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 자동차 등에 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 주요

수소연소 리니어 동력/발전시스템은 최근 세계적으로 대체에너지 및 친환경 에너지 차원에서 활발하게 연구가 진행되고 있는 실정이다. 특히, 프리 피스톤은 차세대 자동차인 하이브리드 또는 전기 자동차 등에 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 3단계 목표로 설정하고 연구개발을 추진해왔다. 본 연구기간동안의 주요 연구실적을 살펴보면,
1) 수소연소 프리 피스톤 엔진개발 : 배기량 800cc, 2스트로크, 듀얼타입의 수소연소 프리 피스톤 엔진의 시제작과 기본적인 성능을 확인하면서 프리 피스톤 엔진의 성능향상을 위한 엔진 시험을 진행하였다.
2) 엔진 제어시스템 개발 : 리니어 동력시스템에서 가장 중요한 부분이 제어시스템이다. 리니어 기관의 경우는 크랭크기가가 없기 때문에 연료분사 및 점화시기 매칭이 피스톤의 위치에 따라 제어가 필요하고, 이 제어에 의해 기관의 운전조건이 결정되게 된다. 아울러 스트로크가 고정되어 있지 않은 프리피스톤 특성 상 다음 행정의 TDC 예측이 엔진의 운전조건을 결정하는 변수가 되므로 제어시스템 개선에서 가장 중요한 항목이라고 할 수 있다.
3) 수소연소 안정화 기술 확립 : 수소 연소 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 3단계 연구개발은 단계에서 도출된 시스템 기술을 Upgrade 시키고 좀더 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.
Also, the hydrogen fueled linear power system has compete with the fuel cell systems because the thermal efficiency has upto 40% by means of the lean-bum technique of the hydrogen fuel.
But, unfortunately the research of the hydrogen fueled linear power system has no fulfilled systematically in korea. Also, free-piston engine using hydrogen fueled will be developed under R&D consortium in the world.
Therefore, the goal of the present study, considering the technical trend of the worldwide, has develop the design technique of the hydrogen fueled linear power system and optimization of it's performance.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 보고서초록 ... 3
• 요약문 ... 4
• SUMMARY ... 8
• CONTENTS ... 9
• 목차 ... 11
• 제1장 연구개발 과제의 개요 ... 13
• 제1절 연구개발의 목적 ... 13
• 제2절 연구개발의 필요성 ... 14
• 1. 기술적 측면 ... 14
• 2. 경제, 산업적 측면 ... 14
• 3. 사회, 문화적 측면 ... 15
• 제2장 국내, 외 기술개발 현황 ... 16
• 제1절 국내, 외 기술개발 개요 ... 16
• 제2절 외국의 기술개발 현황조사 ... 17
• 1. 프리피스톤 엔진 발전기 ... 17
• 2. 유압식 프리피스톤 엔진 ... 26
• 3. 프리피스톤 터빈 발전기 ... 27
• 4. 역화억제 ... 29
• 5. NOx 저감 및 분리윤활 ... 29
• 6. 싱글형 프리피스톤 ... 30
• 제3장 연구개발 수행 내용 및 결과 ... 31
• 제1절 리니어 동력시스템의 개요 ... 31
• 1. 리니어 동력시스템의 개요 ... 31
• 2. 수소연료의 특성 ... 33
• 3. 리니어 동력시스템의 종류 ... 34
• 4. 리니어 동력시스템의 이론적 고찰 ... 34
• 제2절 수소연소 리니어 동력/발전 시스템의 성능 최적화 ... 40
• 1. 리니어 동력/발전 시스템 개발 ... 40
• 2. 소기구조 최적화 및 과급 적절성 검토 ... 46
• 3. 흡기밸브의 성능 검토 ... 48
• 4. 흡기 유동 해석 ... 53
• 5. 5kW 급 수소연소 리니어동력시스템의 성능 최적화 ... 55
• 제3절 성능안정 및 저배기화 기술 개발 ... 59
• 1. 연구 배경 ... 59
• 2. 연구 목적 ... 60
• 3. 연구 내용 및 방법 ... 60
• 4. 실험 장치 및 실험 방법 ... 61
• 5. 프리피스톤 수소기관의 소기방식에 따른 역화 특성 ... 72
• 제4장 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 89
• 제1절 연차별 연구개발 목표 및 내용 ... 89
• 제2절 연구개발 목표의 달성도 ... 90
• 제5장 연구개발 결과의 활용계획 ... 91
• 제1절 추가연구의 필요성 ... 91
• 제2절 결과의 활용계획 ... 91
• 제6장 참고문헌 ... 93
• 끝페이지 ... 97