디젤 예혼합 압축착화엔진에서 모사 배기가스재순환과 과급에 따른 연소특성

Abstract

직접분사식 디젤엔진이 갖는 연료 경제성때문에 시장규모가 커지는 추세이다. 커먼레일과 같은 고압분사시스템의 개발은 배출가스를 줄이고 연료소모율을 감소시켰다. 그리고 디젤연소의 우수한 운전성능으로 인해 예혼합압축착화를 구현 할 경우 배기성능을 획기적으로 향상시킬 수 있다. 즉, 예혼합압축착화를 통한 저온희박연소를 구현함으로써 질소산화물과 입자상물질을 동시에 저감하는 전략이다. 예혼합압축착화 연소는 연료분사방식에 관한 다양한 변수와 과급압력 압축비, 배기가스재순환 그리고 분사횟수를 달리하며 연구가 진행되었다. 상사점 이전 50o 보다 조기분사를 적용하여 저압축비가 연소상에 미치는 영향을 확인하였고, 엔진스피드(800,1200rpm)를 달리하며 분사시기가 연소상에 미치는 영향을 또한 확인하였다. 그 결과 착화지연기간이 6.2ms이상 확보될 경우 배기중의 질소산화물의 함량이 "0"로 수렴하는것을 확인하였다. 그리고 상사점 이전 70도 부근에서 입자상물질과 불완전 연소의 대표적 산물로 알려진 HC,CO 가 배출량이 줄어드는 현상을 확인하고 분사시기에 따른 분무 충돌위치 가시화를 통하여 원인을 규명하였다. 디젤의 기화특성을 개선하여 예혼합압축착화를 구현하기위하여 흡기온도를 160oC로 상승시켰고, 연소상제어를 위해 배기가스를 45%까지 적용하여 실험하였다. 배기가스재순환에 의해 떨어진 출력을 보상해주기 위해 과급압렵도 1.2bar까지 적용하였고 후분사를 적용하였다. 결론적으로 최고 출력은 연료량 부하에 관계없이 20~30% 인근의 배기가스재순환율에서 나타났는데, 그 원인은연소효율과 일변환효율의 상충효과에 의한 것이다.