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단기통 엔진에서 대유량 EGR을 통한 저온 연소 특성
Characteristics of Low Temperature Combustion in Single Cylinder Engine by High EGR Rate 원문보기

한국자동차공학회논문집 = Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers, v.17 no.4, 2009년, pp.79 - 85  

조상현 (자동차부품연구원 환경시스템연구센터) ,  오광철 (자동차부품연구원 환경시스템연구센터) ,  이춘범 (자동차부품연구원 환경시스템연구센터)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Low temperature combustion regime for the simultaneous reduction of nitrogen oxides ($NO_x$) and paticulate matter (PM) is demonstrated in single cylinder engine at various operating parameters, such as EGR rate, injection timing, EGR temperature, amount of fuel and swirl rate. Low temper...

주제어

#저온연소영역   #배기가스 재순환   #입자상 물질   #질소산화물   #분사시기  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 본 연구에서는 가급적 동력 성능의 저하 없이 PM과 NOx의 동시 저감이 가능한 영역을 저온 연소 영역으로 설정하기로 하였다. 이를 위하여 동력 성능은 MBT 조건이 포함된 분사 조건하에서 취득된 최대 IMEP를 기준으로 90% 이상, PM(opacity) 은 1% 이하, NOx의 경우는 50 ppm 이하(NOx 최대 배출 수준 2,500ppm)의 기준을 선정하였다.
  • 본 연구에서는 적절한 저온 연소 운전 영역을 결정하기 위하여 단기통 엔진에 대용량의 EGR을 적용하고, 분사조건 및 운전조건에 따른 배기성능 및 동력성능을 비교함으로써 입자상물질 및 질소산화물을 동시에 저감할 수 있는 저온 연소 영역을 파악하였다. 또한, 주요 엔진 운전 변수들이 저온 연소 영역에 미치는 영향을 파악하여 저온 연소 영역의 확대를 위한 방법을 모색하였다.
  • 본 연구에서는 적절한 저온 연소 운전 영역을 결정하기 위하여 단기통 엔진에 대용량의 EGR을 적용하고, 분사조건 및 운전조건에 따른 배기성능 및 동력성능을 비교함으로써 입자상물질 및 질소산화물을 동시에 저감할 수 있는 저온 연소 영역을 파악하였다. 또한, 주요 엔진 운전 변수들이 저온 연소 영역에 미치는 영향을 파악하여 저온 연소 영역의 확대를 위한 방법을 모색하였다.
  • 전술하였듯이 EGR을 이용한 저온연소 기법은 연소실내에서 연소 조절을 통해 PM과 NOx를 동시에 저감하기 위한 목적이 있다. 그러나 PM과 NOx를 완전히 제거하는 것이 불가능하기 때문에 저온 연소 영역의 설정을 위해서는 기준이 필요하다.

가설 설정

  • (c) 결과로부터 기본적인 저온 연소 영역의 선정이 가능하다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
높은 EGR을 이용한 저온연소의 장점은? 높은 EGR을 이용한 저온연소(Low temperature combustion)방식은 연료 분사조건 등은 일반 디젤 엔진과 유사하지만, 대량의 EGR을 적용하여 실린더 내 산소 농도를 낮추어 연소를 유도하는 방식이다. 부분 예혼합 상태에서 연소가 진행되므로 안정된 착화를 유도할 수 있고, EGR률 변경 등을 통하여 연소 제어가 가능한 장점을 가진다. 그러나 대량 EGR을 적용하기 때문에 연료 분사량에 제한이 있어, 고부하 운전에 적용이 곤란하다.
디젤엔진의 장점과 발전이 필요한 방향은? 디젤엔진은 높은 압축비와 희박연소로 인하여 높은 연료 경제성을 확보할 수 있고, 많은 기술 발전 (CRDI, Cooled EGR, DPF 등)으로 인하여 엄격해진 배기규제 및 연비규제를 충족시키며 환경 친화적인 자동차의 위치까지 발전해 왔다. 그러나 향후 더욱더 강화되는 배기규제를 만족하기 위해서는 개선된 후처리 장치(DeNOx catalyst, DPF)의 장착과 연소 개선이 필수로 인식되고 있다.
배기규제를 만족하기위해 연구 중인 연소방식은 무엇이 있는가? 현재까지 많은 연구가 진행되고 있는 연소방식에는 연료를 이른 시기에 분사하여 공기와 충분히 혼합된 상태에서 연소를 시키는 균일 혼합기 압축 착화 방식(HCCI : Homogeneous Charge Compression Ignition)과 대용량 EGR을 이용하여 산소농도를 낮추어 연소 속도를 조절하고 연소온도를 낮추는 저온연소방식(LTC : Low Temperature Combustion) 등이 대표적이다.
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참고문헌 (8)

  1. H. Ogawa, N. Miyamoto, H. Shimizu and S. Kido, 'Characteristics of Diesel Combustion in Low Oxygen Mixtures with Ultra-High EGR,' SAE 2006-01-1147, 2006 

  2. B. Keeler and P. J. Shayler, 'Constaints on Fuel Injection and EGR Strategies for Diesel PCCItype Combustion,' SAE 2008-01-1327, 2008 

  3. Y. Wakisaka, Y. Hotta, M. Inayoshi, K. Nakakita, I. Sakata and T. Takano, 'Emission Reduction Potential of Extremely High Boost and high EGR Rate for an HSDI Diesel Engine and the Reduction Mechanisms of Exhaust Emission,' SAE 2008-01-1189, 2008 

  4. H. Kim, J. Ryu and K. Lee, 'A Study on the Characteristics of Mixture Formation and Combustion in the Premixed Charge Compression Ignition,' Transactions of KSAE Vol.14, No.3, pp.1-9, 2006 

  5. H. Kim, J. Ryu and K. Lee, 'A Study on the Characteristics of Mixture Formation and Combustion in HCCI Engine According to the Various Injection Angle and Timing,' Transactions of KSAE, Vol.14, No.4, pp.20-25, 2006 

  6. M. Alriksson and I. Denbratt, 'Low Temperature Combustion in a Heavy Duty Diesel Engine Using High Levels of EGR,' SAE 2006-01-0075, 2006 

  7. T. Fang, R. E. Coverdill, C.-F. F. Lee and R. A. White, 'Combustion and Soot Visualization of Low Temperature Combustion within an HSDI Diesel Engine Using Multiple Injection Strategy,' SAE 2006-01-0078, 2006 

  8. S. Kook, C. Bae, P. C. Miles, D. Choi, M. Bergin and R. D. Reitz, 'The Effect of Swirl Ratio and Fuel Injection Parameters on CO Emission and Fuel Conversion Efficiency for High-dilution, Low-temperature Combustion in an Automotive Diesel Engine,' SAE 2006-01-0197, 2006 

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