초록 ▼

□ 연구개요
본 연구에서는 항공기나 자동차 엔진에서의 레이저 점화와 동시에 분광신호를 측정하여 엔진의 연소상태를 진단할 수 있는 피드백 제어 시스템을 위한 기초 연구가 수행되었다. 특히 실제 엔진에 적용하기 위하여 압력 챔버를 적용한 다양한 압력에서의 레이저 점화 및 진단을 위한 연구가 진행되었다. 항공기나 자동차 엔진의 점화특성은 엔진의 효율 향상 및 안전한 작동을 위한 중요한 요소이다. 레이저 점화는 정확한 신호 제어가 가능하고 점화위치를 자유재재로 할 수 있으며 높은 재현성을 가지고 있어 엔진점화기로서 탁월한 장점을 가지

□ 연구개요
본 연구에서는 항공기나 자동차 엔진에서의 레이저 점화와 동시에 분광신호를 측정하여 엔진의 연소상태를 진단할 수 있는 피드백 제어 시스템을 위한 기초 연구가 수행되었다. 특히 실제 엔진에 적용하기 위하여 압력 챔버를 적용한 다양한 압력에서의 레이저 점화 및 진단을 위한 연구가 진행되었다. 항공기나 자동차 엔진의 점화특성은 엔진의 효율 향상 및 안전한 작동을 위한 중요한 요소이다. 레이저 점화는 정확한 신호 제어가 가능하고 점화위치를 자유재재로 할 수 있으며 높은 재현성을 가지고 있어 엔진점화기로서 탁월한 장점을 가지고 있다. 또한 레이저 점화를 일으키는 레이저 유도 플라즈마를 분광기를 사용하여 분석하면 연료의 양 및 연소의 상태를 진단할 수 있다. 개발된 피드백 제어 시스템은 레이저 및 분광기의 소형화로 인해서 항공기나 자동차에 탑재하여 실시간으로 레이저 점화 및 엔진의 구동상태를 모니터링하여 엔진구동 상태에 따라서 연료의 분사 정도 및 최적의 점화시간을 제어할 수 있게 된다. 이를 활용하면 엔진의 효율을 증대시킬 수 있을 뿐만 아니라 배출되는 오염물질을 최소화 할 수 있게 된다.

□ 연구 목표대비 연구결과
본 연구의 목적은 연소기의 연소 안정화를 위해 실시간으로 레이저 점화 및 연소유동을 진단하는 피드백 제어 시스템을 개발하는 것이다. 이를 위한 세부 목표로 (1) 액체 연료를 사용하는 자동차 및 항공기 엔진의 연소기와 동일한 환경을 갖는 챔버를 구축하고 (2) 압력에 따른 연소기에서의 레이저 점화 특성을 연구하고 (3) 다양한 압력조건에서의 분광신호를 분석하여 정량적인 연소 유동 진단 기술을 개발하는 것이다. 연구 결과로는 연소기의 압력(50 kPa ~ 200 kPa)을 구현할 수 있는 연소 챔버를 구축하였다. 버너는 화염의 특성을 안정적으로 변화시킬수 있는 평화염 버너(Mckenna burner)를 사용하였다. 그래서 실제 엔진에서의 레이저 점화 및 연소 상태를 측정할 수 있는 환경을 구현하였다. 또한 압력이 변하게 되면 액체 연료의 증발되는 정도 및 레이저 유도 플라즈마의 세기가 변화하게 된다. 그래서 다양한 압력에서의 액체 연료의 레이저 점화 메커니즘을 분석하였다. 마지막으로 연소기와 동일한 압력 범위를 갖는 연소 챔버에서 레이저 유도 플라즈마를 활용하여 연료의 양을 정량측정하는 연구가 수행되었다. 레이저 유도 플라즈마는 압력에 따라서 그 세기가 달라지게 된다. 그래서 본연구에서는 다양한 압력에서의 분광신호를 분석하여 실제 연소기와 동일한 온도와 압력에서의 연료의 양을 측정하였다. 이를 통하여 향후 다양한 압력에서의 실제 연소기의 구동환경에서 레이저 점화와 동시에 연소 상태를 측정하는 피드백 시스템에 적용할 수 있을 것이다.

□ 연구개발결과의 중요성
레이저 점화를 활용한 엔진 연소기 연구는 국내 뿐만 아니라 국외에서도 한번도 시도된 적이 없는 연구로서 본연구의 중요성이 크다고 할 수 있다. 그러므로 본 연구를 통해서 연소기 개발에 있어서 레이저 점화를 활용할 수 있는 가능성을 확인할 수 있었다. 또한 본 연구에서 개발한 레이저 점화 및 연소 진단 시스템은 내연기관이 사용되는 거의 전분야에 적용이 가능하다. 연소 효율 상향 및 오염 물질 배출 저감을 위해서 내연기관의 실시간 모니터링이 더욱 중요해짐에 따라 다양한 다른 내연기관에도 레이저 점화 및 연소 진단의 필요성은 크다고 할 수 있다. 마지막으로 본 연구는 연소외에도 다양한 환경, 바이오, 의료분야에 적용이 가능한다. 그러므로 본연구에서 개발된 레이저 유도 플라즈마를 활용한 센서는 다양한 산업분야로도 기술적 파급력을 가질 것이라 예상한다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• (1) 연구의 필요성 ... 4
• (2) 연구 목표 ... 4
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 5
• (1) 연소기와 동일한 환경을 갖는 압력 제어 연소 챔버 구축 ... 5
• (2) 다양한 압력에 따른 연소챔버에서의 액체 연료 화염의 레이저 점화 ... 8
• (3) 다양한 압력에 따른 연소챔버에서의 액체 연료 화염의 정량적인 연료량 측정 ... 11
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 13
• (1) 국내 엔진 연소기 연구의 도약 ... 13
• (2) 자동차, 선박등의 분야에도 적용 가능 ... 13
• (3) 연소 외의 다양한 환경, 바이오, 의료분야 적용 가능 ... 13
• 4. 참고문헌 ... 14
• 5. 연구성과 ... 14
• 대표적 연구실적 ... 16
• 끝페이지 ... 19