초록 ▼

최종목표
본 연구의 최종 목표는 함산소 연료인 바이오 디젤과 DME 연료의 디젤 엔진 연소 및 연소 시스템 적용 기술을 개발하여 기존 디젤 엔진의 유해 배출 가스인 NOx 및 P.M. 배출 농도를 70% 이상 저감하는 함산소 연료의 청정 연소 기술을 개발하는 것이다.

개발내용 및 결과
본 연구에서는 총 4단계의 연구기간을 거쳐 수행하였고 각 단계별 연구 수행 내용은 다음과 같다.
□ 1단계
1단계에서는 기존의 경유 및 함산소 연료의 기초 분사 데이터를 취득하기 위하여 분사율 측정 장치 개발 및 실험

최종목표
본 연구의 최종 목표는 함산소 연료인 바이오 디젤과 DME 연료의 디젤 엔진 연소 및 연소 시스템 적용 기술을 개발하여 기존 디젤 엔진의 유해 배출 가스인 NOx 및 P.M. 배출 농도를 70% 이상 저감하는 함산소 연료의 청정 연소 기술을 개발하는 것이다.

개발내용 및 결과
본 연구에서는 총 4단계의 연구기간을 거쳐 수행하였고 각 단계별 연구 수행 내용은 다음과 같다.
□ 1단계
1단계에서는 기존의 경유 및 함산소 연료의 기초 분사 데이터를 취득하기 위하여 분사율 측정 장치 개발 및 실험하여 기초 분사 실험 결과를 취득하여 살제 디젤엔진 적용 성능을 평가하였다. 한편，함산소 연료의 기초 분무 및 연소 데이터를 취득하여 엔진 적용성을 평가하였다.
□ 2단계
2단계에서는 엔진 운전 조건에 따른 함산소 연료의 배출물 특성을 심층 분석하였다. 그리고 연소가시화 심층화 연구를 통한 부분 HCCI 연소기술을 적용하여 성능 데이터를 구축하였다. 이를 토대로 함산소 연료의 적용에 따른 NOx와 P.M. 배출 특성에 미치는 영향인자에 대한 정량적인 분석을 수행하였다.아울러，함산소 연료의 수치해석 기술을 확보하기 위한 분무 및 연소 특성 기법을 개발하였다.
□ 3단계
3단계의 연구에서는 기존의 엔진 시스템에 대한 DME 연료의 분무 및 연소 과정 적용성을 평가하였다. 한편，DME의 낮은 점성을 보완하기 위하여 바이오디젤과의 혼합에 의한 분무 특성을 비교 분석하였다. 연소해석을 위해 KIVA-CH티VIKIN 코드를 적용하여 경유 및 DME 연료에 대한 예측 성능을 비교 분석하였고, 이를 통한 DME 엔진 설계 변수 선정에 활용하였다.
□ 4단계
4단계에서는 함산소 연료의 디젤엔진의 적용 기술을 확보하기 위하여 상용 4기통 디젤 엔진에 개발기술을 개발하고 승용디젤 자동차에 적용하여 시험주행에 성공하였다. 이전 단계에서 개발된 분무 및 연소 기술을 전자제어 상용화 엔진에 탑재하고 DME 자동차에 대한 연료공급 및 고압펌프，분사기술을 완성하였다. 이를 통하여 함산소 연료 승용 디젤 엔진의 NOx，P.M.저감기술을 개발하였고，연소해석기법을 개발하여 DME 디젤 엔진의 최적 연소 해석기술을 확립하였다.

개발기술의 특징 •장점
본 연구에서 개발된 기술은 점차 강화되고 있는 자동차의 배기 가스 규제에 대응하고, 화석연료 고갈에 대응할 수 있는 대체연료 미래형 핵심자동차기술이다. 특히，함산소 연료(바이오디젤，DME)의 청정 연소 기술은 디젤엔진의 질소산화물과 P.M.을 현저하게 저감할 수 있는 원천핵심기술이다. 한편，함산소 연료의 분무 및 연소해석기법을 개발하여 미래형 대체연료 엔진의 연소 및 배출물 저감에 기여할 수 있는 효과적인 해석기술이 개발되었다.

기대효과 (기술적 및 경제적 효과)
□ 기술적 측면
본 연구의 수행한 함산소 연료 분무 및 연소 기술은 친환경 디젤 엔진의대체연료 바이오디젤 및 DME 적용기술로서 미래형 대체에너지 자동차 기술개발에 활용될 수 있다. 한편，본 연구의 수치해석 최적하 기술에 의해 개발된 해석기법은 실제 대체연료 자동차 기술，엔진 연소해석기술로 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
□ 경제적 측면
현재 국내 경유 사용량의 일정비율을 바이오디젤 및 DME연료로 대체할 경우 유류 수입 및 화석연료 대체 효과가 클 것으로 기대된다. 또한 함산소 연료를 적용하면 배출물 중의 PM 및 THC를 저감할 수 있고 EGR을 적용하여 NOx 등의 배출물을 저감시킬 수 있다.

적용분야
친환경 자동차용 엔진 기술 및 연소생성물 저감기술, 함산소 연료 연소 최적화 설계 분야, 다상 유동 및 연소 기반 기술/수치해석 기술

(출처 : 보고서 초록 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 보고서 초록 ... 3
• 목차 ... 6
• 제1장 서론 ... 7
• 제1절 연구개발의 중요성 및 필요성 ... 7
• 1. 기술의 개요 ... 7
• 2. 기술 개발의 필요성 ... 9
• 제2절 연구개발의 국내외 현황 ... 11
• 1. 바이오디젤 관련 국내외 기술개발 현황 ... 11
• 2. DME 관련 국내외 기술개발 현황 ... 14
• 제3절 연구개발대상 기술의 차별성 ... 19
• 1. 바이오디젤과 DME의 병행 사용 ... 20
• 2. 최적 연료 분사 시기 및 분사 압력 데이터 구축 ... 20
• 3. 함산소 연료의 HCCI 연소 기술 개발 ... 20
• 제2장 연구개발의 목표 및 내용 ... 21
• 제1절 연구의 최종목표 ... 21
• 제2절 연도별 연구개발의 목표 및 평가방법 ... 21
• 1. 1단계 목표 (2004.12.01.-2005.05.31) ... 21
• 2. 2단계 목표 (2005.06.01.-2007.05.31) ... 21
• 3. 3단계 목표 (2007.06.01.-2009.05.31) ... 21
• 4. 4단계 목표 (2009.06.01.-2011.05.31.) ... 21
• 제3절 연도별 추진체계 ... 22
• 제3장 연구개발 결과 및 활용계획 ... 23
• 제1절 실험장치의 구성 및 모델링 기법 개발 ... 23
• 1. 함산소 연료의 승용 디젤 엔진 적용 실험 ... 23
• 2. 최적화된 수치해석 모델링 및 연소해석기술의 개발 ... 28
• 제2절 4단계 1차년도 연구결과 및 고찰 ... 38
• 1. DME 엔진의 연료분사 및 연소기술 ... 38
• 2. DME 엔진의 연소 및 배기 특성 해석 ... 69
• 제3절 4단계 2차년도 연구결과 및 고찰 ... 72
• 1. DME 연료 적용 디젤엔진 실험 결과 ... 72
• 2. DME 엔진 최적화 해석 결과 ... 89
• 제4절 DME 연료 적용 디젤 승용차량 선행 개발 ... 91
• 1. 연구 개발 배경 ... 91
• 2. 개발의 전략 ... 92
• 제5절 연도별 연구개발목표의 달성도 ... 95
• 1. 4단계 1차년도 달성도 ... 95
• 2. 4단계 2차년도 달성도 ... 95
• 제6절 4단계 연구성과 및 홍보활동 ... 96
• 1. 연구 논문 게재 및 발표 성과 ... 96
• 2. DME 자동차 전시 및 홍보활동 ... 111
• 제7절 연구개발 결과 요약 및 결론 ... 113
• 1. 4단계 1차년도 ... 113
• 2. 4단계 2차년도 ... 114
• 3. DME 연료 적용 디젤 승용차량 선행 개발 ... 115
• 제8절 연구개발 결과의 활용계획 ... 115
• 1. 대체 에너지 보급 ... 115
• 2. 대체 에너지 미래형 자동차 기술 개발 ... 115
• 3. 디젤 자동차의 유해 배출물 저감기술의 개발에 기여 ... 116
• 4. 대체에너지 이용기술 및 자동차 산업기술개발에 활용 ... 116
• 5. 엔진 설계 기술 구축 ... 116
• 6. 학문 분야 및 인력 양성 ... 116
• 제4장 참고문헌 ... 117
• 끝페이지 ... 120