은 공기과잉률에서 희박연소가 가능하였다. 그러나 낮은 최소점화에너지로 인해 해당 엔진 부하에서 역화가 발생되었으며, 역화 발생 시 점화시기 진각으로 다소 제어가 가능하였으나 직접적인 역화 발생 억제는 공기과잉률 제어를 통해 가능하였다. |
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