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 연구에서는 DME 연료의 연소 및 배출물 저감 특성을 연구하기 위하여 고압분사 및 전자제어가 가능한 커먼레일 분사시스템이 적용된 디젤엔진을 이용하여 분사압력 및 분사시기의 변화에 따른 연소 및 배출물 특성을 분석하고, DME 연소시의 NOx 배출물의 저감을 위하여 30, 45%의 EGR을 수행하여 NOx 저감효과 및 연소 특성에 미치는 영향 등을 분석하였다.
제안 방법
- EGR 수행에 따른 고온의 배기가스 유입으로 인한 흡기온도의 상승을 억제하기 위하여 냉각 EGR을 적용하여 EGR 수행 중에도 흡기온도의 상승을 10°C 이내로 유지하도록 하였다.
- EGR에 의한 흡기온도의 상승을 억제하기위하여 냉각 EGR 장치를 이용하여 EGR을 수행하였으며, EGR율은 EGR에 의해 감소된 신기의 흡입량을 이용하여 계산하였다.
- 분사 시기는 BTDC 12°에서부터 ATDC 4°까지 2°BTDC 15°부터 BTDC 70°까지는 5°간격으로 수행하였다. EGR율은 0, 30, 45%로 하였다. EGR 수행에 따른 고온의 배기가스 유입으로 인한 흡기온도의 상승을 억제하기 위하여 냉각 EGR을 적용하여 EGR 수행 중에도 흡기온도의 상승을 10°C 이내로 유지하도록 하였다.
- 1은 연료 공급 장치의 개략도를 나타낸 것이다. 고압펌프에 공급되는 DME연료는 질소가스를 이용하여 2MPa의 압력으로 가압하여 액상 상태를 유지하였고, 커먼레일로 고압의 연료를 안정적으로 공급하기 위하여 두 개의 고압연료 펌프(Haskel, HSF-300)를 병렬로 연결하여 사용하였으며, 펌프로 공급되는 압축 공기의 압력을 이용하여 커먼레일 내의 압력을 조정하였다.
- 엔진은 55kW의 DC 동력계를 이용하여 제어되었으며 인젝터의 동기화 및 분사시기 제어를 위하여 크랭크 각 센서(1800 pulse/rev)와 캠축 위치 센서를 설치하였으며, 인젝터 드라이버(TEMS, TDA3300)에 의하여 통전시간을 조절하여 원하는 분사량을 제어할 수 있도록 하였다. 그리고 연소 압력 및 열 발생율과 같은 연소특성을 파악하기위해 압력센서 (6052B1, Kistler)를 설치하였다. 압력센서의 압력데이터를 측정하기위해 데이터취득보드와 소프트웨어(LabVIEW)를 사용하여 실시간으로 데이터를 취득하였다.
- 압력센서의 압력데이터를 측정하기위해 데이터취득보드와 소프트웨어(LabVIEW)를 사용하여 실시간으로 데이터를 취득하였다. 또한, 배기가스 분석을 위해 매연 측정기 (AVL407, AVL), NOx측정기(BCL-511, Yanaco), H C․CO분석기( MEXA-554JK, Horiba) 등을 사용하였다.
- 분사 시기는 BTDC 12°에서부터 ATDC 4°까지 2°BTDC 15°부터 BTDC 70°까지는 5°간격으로 수행하였다.
- 엔진은 55kW의 DC 동력계를 이용하여 제어되었으며 인젝터의 동기화 및 분사시기 제어를 위하여 크랭크 각 센서(1800 pulse/rev)와 캠축 위치 센서를 설치하였으며, 인젝터 드라이버(TEMS, TDA3300)에 의하여 통전시간을 조절하여 원하는 분사량을 제어할 수 있도록 하였다. 그리고 연소 압력 및 열 발생율과 같은 연소특성을 파악하기위해 압력센서 (6052B1, Kistler)를 설치하였다.
- 엔진의 회전속도는 1,500rpm으로 일정하게 유지하였으며, 연료의 분사압력은 35, 50MPa로 하였다.
- 연료의 분사량은 DME와 디젤 모두 8, 12, 16mg을 분사하였고, 추가적으로 동일 발열량에 대한 비교를 하기 위해 디젤유 8mg의 발열량에 해당하는 DME 12.3mg을 분사하는 실험을 수행하였다. 분사 시기는 BTDC 12°에서부터 ATDC 4°까지 2°BTDC 15°부터 BTDC 70°까지는 5°간격으로 수행하였다.
대상 데이터
- 실험 장치는 커먼레일 디젤 엔진, 연료 공급 제어 장치, EGR 시스템, 연소 및 배기 분석을 위한 장치로 구성하였으며, Fig. 1은 연료 공급 장치의 개략도를 나타낸 것이다. 고압펌프에 공급되는 DME연료는 질소가스를 이용하여 2MPa의 압력으로 가압하여 액상 상태를 유지하였고, 커먼레일로 고압의 연료를 안정적으로 공급하기 위하여 두 개의 고압연료 펌프(Haskel, HSF-300)를 병렬로 연결하여 사용하였으며, 펌프로 공급되는 압축 공기의 압력을 이용하여 커먼레일 내의 압력을 조정하였다.
- 실험에 사용된 엔진은 배기량이 373.3cc인 단기통 커먼레일 디젤엔진이며 주요 제원은 Table 2에 나타내었다.
- 그리고 연소 압력 및 열 발생율과 같은 연소특성을 파악하기위해 압력센서 (6052B1, Kistler)를 설치하였다. 압력센서의 압력데이터를 측정하기위해 데이터취득보드와 소프트웨어(LabVIEW)를 사용하여 실시간으로 데이터를 취득하였다. 또한, 배기가스 분석을 위해 매연 측정기 (AVL407, AVL), NOx측정기(BCL-511, Yanaco), H C․CO분석기( MEXA-554JK, Horiba) 등을 사용하였다.
성능/효과
- 1) DME는 착화지연기간이 짧아 최고연소압력 발생시점이 디젤연료의 경우보다 빠르고, 동일 분사량일 경우 총 연소기간도 짧게 나타났다.
- 2) 동일출력 기준으로 DME는 NOx 배출이 증가하지만, soot는 모든 운전조건 하에서 발생되지 않았다.
- 3) 기체 연료인 DME는 조기분사를 실시하여도 벽면부착현상이 나타나지 않아 디젤연료와 같은 큰 출력저하는 나타나지 않았다.
- 4) 분사압력을 35MPa에서 50MPa로 증가시키면 연료의 미립화가 촉진되어, 확산연소 구간이 사라지고 예혼합연소 구간만이 나타났다.
- 5) EGR 적용시 대폭적인 NOx 저감이 가능하였으며, 이 때 열효율은 특정영역에서 분사시기에 따라 다소증가하는 경향을 보였다.
- 7은 NOx 저감을 위해 30%, 45%의 EGR을 적용하였을 때의 연소특성을 나타낸 것이다. EGR 적용시 배기가스의 유입으로인해 흡기중의 산소농도가 감소하여 착화지연기간이 길어져 최고연소압력과 열발생률은 감소하는 것으로 나타났다.
- 또한 BTDC 8°에 분사하였을 때의 온도가 BTDC 4°에 분사하였을 때의 온도보다 낮은 것도 열에너지가 효과적으로 기계적인 일로 전환된 결과로 판단된다.
- 그이유로는DME가디젤연료보다세 탄가가 약 20%정도 높고, 착화온도도 15°C가량 낮기 때문으로 판단된다. 또한, 동일 분사량의 경우는 총 연소기간도 DME가 짧은 것으로 나타났는데, 이는 DME의 경우에 미립화 특성이 우수하고 기화성이 좋아 보다 짧은 시간에 혼합기를 형성하여 빠르게 연소된 결과인 것으로 판단된다.
- 분사 시기가 BTDC 30°이전으로 진각되면 상당한 양의 NOx를 저감할 수 있는 것으로 나타났고, 이 때 soot 는 전혀 발생하지 않았다.
- 분사 시기의 영향을 살펴보면 분사시기가 BTDC 4°에서 BTDC 8°로 앞당겨지면 연소실 온도가 상승하고 연소실 내부에 고온의 연소가스가 오래 잔류하기 때문에 NOx 발생량이 두 가지 연료 모두에서 증가하는 것으로 나타났다.
- 두 경우 모두 분사량은 12mg으로 일정하게 하였다. 분사압력이35MPa에서50MPa로 증가하게 되면, 인젝터에서의 단위시간당 분사량이 증가하여 분사기간이 단축되고 연료와 공기의 혼합이 촉진되어 착화지연기간과 연소기간이 감소하였으며, 예혼합 연소는 활발히 일어난 반면 확산연소는 나타나지 않았다. 또한 고압분사로 인하여 최고연소압력은 0.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.