[논문]디젤기관에서 바이오디젤 혼합유의 연소특성에 미치는 연료분사시기의 영향

임재근; 조상곤

doi:10.9726/kspse.2012.16.3.010

디젤기관에서 바이오디젤 혼합유의 연소특성에 미치는 연료분사시기의 영향
Effects of Fuel Injection Timing on Combustion Characteristics of Biodiesel Blend Oil in Diesel Engine 원문보기

한국동력기계공학회지 = Journal of the korean society for power system engineering, v.16 no.3, 2012년, pp.10 - 15

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Recently we have a growing interest in environmental pollution and alternative energy. Diesel engine is generally used to produce the power on the ground and the sea. However, the combustion characteristics are changed on account of the wear of fuel system and the altered ambient condition of the combustion chamber by the increment of the engine operation hour. Therefore combustion characteristics on fuel injection timing are experimentally investigated to find out the optimum fuel injection timing in the case of the aged diesel engine using biodiesel blend oil. Cylinder pressure, rate of pressure rise, rate of heat release and combustion gas temperature are risen by the advancing fuel injection timing, while the exhaust gas temperature and soot emission level are decreased by the advancing of fuel injection timing. The least specific fuel oil consumption is indicated at BTDC $26^{\circ}$ CA on the 75%load and at 1800rpm.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 제작 후 20여년 지난 디젤 기관에 바이오디젤혼합유를 연료로 사용할 경우에 대하여 연소특성을 실험적으로 분석하여 최적의 연료분사시기를 규명하고자 한다.

제안 방법

기관의 출력은 와전류형 전기동력계를 사용하여 측정하였고, 연소실의 압력은 압전식(Piezo -electric type) 압력변환기로, 연료소비량은 고정도 연료소비량계(FM- 257)로, 흡입공기량은 오리피스식 공기유량계(50MC2-4F)로, 실린더내의 연소가스 온도는 열 전대 온도계(R-type)로, 매연은 Bosch식 매연측정기로 측정하였다. 그리고 기관의 공기 흡입측에 서지탱크(Surge tank)를 설치하여 흡기의 흐름이 균일하도록 하였다.
기관의 작동 및 연소 상태를 파악하기 위하여 지압선도, 연소실 압력상승률 선도, 열발생율 선도 등을 취득하였으며, 각 부위 (배기관 입·출구, 냉각수 입·출구, 윤활유, 흡입공기) 의 온도를 계측하였다.
기관의 출력은 와전류형 전기동력계를 사용하여 측정하였고, 연소실의 압력은 압전식(Piezo -electric type) 압력변환기로, 연료소비량은 고정도 연료소비량계(FM- 257)로, 흡입공기량은 오리피스식 공기유량계(50MC2-4F)로, 실린더내의 연소가스 온도는 열 전대 온도계(R-type)로, 매연은 Bosch식 매연측정기로 측정하였다. 그리고 기관의 공기 흡입측에 서지탱크(Surge tank)를 설치하여 흡기의 흐름이 균일하도록 하였다.
본 연구에서는 연료유로 경유에 바이오디젤유(유 채유) 30%를 혼합한 BDF 30을 연료로 사용하였고, Table 2는 경유와 BDF30의 물리적 성질을 비교한 것이다. 기관회전속도 1800rpm의 경우에, 기관부하 0%에서 100%까지 25% 간격으로, 연료 분사시기는 원래 22도 이었으므로 전후로 가감하여 18도에서 28도까지 2도 간격으로 변화시키면서 실험하였다. 동일한 조건에서 기관회전수의 변동율은 ±0.
또 매연측정기는 “0”점 조정한 후 측정하였고, 동력계는 표준중량(5kg)의 추를 사용하여 압축과 인장의 보정실험을 하여 정확한 토오크 값을 확인한 후 동력을 측정하였다.

대상 데이터

본 연구에서는 연료유로 경유에 바이오디젤유(유 채유) 30%를 혼합한 BDF 30을 연료로 사용하였고, Table 2는 경유와 BDF30의 물리적 성질을 비교한 것이다. 기관회전속도 1800rpm의 경우에, 기관부하 0%에서 100%까지 25% 간격으로, 연료 분사시기는 원래 22도 이었으므로 전후로 가감하여 18도에서 28도까지 2도 간격으로 변화시키면서 실험하였다.

성능/효과

1) 실린더 압력과 압력상승율은 연료분사시기가 빠를수록 상승했다.
2) 열발생율은 연료분사시기가 빠를수록 상승했는데, 최대열발생율은 BTDC 22도 보다 BTDC 24도에서 6.77% 상승했고, BTDC 26도에서는 24.25%, BTDC 28도에서는 31.13%, 상승했다.
3) 연소가스 온도는 연료분사시기가 빠를수록 상승했고, 부하 100%인 경우, BTDC 28도에서 최고 820℃로 BTDC 22도에 비하여 40.9% 상승했다.
4) 배기가스 온도는 연료분사시기가 빠를수록 감소했고, 부하 100% 경우, BTDC 22도에 비하여 BTDC 24도에서 4.63% 감소했고, BTDC 26도에서는 7.44%, BTDC 28도에서는 10.08% 감소했다.
5) 연료소비율은 BTDC 26도에서 부하 75%의 경우에 최소값이었으며, 매연 배출량은 연료분사시기가 빠를수록 감소했다.
BTDC 22도에 비하여 BTDC 24도에서 부하 100% 경우에 4.63% 감소했고, BTDC 26도에서는 7.44%감소했으며, BTDC 28도에서는 10.08% 감소했다. 그리고 BTDC 20도에서는 7.
4% 감소했다. 그리고 BTDC 20도에서는 3.64% 증가했고, BTDC 18도에서는 14.5% 증가했다.
08% 감소했다. 그리고 BTDC 20도에서는 7.77% 증가했고, BTDC 18도에서는 11.24% 증가했다.
그리고 매연은 연료분사시기가 빠를수록 적게 나타났으며, 부하 100%인 경우, BTDC 22도에 비하여 BTDC 24도에서 3.64% 감소했고, BTDC 26도에서는 7.27% 감소했으며, BTDC 28도에서는 16.4% 감소했다. 그리고 BTDC 20도에서는 3.
8% 상승했다. 또 최고압력상승율도 BTDC 22도 보다 BTDC 24도에서 36% 상승했고, BTDC 26도에서는 84%, BTDC 28도에서는 96% 상승했다.
부하가 증가함에 따라 거의 직선적으로 온도가 상승하였고, 연료분사시기가 빠를수록 배기가스 온도가 낮게 나타났다. 원래의 연료분사시기인 BTDC 22도를 기준으로 연료분사시기가 빠를 때는 배기가스 온도가 낮아지고, 늦을 때는 높아졌다.
실린더 최고압력은 실험기관 제작 당시의 연료분사시기인 BTDC 22도 보다 BTDC 24도에서 12.5% 상승했고, BTDC 26도에서는 27%, BTDC 28도에서는 31.8% 상승했다. 또 최고압력상승율도 BTDC 22도 보다 BTDC 24도에서 36% 상승했고, BTDC 26도에서는 84%, BTDC 28도에서는 96% 상승했다.
실험을 하는 동안 수냉식 열교환기를 사용하여 기관의 냉각수 온도는 70℃로 설정하고, 윤활유 온도는 75℃로 일정하게 유지하였다. 기관의 작동 및 연소 상태를 파악하기 위하여 지압선도, 연소실 압력상승률 선도, 열발생율 선도 등을 취득하였으며, 각 부위 (배기관 입·출구, 냉각수 입·출구, 윤활유, 흡입공기) 의 온도를 계측하였다.
연료분사시기가 빠를수록 실린더 최고압력이 높게 나타났고, 압력상승율도 연료분사시기가 빠를수록 크게 나타났다.
연료분사시기가 빠를수록 연소 초기의 열발생율이 높게 나타났고, 최대열발생율은 원래의 연료분사시기인 BTDC 22도 보다 BTDC 24도에서 6.77% 상승했고, BTDC 26도에서는 24.25%, BTDC 28도에서는 31.13%, 상승했다.
6에나타냈다. 연료소비율은 부하가 증가할수록 아래로 볼록한 형태로 점점 감소하였으며, 부하 75%에서 가장 적게 나타났다. 부하 75%의 경우 BTDC 24도에서 186.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	바이오디젤유는 어떤 장점이 있는가?	원자력에너지는 위험성이 크고 핵폐기물을 처리하는 적합한 방법이 없으며, 각종 연소기관에 사용되는 화석연료는 매장량이 한정되어 있고 연소시 유해가스를 배출하기 때문에 최근에 친환경연료를 찾기 위하여 많은 노력을 하고 있다. 그런데 바이오디젤유는 사용하는데 위험성도 적을 뿐만 아니라 연속적으로 재배하여 얻을 수 있고, 농가 소득도 증대시킬 수 있 으며, 유해한 배출가스 역시 적으므로, 대체에너지로 사용하기 위하여 효율적인 사용법의 연구가 계속되고 있다1∼5).
	액체 연료의 연소 특성에 미치는 인자는 무엇이 있는가?	그리고 액체 연료의 연소 특성에 미치는 인자로는 연료의 분사시기, 분사율, 연료분무의 무화성, 관통성, 공기과잉율, 실린더내의 온도와 압력 등 여러 가지가 있으며, 이러한 인자들은 서로 유기적인 관계를 가지고 있다. 그뿐만 아니라 엔진의 사용 시간이 증가함에 따라 연료계통의 마모와 연소실 주위의 상황 변화로 연소특성이 달라질 것으로 생각된다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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