17-18 2022 [추계학술대회]
| 제목 | 메탄/가솔린 혼합 연소 엔진이 연소 특성 및 배기 배출물에 미치는 영향 |
|---|---|
| 분야 | 모빌리티 동력 및 구동시스템 |
| 언어 | Korean |
| 저자 | 이호승( 한양대학교), 강동우(한양대학교), 박성욱( 한양대학교) |
| Key Words | CNG(압축 천연가스), Port Injection(포트 분사), Gasoline(가솔린), Direct Injection(직분사), Combustion Characteristics(연소 특성), Exhaust Emissions(배기 배출물) |
| 초록 |
압축 천연 가스 전소 엔진은 가솔린 전소 엔진에 비하여 적은 배기 배출물을 가지며, 옥탄가가 높아 압축비를 더 높일 수 있다. 그러나, 기체 연료 특성상 액체 연료에 비하여 체적효율이 낮아 출력이 적으며, 에너지 밀도가 낮아 가솔린 전소 엔진에 비하여 출력이 적은 단점이 있다. 이를 개선하기 위하여 본 연구에서는 가솔린 직분사를 통하여 압축 천연 가스의 우수한 배기 배출량을 가져가며 연소실 유동, 체적 효율 및 에너지 밀도를 향상시켜 연소 성능을 가져갈 수 있는지 확인하기 위하여 실험을 진행하였다. 본 연구에 사용된 엔진은 압축비 10.5를 가지는 398cc 가솔린 직분사 단기통 엔진으로, 포트에 압축 천연 가스 인젝터를 장착하여 혼소가 가능하도록 하였다. 엔진 회전수는 AC 모터를 이용하여 일정하도록 하였으며, 흡기량은 압축공기와 흡기 유량계를 사용하여 일정한 값으로 유지되도록 하였다. 전체 연료량은 사전에 계산한 각 연료비율에 따른 분사량과 산소 센서를 사용하여 일정하게 유지되도록 하였다. 점화시기 및 분사시기는 NI社의 CompactRIO를 사용하여 제어하여 점화시기는 엔진출력이 최대가 되는 시기로, 분사시기는 가솔린의 경우에는 BTDC 330deg에서 BTDC180deg로 변화하고 메탄은 BTDC 330로 고정하여 실험을 진행하였다. 가솔린 분사압력의 경우 공기압축식 펌프를 사용하여 가솔린을 100bar에서 350bar까지 가압하여 사용하였으며, 메탄의 경우 메탄 압축 용기에서 레귤레이터를 통하여 5bar로 감압하여 사용하였다. 입자상 물질 개수는 Pegasor社의 PPS-M을 사용하고 가스상 배기 배출물을 AVL社의 MDS-240을 사용하여 측정하였다. 가솔린 분무 및 연소 화염 가시화는 엔진 헤드와 바디 사이에 가시화 장치를 추가하여 고속카메라로 촬영하고 Mathworks社의 Matlab을 통하여 후처리 작업을 진행하였다. 실험 결과 가솔린 비율이 70%가 되었을 때 모든 분사시기에서 가장 높은 도시평균유효압력(IMEP)을 나타냈으며 그 이후에는 비율이 감소할수록 IMEP가 감소하였다. 연소 특성의 경우 가솔린 비율이 감소할수록 연소 기간이 증가하고 열발생량이 감소하였다. 화염 중심 이동의 경우 가솔린 비율이 감소할수록 연소실 중심에서부터 화염 중심이 멀어지는 거리가 감소하였다. 그러나 메탄 비율이 증가하여도 가솔린 분무 형상에는 영향이 없었다. 가스상 배기 배출물의 경우 THC, CO, NO, CO2 모두 메탄 비율이 증가할수록 감소하였으며 입자상 물질 개수 또한 메탄 비율이 증가할수록 큰 폭으로 감소하였다. |
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