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문제 정의
- 따라서 본 연구는 위와 같은 사항들에 착안점을 두고 상용경유와 바이오 디젤유를 사용 최근 상용 엔진인 커먼레일 기관에 적용하고 흡기 선회기를 각도 별로 제 작하여 흡기포트 내에 및장착함으로 서기관 성능 특성 및 배기 배출물 특성을 확인하여 부하 및 기 관 회 전수에 따른 적절한 선회 각을 규명 하는데 그 목적을 두고 있다
제안 방법
- 기관 회 전수는 동력 계 축에 부착된 로터 리 엔코더로 측정하였고, 토크는 동력계에 설치된 로드셀 (load cell)로 측정한 다음 PC 및 데이터 획득 장치로 처리하였다. 연료소비율은 1분 동안 기관에 공급된 연료의 부피를 디지털 체적 유량계 및 전기 타이머로 이루어진 연료 유량계 (Hwanwoong Co.
- 1은 실험에 사용된 선회기로서 공기 흡입 시 강한 스월을 일으킬 수 있도록 고안하였다. 또한, 부하 및 기관회전수에 따른 선회 각의 영향을 확인할 수 있도록 선회기각을 조절하여 실험하였다. 선회 각은 20°, 40° 및 60。로 조정하여 흡기포트 내에 장착하여 실험하였다.
- 바이오 디젤유를 이용한 CRDI형 디젤기관의 흡기포트 내 선회기를 장착하여 선회각도 변화에 따른 기관성능 및 배기 배출물 특성에 관한 연구 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
- Type OP-120)을 이용하였다. 배기가스의 측정은 배기 매니폴드로부터 약 500mm 하류에서 가스를 채취하였고 3회 반복 측정하여 평균치를 구하였다
- 2와 같다. 실험은 와전류식 동력계 (Hwanwoong Co. ModelDYTEK-130)를 이용하여 엔진부하를 고정시킨 후 기 관의 회전속도를 가변 시 키 는 방법 을 사용하였匸上 엔진 부하는 25%, 50%, 75%, 100%의 4가지 로하였으며 APS(acceleration position sensor) 개도량으로 측정하였으며 기관의 회전속도를 l, 000rpm에서 3, 500rpm까지 500rpm 간격으로 6단계 조정하였다. 사용된 연료는 Table 2와 같이 유황분이 0.
- 연료소비율은 1분 동안 기관에 공급된 연료의 부피를 디지털 체적 유량계 및 전기 타이머로 이루어진 연료 유량계 (Hwanwoong Co. Model Fuel Consumption Meter)를 이용하여 측정하였고, NOx는 비분산적외선 방식식의 배기가스 분석기 (MAHA GmbH & Co. KGType MGT-5)를 이용하여 측정하였으며, 매연은 광 투과식 매연측정기 OP-120 (Eplus Co. Type OP-120)을 이용하였다. 배기가스의 측정은 배기 매니폴드로부터 약 500mm 하류에서 가스를 채취하였고 3회 반복 측정하여 평균치를 구하였다
대상 데이터
- ModelDYTEK-130)를 이용하여 엔진부하를 고정시킨 후 기 관의 회전속도를 가변 시 키 는 방법 을 사용하였匸上 엔진 부하는 25%, 50%, 75%, 100%의 4가지 로하였으며 APS(acceleration position sensor) 개도량으로 측정하였으며 기관의 회전속도를 l, 000rpm에서 3, 500rpm까지 500rpm 간격으로 6단계 조정하였다. 사용된 연료는 Table 2와 같이 유황분이 0.05% 포함된 상용경유 80%와 바이오디 젤유 20%를 혼합한 연료(이하BDF20이라한다.)를 사용하였고, 엔진의 출력향상을 위하여 Turbo-After cooled장치를 작동하였고, 자동 EGR 장치는 고정 시 켜 실험하였다.
- 실험에 사용된 기관은 현재 상용화된 엔진으로 SOHC 4밸브 직 접 분사식 디젤엔진 CRDI(Common rail direct injection ;D-2.0Z)으로 실험 엔진의 주요제원은 Table 1과 같고, 본 실험 장치의 개략도는 Fig. 2와 같다. 실험은 와전류식 동력계 (Hwanwoong Co.
성능/효과
- 1) 상용 경유에 선회기를 장착한 경우 기관 출력은 기관 회전수 1, 500 rpm, 25% 부하조건에서 최대 10%, BSFC는 2000rpm 이상에서 최대 10% 악화되었으나, 100% 부하 조건에서 기관출력은 동등하고, BSFC는 최대 6%, 매 연은 최대 8%까지 개선되 었다
- 2) BDF20 적용 시 기관출력과BSFC는 악화되었으나, BDF 20에 선회기를 장착하여 기관출력과 BSFC는 BDF20 적용 시보다 최대 6%의 개선 효과를 보았다.
- 25% 부하 조건에서 상용 경유에 선회 기를 장착한 경 우, 기 관 회 전수 2, 000rpm 이 상에 서 는 최 대 10%의 기관출력의 저하와 함께 BSFC도 악화됨을 볼 수가 있었다.
- 3) NOx의 배출량은 모든 부하영역에서 경유보다 BDF 20에서 증가하였으며, 선회기 장착 시 선회 각이 작을수록NOx의 배출량이 증가되었다
- Fig. 8의 매 연 배출물 특성을 보면, 바이오디 젤 유적용 시 매연이 감소하는 일반적인 경향을 볼 수가 있었고, 선회 기 장착 시 충진효율의 증가로 인한 연소촉진으로 BSFC와 마찬가지로 고부 하일 수록 선회 각이 작은 선회기가 더 큰 효과를 볼 수가 있었다.
- 먼저 상용 경유에 비해 BDF 20 적용 시는 출력이 저하되는 일반적인 경향을 나타내었고, 부하 25%, 기관회전수 l, 500rpm~2, 500rpm 구간에서 BDF 20에 선회기를 적용하여 BDF 20 적용 시 보다 최대 6%의 출력 상승이 발생하였고, 상용 경유에 비 해 BDF 20을 적용하여 출력 저하가 발생 하였지만 선회기의 장착으로 인해 출력저하의 비율을 크게 감소시킬 수 있었다. 이는 상용 경유에 비해 발열량이 낮은 바이오 디젤유 적용으로 출력이 저하되었으나 선회기에 의해 발생된 강한 스월 효과에 의해 충진효율이 상승되어 기관출력이 상승한 것으로 생각된다.
- 부하 조건 100%에서 기관출력은 동일하거나 다소 상승하였고, BSFC는 최대 6%까지 개선되었다. 이는 고부하조건의 경우 선회기 장착 시 흡입 공기의 강한 스월 현상으로 활발한 연소가 이루어 져 흡입 공기의 충진효율이 좋아져 출력 향상과 함께 BSFC의 개선이 이루어진 것으로 생각된다.
- 7의 BSFC를 보면 상용경유에 비해 BDF 20에 선회기를 장착하여도 모든 구간에서 전반적으로 BSFC가 상승하는 것을 볼 수가 있는데, 이는. 전술한 바와 같이 바이오디젤 유의 낮은 발열량에 기 인한 것으로 볼 수가 있었다 또한 기관출력의 경우 선회 각에 따라 출력의 효과가 거의 비슷하게 나타났으나 BSFC는 고부하로 갈수록 더 효과가 큰 것을 볼 수가 있었다. 이는 고 부하 일수록 흡입공기의 유속이 빨라져 오히려 선회 각이 작으면 흡입유동 저항이 생기기 때문으로 생각된다.
후속연구
- 있다. 5)그러므로 기관성능의 향상을 가하려면 연료와 공기의 혼합율에 영향을 미치는 난류의 영향에 대하여 세밀한 분석이 이루어져야 한다. 지금까지의 연구로는 연소과정에 중요한 영향을 미치는 압축 말기 연소실 내 난류 강도는 흡입과정 시 생성된 유동 에너지가 압축과정을 거치면서 작은 스케일의 와 (eddy)로 깨어져 열로 소산되는데, 이 와들은 연소과정 중 초기 화염 생성을 촉진시키고 화염 전파 속도를 증진시키는 역할을 하므로, 실린더 내의 평균속도 및 난류 유동을 측정하는 연구들이 많이 진행되 고 있다.
- 따라서 배기 배출물을 최소화시키면서 기관 성능을 극대화 시킬 수 있는 선회 각을 찾아 능동적으로 보다더 정밀하게 제어할 수 있는 시스템을 구축한다면 더 좋은 개선 효과를 기대할 수 있을 것이다
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