선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 연구의 목적은 직분연료와 동일한 디젤연료를 예혼합 연료로 사용한 경우와 디젤연료와 착화 특성이 유사하면서도 뛰어난 증발 특성을 갖는 노멀헵탄을 예혼합 연료로 사용한 경우에 대하여 예혼합률과 EGR률의 변화에 따른 연소 및 배출물 특성을 실험적으로 구한 것이다.
제안 방법
- 1은 실험기관 및 흡배기 시스템을 나타낸 것이다. HCCI 연소 및 배출 특성은 예혼합기의 균일도에 의하여 많은 영향을 받는다고 알려져 있으므로, 직분식 디젤엔진에 균일한 예혼합기를 공급하기 위하여 예혼합실을 흡기포트에 설치하고 고압인젝터로 연료를 분사하여 연료가 공기와 충분히 예혼합된 후에 연소실로 공급될 수 있도록 하였다. 그리고 배출가스의 압력을 일정하게 유지시키기 위해 배압실과 압력조절 밸브를 설치하였다.
- 균일 예혼합 압축착화 디젤엔진 시스템을 구성하여, 디젤연료 및 노멀헵탄을 예혼합한 경우에 대하여 연소 및 배기 특성에 미치는 EGR의 영향을 분석한 결과, 다음과 같은 결론을 얻었다.
- HCCI 연소 및 배출 특성은 예혼합기의 균일도에 의하여 많은 영향을 받는다고 알려져 있으므로, 직분식 디젤엔진에 균일한 예혼합기를 공급하기 위하여 예혼합실을 흡기포트에 설치하고 고압인젝터로 연료를 분사하여 연료가 공기와 충분히 예혼합된 후에 연소실로 공급될 수 있도록 하였다. 그리고 배출가스의 압력을 일정하게 유지시키기 위해 배압실과 압력조절 밸브를 설치하였다. 또한 EGR 냉각기와 EGR 조절 밸브를 통하여 배출가스가 냉각된 후 재유입될 수 있도록 구성하였다.
- 또 엔진의 연소해석을 위하여 압력센서로부터 얻어진 압력신호와 크랭크축에 연결된 엔코더로부터 펄스 신호를 받아 신호처리 하여 연소실의. 압력, 열발생률 등을 구할 수 있도록 하였다.
- 그리고 배출가스의 압력을 일정하게 유지시키기 위해 배압실과 압력조절 밸브를 설치하였다. 또한 EGR 냉각기와 EGR 조절 밸브를 통하여 배출가스가 냉각된 후 재유입될 수 있도록 구성하였다.
- 예혼합연료는 범용 ECU를 통하여 제어하도록 하였다. 또한, 흡기의 가열과 조절을 위한 흡기가열 및 제어장치와 유량 측정을 위한 열선식 유량계를 설치하였다.
- 본 연구에서는 연소실 내에 균일한 예혼합기를 형성시킴과 동시에 착화원 및 연소율의 제어인자로서 소량의 연료를 압축 말기에 직접 분사하여, 실린더 전체에 걸쳐서는 예혼합 연료에 의해 연소가 진행되면서도, 직분연료에 의한 연소율의 제어가 가능한 HCCI 엔진을 구현하였다. 예혼합 연료의 공급은 균일한 예혼합기 형성을 위하여 흡기포트 분사 방식을 적용하였다.
- 또 엔진의 연소해석을 위하여 압력센서로부터 얻어진 압력신호와 크랭크축에 연결된 엔코더로부터 펄스 신호를 받아 신호처리 하여 연소실의. 압력, 열발생률 등을 구할 수 있도록 하였다. 연 소압력은 내부에 흐르는 냉각수를 통해 연소실에서 전달되는 열에 의한 변형과 손실이 일어나지 않는 압전식 압력센서(6052B1, Kistler)를 실린더 헤드에 부착하여 데이터 취득 시스템과 연산 프로그램을 이용하여 데이터를 취득하였다.
- 엔진 동력계 시스템은 최대 흡수마력이 '75 kW인 와전류식 동력계를 사용하였으며, 엔진으로부터의 배출가스 분석을 위하여 NOX 분석기(Yanaco, BCL-511)와 매연 측정기(DBC-1000), 그리고 HCCO분석기 등을 사용하였다.
- Table 2는 실험에 적용한 엔진의 운전조건을 나타낸 것이다. 엔진의 회전속도는 1200, 1800 ipm으로 일정하게 유지하였으며, 디젤연료와 노멀헵탄을 예혼합한 경우에 대하여 예혼합률을 변화시켜가며 실험을 수행하였다. 예혼합률은 예혼 합 연료없이 연소실에 직접 분사되는 디젤연료만으로 운전되는 경우로부터 시작하여 예혼합 연료 를 증가시켜가며 실험을 하였다.
- 압력, 열발생률 등을 구할 수 있도록 하였다. 연 소압력은 내부에 흐르는 냉각수를 통해 연소실에서 전달되는 열에 의한 변형과 손실이 일어나지 않는 압전식 압력센서(6052B1, Kistler)를 실린더 헤드에 부착하여 데이터 취득 시스템과 연산 프로그램을 이용하여 데이터를 취득하였다.
- 엔진의 회전속도는 1200, 1800 ipm으로 일정하게 유지하였으며, 디젤연료와 노멀헵탄을 예혼합한 경우에 대하여 예혼합률을 변화시켜가며 실험을 수행하였다. 예혼합률은 예혼 합 연료없이 연소실에 직접 분사되는 디젤연료만으로 운전되는 경우로부터 시작하여 예혼합 연료 를 증가시켜가며 실험을 하였다.
- 일반적으로 EGR을 수행하는 경우에는 고온의 배출가스를 흡기로 유입하게 되어 흡기온도가 상승하는 문제점이 있으나, “) 본 연구에서는 냉각EGR을 적용하여 고온의 배출가스를 EGR쿨러를 통해 냉각시켜 EGR을 수행한 경우에도 흡기온도 의 상승을 10t 이내로 유지하도록 하였다.
대상 데이터
- Table 1은 실험에 적용한 엔진의 주요 제원을 나타낸 것으로, 673cc의 배기량과 18:1의 압축비 를 가지는 단기통 직접 분사식 디젤엔진을 사용하였다.
- 실험 장치는 디젤엔진과 동력계 시스템, 예혼합기 공급 및 EGR 제어장치, 흡기온도 제어장치, 연소 및 배기 분석장치로 구성하였다. 예혼합연료는 범용 ECU를 통하여 제어하도록 하였다.
이론/모형
- 본 연구에서는 연소실 내에 균일한 예혼합기를 형성시킴과 동시에 착화원 및 연소율의 제어인자로서 소량의 연료를 압축 말기에 직접 분사하여, 실린더 전체에 걸쳐서는 예혼합 연료에 의해 연소가 진행되면서도, 직분연료에 의한 연소율의 제어가 가능한 HCCI 엔진을 구현하였다. 예혼합 연료의 공급은 균일한 예혼합기 형성을 위하여 흡기포트 분사 방식을 적용하였다.
성능/효과
- (1) 디젤연료를 예혼합한 결과 흡기온도의 증가에 따라 냉염의 발생시기가 빨라지는 경향을 보 였고 냉각EGR을 적용한 경우는 EGR률의 증가에 따라 냉염의 발생시기가 크게 지연되는 경향을 보였다.
- (2) 디젤연료를 직분식 디젤엔진에 예혼합한 결과, N* O 배출량은 예혼합률의 증가에 따라 선형적으로 감소하고, 수트의 배출량은 20℃의 경우 예혼합률에 관계없이 거의 일정했고, 80'C의 경우 r, =0.2까지는 점차 감소하다가 그 이상의 예혼 합률에서는 ”=0에서의 값보다 높아졌다.
- (3) NOX 배출량은 EGR 30%와 r’=0.75의 경우, EGR을 적용하지 않은 이 디젤 엔진의 배출량에 비해 1/10 수준으로 감소하였고 수트의 배출량은 EGR률의 증가에 따라 증가하였다.
- (5) 노멀헵 탄 예혼합시 N* O의 농도는 흡기가 열에 상관없이 어느 일정 지점까지의 예혼합률까 지는 감소하다가 이 지점 이상의 예혼합률에서는 다량의 예혼합 연료의 조기 착화에 의한 연소실 온도의 증가로 인하여 다시 상승하는 것으로 나타났다.
- (6) 수트 배출 특성은 흡기 온도 20'C일 때 약간의 변동이 일어나지만, 예혼합률의 증가에도 불구하고 대체로 일정한 값을 나타냈고 UXTC의 경우에서는 수트 농도가 7>=0.2까지 증가하다가 그 이상 예혼합률이 증가하면 선형적으로 감소하기 시작했다.
- 6과 7은 EGR률과 예혼합률에 따른 N* O와 수트의 배출특성을 나타낸 것이다. N* O의 배출 특성은 EGR률 30%와 예혼합률 0.75의 HCCI 디젤엔진의 경우 EGR을 적용하지 않은 DI 디젤엔진의 배출량에 비해 1/10 수준으로 감소하는 것으로 나타났다.
- 본 실험에서 사용된 NOv의 농도는 각 실험조건에서 계산된 습도 보정계수를 반영하여 얻어진 값이다. 결과에서 보여지듯이 NOX 배출물은 예혼합률의 증가에 따라 선형적으로 감소하고 것으로 나타났다. 그러나, 높은 예혼합률과 높은 흡기온도에서는 동일부하조건 에서의 기존 디젤엔진보다 N* O 농도가 오히려 증가하는 경향을 볼 수 있다.
- 이러한 효과는 흡기를 가열하였을 경우 더욱 두드러진다. 그러나 0.3 이상의 예혼합률에서 NOX 농도는 예혼합 률의 증가에 따라 오히려 증가하는 것으로 나타났다. 이는 디젤연료 예혼합의 결과와 유사한 경향으로 연소의 진각에 따른 연소 온도의 상승으로부터 기인한 것으로 보여진다.
- 그러나 냉염에 의한 열발생량은 예혼합률에 따라 비례하여 증가하였고, 디젤연료 예혼합시의 결과와 비교할 때, 냉염구간의 열발생률은 크게 증가하는 것으로 나타났다. 이는 노멀헵 탄의 높은 반응성 때문에 예혼합 연료의 착화지연 기간이 짧아졌기 때문이다牌
- 노멀헵 탄의 뛰어난 증발 및 착화 특성으로 인하여 흡기가 열을 하지 않은 조건임에도 불구하고, 예혼합률에 상관없이 BTDC 25° 근처에서 냉염이 발생하는 것으로 나타났다.
- 고 하였다. 또한 높은 예혼합률에서의 HCCI 연소 시작시기는 냉염구간에서의 활발한 연소에 의하여 크게 진각되는 것으로 나타났다.
- 3부근 의 예혼합률까지는 감소하는 경향을 보였다. 또한 디젤연료를 예혼합하였을 경우와 비교할 때, 그 감소 효과는 훨씬 큰 것으로 나타났는더], 이는 디젤연료에 비하여 노멀헵탄의 뛰어난 증발 특성으로 인하여 좀 더 균일한 혼합기가 형성될 수 있었고, 이에 따라 실린더 내 평균 공연비에 비해 국부적으로 농후한 영역에서의 연소가 줄어들면서 얻어진 결과로 보여진다. 이러한 효과는 흡기를 가열하였을 경우 더욱 두드러진다.
- 이는 실제 엔진에서의 연소와 이상적인 연소 개념에서의 차이로부터 기인한다고 여겨진다. 본 연구에서도 예혼합률의 증가는 균일 혼합기에 의한 연소가 증가됨으로 인하여 수트가 감소되어야 함에도 불구하고, 실제 실험결과로부터 여러 영향들에 의해 감소효과가 상쇄되어 배출되기 때문에, 거의 일정 수준의 수트가 측정되어지는 것으로 분석된다.
후속연구
- 이러한 원인들로는 예혼합 연료의 불균일한 혼합기 분포로부터 생성된 수트와.또한 예혼합 연료의 연소가 직분연료분사 시기 전에 선행함으로써, 직분연료 주위의 산소농도 소모로 인한 직분연료의 확산연소시 발생되는 수트 등의 영 향들이 있을 것으로 판단된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.