SI 엔진에서 바이오에탄올 연료의 연소 및 배기특성에 관한 연구 (A) study on combustion and exhaust emissions characteristics in a Spark Ignition(SI) engine with bioethanol fuel원문보기
본 연구는 친환경 연료인 바이오에탄올 연료를 가솔린연료와 혼합하여 4실린더 가솔린 엔진과 상용 가솔린자동차에 적용하여 기관의 점화시기, 공연비, 분사기간, 엔진회전속도, 엔진부하 등의 변화에 따른 연소 및 엔진 성능특성과 배기 특성을 실험적으로 구하여 바이오에탄올 연료의 최적의 운전조건을 규명 하는 것을 목적으로 한다. 본 연구에서는 점화시기와 분사시기, 분사 기간 등의 중요 엔진제어 변수들의 데이터를 ECU (engine control unit)에 적용하여 다양한 실험조건에서 바이오 에탄올 연료를 적용하였을 경우의 연소 및 배출물 특성을 실험적으로 규명하였다. 바이오에탄올 적용실험에서 세부적인 엔진 ECU 데이터의 보정은 공연비 루프 제어 (closed-loop lambda control)를 기반으로 수행하였으며, 엔진제어를 위한 여러 가지 센서의 신호를 ECU에 적용하여 다양한 엔진제어 변수들을 통합적으로 실시간 제어하여 실험하였다. 실험연료로는 ...
본 연구는 친환경 연료인 바이오에탄올 연료를 가솔린연료와 혼합하여 4실린더 가솔린 엔진과 상용 가솔린자동차에 적용하여 기관의 점화시기, 공연비, 분사기간, 엔진회전속도, 엔진부하 등의 변화에 따른 연소 및 엔진 성능특성과 배기 특성을 실험적으로 구하여 바이오에탄올 연료의 최적의 운전조건을 규명 하는 것을 목적으로 한다. 본 연구에서는 점화시기와 분사시기, 분사 기간 등의 중요 엔진제어 변수들의 데이터를 ECU (engine control unit)에 적용하여 다양한 실험조건에서 바이오 에탄올 연료를 적용하였을 경우의 연소 및 배출물 특성을 실험적으로 규명하였다. 바이오에탄올 적용실험에서 세부적인 엔진 ECU 데이터의 보정은 공연비 루프 제어 (closed-loop lambda control)를 기반으로 수행하였으며, 엔진제어를 위한 여러 가지 센서의 신호를 ECU에 적용하여 다양한 엔진제어 변수들을 통합적으로 실시간 제어하여 실험하였다. 실험연료로는 에탄올과 가솔린 연료를 체적 비율로 각각 85%와 15%로 혼합한 에탄올-가솔린 혼합연료인 E85와 70%와 30%로 혼합한 E70, 100% 바이오에탄올 연료인 E-100, 순수 가솔린연료를 적용하여 연소실 내의 압력 특성 및 열발생율, 압력상승율 등을 측정하여 연소 성능 및 배출물 특성을 구하였다. 바이오에탄올 연료를 적용한 경우 취득된 연소압력 데이터를 이용하여 바이오에탄올 연료의 열발생율 (ROHR, rate of heat release)과 질량연소율 (mass burned fraction)을 도출하여 각 연료의 연소특성을 비교분석하였다. 또한, EC동력계(eddy current dynamometer)를 이용하여 다양한 엔진부하 조건에서의 제동토크와 연료소비율 등을 측정 분석하여, 에탄올-가솔린 혼합연료의 최적운전조건을 제시하였다. 또한, 바이오에탄올 연료를 SI기관에 적용한 경우의 연소과정 중 생성되는 HC, CO, NOX와 같은 유해배출가스 특성을 구하여 점화시기와 엔진회전속도에 따른 각 연료 간의 배기가스특성을 분석하였으며, 동일한 엔진이 장착된 차량의 성능 및 연소 배출물 특성을 분석하기 위하여 섀시 동력계를 이용하여 각 연료 적용시의 유해 배출물 특성을 분석하여 엔진동력계에서의 배출특성과의 상관성을 분석하였다. 본 연구에서 E100,E85,E75를 SI엔진에 적용한 결과 MBT 점화시기를 제외한 영역에서 가솔린 연료와 동일한 성능이거나 높은 연소 압력을 나타 내었다. 엔진의 연소 압력은 바이오 에탄올 연료의 경우 공기과잉률 0.8-0.9 부근에서 최대 연소 압력을 나타내었다. 각 바이오 에탄올 연료의 경우 연료에 따른 NOX는 HC 나 CO에 비하여 가솔린연료 대비 감소율이 가장 적었다. E100의 경우, NOX 발생량은 기존의 가솔린 연료의 배출량에 비하여 현저하게 감소하였다.
본 연구는 친환경 연료인 바이오에탄올 연료를 가솔린연료와 혼합하여 4실린더 가솔린 엔진과 상용 가솔린자동차에 적용하여 기관의 점화시기, 공연비, 분사기간, 엔진회전속도, 엔진부하 등의 변화에 따른 연소 및 엔진 성능특성과 배기 특성을 실험적으로 구하여 바이오에탄올 연료의 최적의 운전조건을 규명 하는 것을 목적으로 한다. 본 연구에서는 점화시기와 분사시기, 분사 기간 등의 중요 엔진제어 변수들의 데이터를 ECU (engine control unit)에 적용하여 다양한 실험조건에서 바이오 에탄올 연료를 적용하였을 경우의 연소 및 배출물 특성을 실험적으로 규명하였다. 바이오에탄올 적용실험에서 세부적인 엔진 ECU 데이터의 보정은 공연비 루프 제어 (closed-loop lambda control)를 기반으로 수행하였으며, 엔진제어를 위한 여러 가지 센서의 신호를 ECU에 적용하여 다양한 엔진제어 변수들을 통합적으로 실시간 제어하여 실험하였다. 실험연료로는 에탄올과 가솔린 연료를 체적 비율로 각각 85%와 15%로 혼합한 에탄올-가솔린 혼합연료인 E85와 70%와 30%로 혼합한 E70, 100% 바이오에탄올 연료인 E-100, 순수 가솔린연료를 적용하여 연소실 내의 압력 특성 및 열발생율, 압력상승율 등을 측정하여 연소 성능 및 배출물 특성을 구하였다. 바이오에탄올 연료를 적용한 경우 취득된 연소압력 데이터를 이용하여 바이오에탄올 연료의 열발생율 (ROHR, rate of heat release)과 질량연소율 (mass burned fraction)을 도출하여 각 연료의 연소특성을 비교분석하였다. 또한, EC동력계(eddy current dynamometer)를 이용하여 다양한 엔진부하 조건에서의 제동토크와 연료소비율 등을 측정 분석하여, 에탄올-가솔린 혼합연료의 최적운전조건을 제시하였다. 또한, 바이오에탄올 연료를 SI기관에 적용한 경우의 연소과정 중 생성되는 HC, CO, NOX와 같은 유해배출가스 특성을 구하여 점화시기와 엔진회전속도에 따른 각 연료 간의 배기가스특성을 분석하였으며, 동일한 엔진이 장착된 차량의 성능 및 연소 배출물 특성을 분석하기 위하여 섀시 동력계를 이용하여 각 연료 적용시의 유해 배출물 특성을 분석하여 엔진동력계에서의 배출특성과의 상관성을 분석하였다. 본 연구에서 E100,E85,E75를 SI엔진에 적용한 결과 MBT 점화시기를 제외한 영역에서 가솔린 연료와 동일한 성능이거나 높은 연소 압력을 나타 내었다. 엔진의 연소 압력은 바이오 에탄올 연료의 경우 공기과잉률 0.8-0.9 부근에서 최대 연소 압력을 나타내었다. 각 바이오 에탄올 연료의 경우 연료에 따른 NOX는 HC 나 CO에 비하여 가솔린연료 대비 감소율이 가장 적었다. E100의 경우, NOX 발생량은 기존의 가솔린 연료의 배출량에 비하여 현저하게 감소하였다.
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