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수소 내연기관의 흡기 냉각 방법에 따른 최고 출력 향상에 관한 연구
Effects of Intake Gas Mixture Cooling on Enhancement of The Maximum Brake Power in a 2.4 L Hydrogen Spark-ignition Engine 원문보기

한국가스학회지 = Journal of the Korean institute of gas, v.25 no.5, 2021년, pp.11 - 18  

김용래 (한국기계연구원 환경시스템연구본부 그린동력연구실) ,  박철웅 (한국기계연구원 환경시스템연구본부 그린동력연구실) ,  오세철 (한국기계연구원 환경시스템연구본부 그린동력연구실) ,  최영 (한국기계연구원 환경시스템연구본부 그린동력연구실) ,  이정우 (전북대학교 공과대학 기계시스템공학부)

초록
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수소는 동일한 공연비(AF ratio, Air-to-fuel ratio)에서 가솔린에 비해 점화에너지가 현격히 낮기 때문에, 희박한 혼합기 조건에서도 안정적으로 연소할 수 있는 장점을 가지고 있어 연소를 기반으로하는 내연기관에도 적용이 가능하다. 그러나 일부 연소조건에서 역화(Back-fire) 혹은 조기 점화(Pre-ignition)와 같은 이상 연소가 발생하기 쉬운 문제를 가지고 있다. 따라서 본 연구에서는 엔진의 흡기(Intake gas mixture)를 구성하는 신기(Fresh air)와 수소 연료를 각각 냉각하여 공급함으로써, 역화를 최소화하여 최고 출력을 향상하는 연구를 진행하였다. 2.4 L급 전기점화(SI, Spark-ignition)엔진이 사용되었으며 수소는 포트분사 방식(PFI, Port Fuel Injection)으로 공급하였다. 신기의 온도는 터보차저가 장착된 상황에서 인터쿨러(Intercooler)를 이용하여 제어하였으며, 수소의 냉각은 칠러의 냉매와 열교환기를 통하여 직접 냉각 후 공급하였다. 그 결과 신기의 온도를 10~20 ℃가량 냉각시킬 경우 최고출력이 약 6.5~8.6 % 가량 향상되는 것을 확인할 수 있었으며, 수소를 -6 ℃까지 냉각하여 공급할 경우 마찬가지로 약 7.7 % 가량의 최고 출력을 향상할 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Since hydrogen has the lower minimum ignition energy than that of gasoline, hydrogen could be also appropriate for the IC engine systems. However, due to the low ignition energy, there might be a 'back-fire' and 'pre-ignition' problems with hydrogen SI(Spark-ignition) combustion. In this research, c...

주제어

#Back-fire   #Brake power   #Hydrogen   #Intake gas mixture cooling   #SI combustion  

표/그림 (9)

참고문헌 (12)

  1. "The Paris Agreement", United Nations Climate Change, https://unfccc.int/process-and-meetings/the-paris-agreement/the-paris-agreement, (2015) 

  2. "Diesel gate". Journalism for the energy transition, "Dieselgate" - a timeline of the car emissions fraud scandal in Germany | Clean Energy Wire, (2015). 

  3. White, C., Steeper, R., Lutz, A., "The hydrogen-fueled internal combustion engine: a technical review", International Journal of Hydrogen Energy 31, 1292-1305, (2006) 

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  4. Shudo, T., Nabetani, S., Nakajima, Y., "Analysis of the degree of constant volume and cooling loss in a spark ignition engine fuelled with hydrogen", International Journal of Engine Research 2, 81-92, (2001). 

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  5. Lewis, B., Elbe, G., Combustion, Flames, and Explosions of Gases, Academic Press, Orlando, (1987). 

  6. Kondo, T., Lio, S., Hiruma, M., "A Study on the Mechanism of Backfire in External Mixture Formation Hydrogen Engines - About Backfire Occurred by Cause of the Spark Plug", SAE Technical paper 971704, (1997). 

  7. Li, H., Karim, G., "Knock in spark ignition hydrogen engines", International Journal of Hydrogen Energy 29, 859-865, (2004). 

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  8. Furuhama, S., Hiruma, M., Enomoto, Y., "Development of a liquid hydrogen car", International Journal of Hydrogen Energy 3, 61-81, (1978). 

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  9. Wallner, T., Wimmer, A., Gerbig, F., Fickel, H., The hydrogen combustion engine: a basic concept study, Springer-Verlag, Berlin, (2004). 

  10. Lee, J., Park, C., Kim, Y., Choi, Y., Bae, J., Lim, B., "Effect of turbocharger on performance and thermal efficiency of hydrogen-fueled spark ignition engine", International Journal of Hydrogen Energy 44, 4350-4360, (2019). 

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  11. Heywood, J., Internal Combustion Engine Fundamentals, McGraw-Hill, New York, (1988) 

  12. Gelfand, B., Silnikov, M., Medvedev, S., Khomik, S., Thermo-Gas Dynamics of Hydrogen Combustion and Explosion, Springer-Verlag, Berlin, (2012). 

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