초록 ▼

수소연소 리니어 동력/발전시스템은 최근 세계적으로 대체에너지 및 친환경 에너지 차원에서 활발하게 연구가 진행되고 있는 실정이다. 특히, 프리 피스톤은 차세대 자동차인 하이브리드 또는 전기 자동차등에 적용 가능한 기술로 주목을 받고 있다. 이에 따라 프리 피스톤 엔진 기술이 급격하게 주목받고 있으며, 많은 연구가 추진되고 있다.
본 연구에서는 이러한 세계적인 추세에 맞춰 리니어 동력시스템의 세계적인 기술적 추이를 검토하고 수소연소 동력 시스템의 설계, 해석 및 시험 개발에 이르는 기술기반을 확립하고, 성능에 영향을 미치는 주요인

수소연소 리니어 동력/발전시스템은 최근 세계적으로 대체에너지 및 친환경 에너지 차원에서 활발하게 연구가 진행되고 있는 실정이다. 특히, 프리 피스톤은 차세대 자동차인 하이브리드 또는 전기 자동차등에 적용 가능한 기술로 주목을 받고 있다. 이에 따라 프리 피스톤 엔진 기술이 급격하게 주목받고 있으며, 많은 연구가 추진되고 있다.
본 연구에서는 이러한 세계적인 추세에 맞춰 리니어 동력시스템의 세계적인 기술적 추이를 검토하고 수소연소 동력 시스템의 설계, 해석 및 시험 개발에 이르는 기술기반을 확립하고, 성능에 영향을 미치는 주요인자와 상품화에 필요한 기술 파악을 2단계 목표로 설정하고 연구개발을 추진해 왔다. 본 연구기간동안의 주요 연구실적을 살펴보면,
1) 수소연소 프리 피스톤 엔진개발 : 배기량 900cc, 2스트로크, 듀얼타입의 수소연소 프리 피스톤 엔진의 시제작과 기본적인 성능을 확인하면서 프리 피스톤 엔진의 성능향상 가능성을 확인하였고, 계속적인 엔진 시험이 진행 중에 있다.
2) 엔진 제어시스템 개발 : 리니어 동력시스템에서 가장 중요한 부분이 제어시스템이다. 리니어 기관의 경우는 크랭크기구가 없기 때문에 연료분사 및 점화시기 매칭이 피스톤의 위치에 따라 제어가 필요하고, 이 제어에 의해 기관의 운전조건이 결정되게 된다. 아울러 스트로크가 고정되어있지 않은 프리피스톤 특성 상 다음 행정의 TDC예측이 엔진의 운전조건을 결정하는 변수가 되므로 제어시스템 개선에서 가장 중요한 항목이라고 할 수 있다.
3) 리니어 동력시스템 HEV(Hydraulic Electronic Valve) : 리니어 동력시스템은 기존 왕복동형 엔진과 달리 Cam이 없는 구조이므로 Uni-flow 소기방식을 적용하기에 문제가 발생한다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 유압을 이용한 HEV를 개발하였다.
4) 수소연소 안정화 기술 확립 : 수소연소 기관의 실용화를 위한 선결과제는 이상연소 및 연소 안정화 기술이다. 아직까지 많은 연구자들이 수소역화 현상에 대한 연구를 진행하고 있지만, 완벽하게 원인을 파악하지 못하고 있는 실정이다. 이에 본 연구과제에서는 역화의 원인을 파악하고 방지할 수 있는 가능성을 확인하였다.
본 연구과제의 2단계 연구개발은 수소연소 동력 시스템의 설계, 해석 및 시험 개발에 이르는 기술기반을 확립하였고, 성능에 영향을 미치는 주요인자와 상품화에 필요한 기술을 파악하는데 주안점을 두었으며, 향후 좀더 정밀한 제어를 위한 과제를 도출하였다. 이후에는 2단계에서 도출된 시스템 기술을 Upgrade 시키고 좀 더 정밀한 제어를 통한 성능과 효율을 향상시켜 분산전원 시스템의 핵심 제품으로 활용하고, 아울러 하이브리드 자동차나 GHP 등 연관제품의 개발에 주안점을 두고 지속적으로 연구개발을 진행해 나갈 계획이다.

Abstract ▼

Hydrogen fueled linear power system has lots of advantages such as high specific power, high thermal efficiency, zero level exhaust emissions and low noise & vibration. The typical feature of the free-piston engine, there are two definitions which are typical for all free-piston engines. One is the

Hydrogen fueled linear power system has lots of advantages such as high specific power, high thermal efficiency, zero level exhaust emissions and low noise & vibration. The typical feature of the free-piston engine, there are two definitions which are typical for all free-piston engines. One is the a combustion engine, which piston motion is not restricted by any mechanical linkages and the other is the power is taken out by media, not by crankshaft.
Specially, the hydrogen fueled linear power system is technique for protection of the environment and solution of the air pollution problems due to the usage of fossil fuel.

목차 Contents

• 제출문...1
• 보고서초록...2
• 요약문...3
• SUMMARY...6
• CONTENTS...7
• 목차...9
• 제1장 연구개발 과제의 개요 ...11
• 제1절 연구개발의 목적 ...11
• 제2절 연구개발의 필요성 ...12
• 1. 기술적 측면 ...12
• 2. 경제, 산업적 측면 ...12
• 3. 사회, 문화적 측면 ...13
• 제2장 국내, 외 기술개발 현황 ...14
• 제1절 국내, 외 기술개발 개요 ...14
• 제2절 외국의 기술개발 현황조사 ...16
• 1. 프리피스톤 엔진 발전기 ...16
• 2. 유압식 프리피스톤 엔진 ...25
• 3. 프리피스톤 터빈 발전기 ...27
• 제3장 연구개발 수행내용 및 결과 ...29
• 제1절 리니어 동력시스템의 개요 ...29
• 1. 리니어 동력시스템 ...29
• 2. 수소연료의 특성 ...31
• 3. 리니어 동력시스템의 종류 ...31
• 4. 리니어 동력시스템의 이론적 고찰 ...32
• 제2절 1kW급 리니어 동력시스템의 개발 ...38
• 1. 실험장치 및 실험방법 ...38
• 2. 실험 결과 및 분석 ...39
• 3. 1kW급 리니어 동력시스템 개발에 관한 결론 ...44
• 제3절 5kW급 수소연소 리니어 동력시스템의 개발 ...45
• 1. 5kW급 리니어 동력시스템의 개요 ...45
• 2. 5kW급 리니어 동력시스템 개념설계 및 상세설계 ...45
• 3. 5kW급 리니어 동력시스템의 제어시스템 개발 ...48
• 4. 5kW급 리니어 동력시스템 HEV 개발 ...50
• 5. 5kW급 리니어 동력시스템 1차 시제품 개발 ...53
• 6. Uni-flow 소기방식의 리니어 동력시스템 유동 해석 ...54
• 7. 5kW급 리니어 동력시스템 2차 시제품 개발 ...62
• 제4절 부하시험 결과 및 분석 ...65
• 1. 시험 장치 ...65
• 2. 시험 결과 ...67
• 제5절 5kW급 리니어 동력시스템의 핵심 연소기술 개발 ...70
• 1. 연구 배경 ...70
• 2. 관련 연구 ...70
• 3. 연구 목적, 내용 및 방법 ...73
• 4. 흡/배기 성능을 위한 가시화 및 성능해석 ...74
• 5. 소기방식 확립을 위한 역화발생 및 제반성능 특성 ...95
• 6. 결론 ...116
• 제6절 결론 ...119
• 제4장 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ...121
• 제1절 연차별 연구개발 목표 및 내용 ...121
• 제2절 연구개발 목표의 달성도 ...123
• 제5장 연구개발 결과의 활용계획 ...124
• 제1절 추가연구의 필요성 ...124
• 제2절 결과의 활용계획 ...124
• 제6장 참고문헌 ...126