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제안 방법
- 1500 rpm 3.9 bar 조건에 대하여 세가지 연소 전략에 따른 배기가스 배출 특성을 비교하였다. Fig.
- 배기가스 분석을 위한 모든 샘플라인(sampling line)은 190°C 로 유지하여 탄화수소 및 물의 응축을 최소화 하였다. EGR 은 흡기관과 배기관에서 측정된 CO2 농도의 비로부터 계산하였다.
- Table 3 에서와 같이 첫째 연소 전략(split injection)은 파이럿 및 주 분사를 조합하였으며 EGR 은 공급하지 않았다. 둘째 연소 전략(single injection-1, 이하 single-1)은 주 분사만을 이용하였으며 EGR 33%를 적용하였다. 이를 통하여 전통적인 디젤 연소 방식에서 PM 저감을 이룬다.
- 또한 탄화수소 종 분석을 위하여 매연필터를 통과한 일부의 배기가스를 샘플카트(sample cart)에 통과시켜 탄화수소를 채집하였다. 샘플카트에서 사용된 탄화수소 저장 장치는 테들라 백(Tedlar bag)과 테넥스 트랩(Tenax trap)으로 구성된다.
- 배기매니폴드 끝 단에서 약 20cm 떨어진 위치에서 AVL 사의 415S 장비를 이용하여 매연(smoke)을 측정하였다. 본 논문에서는 이렇게 측정된 매연을 PM 으로 명명하였다.
- 본 논문에서는 엔진 운전 영역은 1500rpm 3.9 bar BMEP 조건(전 부하 대비 약 30% 수준의 부분 부하) 에서 세가지 연소 전략에 따른 배기가스 배출 특성 및 탄화수소 종을 비교 분석하였다. 첫째 연소 전략은 파이럿 및 주 분사를 조합한 분할 분사 방법으로 EGR 을 공급하지 않았다.
- 본 연구는 1.7L 커먼레일 직접분사 디젤 엔진을 이용하여 1500rpm 3.9bar BMEP 조건에서 세가지 연소 전략에 따른 배기가스 배출 특성 및 GC-FID 을 이용하여 탄화수소 종 분석을 수행하였다. 이로부터 다음의 결론을 얻었다.
- 세가지 연소 전략에 대하여 탄화수소 배출 특성을 보다 상세히 분석하기 위하여 GC-FID 를 이용 하여 탄화수소 종 분석을 실시하였다.
- 둘째는 주 분사만을 이용하였으며, EGR 을 33% 공급하였다. 셋째는 주 분사만을 사용하고, 레일압력을 1000bar 까지 증가시키고, EGR 을 45% 공급하여 저온디젤 연소를 이루었다. 이러한 세가지 연소 전략을 통하여 배기가스 특성 및 탄화수소 종을 비교 분석 하여, 디젤산화촉매 개발에 필요한 기본 자료로 사용될 것이다.
- 9 bar BMEP 으로 전 부하 대비 약 30% 수준의 부분 부하 조건이다. 이를 위하여 세가지 연소 전략 도입하여 각각의 연소조건에 대하여 최적화하였다. Table 3 에서와 같이 첫째 연소 전략(split injection)은 파이럿 및 주 분사를 조합하였으며 EGR 은 공급하지 않았다.
- 9 bar BMEP 조건(전 부하 대비 약 30% 수준의 부분 부하) 에서 세가지 연소 전략에 따른 배기가스 배출 특성 및 탄화수소 종을 비교 분석하였다. 첫째 연소 전략은 파이럿 및 주 분사를 조합한 분할 분사 방법으로 EGR 을 공급하지 않았다. 둘째는 주 분사만을 이용하였으며, EGR 을 33% 공급하였다.
- 테들라 백을 이용하여 탄소 번호 8 보다 작은 탄화수소를 채집할 수 있었으며, 테넥스 트랩을 이용하여 탄소 번호 8 보다 큰 탄화수소를 채집할 수 있었다. 탄화수소 종 분석은 두 개의 가스 크로마토그래프(gas chromatograph, GC)와 불꽃 이온화 검출기(flame ionization detector, FID)를 사용하여 각각 테들라 백 및 테넥스 트랩에서 채집된 탄화수소를 분석하였다. 보다 상세한 탄화수소 종 분석법은 참고문헌 (10)을 참고하기 바란다.
- 본 논문에서는 이렇게 측정된 매연을 PM 으로 명명하였다. 터보과급기에서 약 1m 정도 떨어진 위치에서 매연필터를 통과한 배기가스의 THC, CO, NOx, CO2, O2 농도를 일반 배기가스 측정 장비를 이용하여 측정하였으며 실험 오차는 5% 이내였다. 배기가스 분석을 위한 모든 샘플라인(sampling line)은 190°C 로 유지하여 탄화수소 및 물의 응축을 최소화 하였다.
대상 데이터
- 본 실험에서 엔진 운전 영역은 1500rpm 3.9 bar BMEP 으로 전 부하 대비 약 30% 수준의 부분 부하 조건이다. 이를 위하여 세가지 연소 전략 도입하여 각각의 연소조건에 대하여 최적화하였다.
- 본 실험을 위하여 General Motor 사의 1.7L DOHC 커먼레일 직접 분사 엔진을 이용하였다. 직렬 4 기통으로 압축비는 16:1 이며 인젝터 노즐 수는 6 개이고, 분무각은 150 도이다.
- 사용한 연료는 초저유황 스웨덴 디젤 연료이며 세탄가 52, 황 성분은 12ppm 이다. 연료 조성은 체적기준 95% 정도가 포화 탄화수소 (saturated HC) 이며, 방향족 탄화수소는 3% 정도이다.
- 사용한 연료는 초저유황 스웨덴 디젤 연료이며 세탄가 52, 황 성분은 12ppm 이다. 연료 조성은 체적기준 95% 정도가 포화 탄화수소 (saturated HC) 이며, 방향족 탄화수소는 3% 정도이다. 상세한 연료 조성치는 Table 2 에 나타내었다.
- 직렬 4 기통으로 압축비는 16:1 이며 인젝터 노즐 수는 6 개이고, 분무각은 150 도이다. 피스톤은 보울인(bowl-in) 형상이며, 가변 형상 터보 과급기(variable geometry turbocharger)와 흡기 스로틀 밸브(intake throttle valve)를 이용하여 EGR 량을 제어하였다. 보다 상세한 엔진 구성은 Fig.
이론/모형
- 연료 소모량(brake specific fuel consumption, BSFC) 또한 THC, CO 배출 특성과 동일한 순서로, split injection 이 최소의 연료 소모를 single-1, single-2 가 각각 그 뒤를 이었다. 저온디젤연소에 의한 상대적으로 높은 THC, CO 배출 특성이 single-2 연소기법에서 나타났다. 다음에서 각각의 연소기법에 따른 탄화수소 종 분석을 통하여 THC 거동을 보다 상세하게 다룬다.
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