냉시동 조건에서 디젤연료의 온도 및 세탄가가 분무특성과 화염발달에 미치는 영향 = Effect of temperature and cetane number of diesel fuels on spray characteristics and flame development under cold-start conditions

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입자상 물질, 이산화탄소, 질소산화물과 같은 자동차 배기가스 규제가 지속적으로 강화되고있다. 낮은 외기 온도조건에서는 낮은 흡기온도로 인해 TDC 근처의 실린더 내부 온도가 낮아지게 되고, 이는 불완전 연소를 야기하여 배기문제를 더욱 악화시키게 된다. 특히 높은 실린더 내부온도를 통해 디젤연료의 자발화 과정을 이용한 압축착화방식으로 구동되는 디젤엔진의 경우 배기문제와 더불어 연소효율에도 악영향을 미치게 된다. 앞서 언급한 문제와 관련해서 본 논문에서는 냉시동 조건이 분무특성과 화염발달에 미치는 영향에 대해 다루고, 구체적으로는 외기온도 293K, 273K, 253K 조건과 디젤엔진 시동구간 중 크랭킹 구간에서 디젤연료의 온도 및 세탄가가 분무특성과 화염발달에 미치는 영햐에 대해 살펴보도록한다. 크랭킹 구간에서 형성되는 실린더 내부 온도와 압력을 모사하기위해 정적연소챔버(CVCC)를 사용하였고, 챔버 내부의 분위기 압력은 3 MPa, 연료 분사압력은 30MPa로 설정하였다. 본 연구는 Bosch tube 방법을 이용하여 분사율 측정실험을 실시하고, 분무특성을 분석하기위해 Mie scattering, Shadowgraphy 방법을 적용하였다. 또한, 연료의 세탄가에따른 화염발달을 분석하기위해서 직접화염가시화 기법을 사용하였다. 연료온도의 감소는 연료의 점도, 밀도, 표면장력을 증가시키기 때문에 온도에 따른 연료의 유동특성이 매우 중요함을 알 수 있었다. 연료온도가 253K로 감소함에따라 동일한 분사기간동안 분사되는 분사량이 감소하게 되는데, 이와같은 결과의 원인으로 다음의 분사율 곡선의 변화를 들수있다. (1)최대 분사율 위치가 낮아진다. (2)분사 시작시기가 늦어진다. (3) 분사가 끝나는 시점이 빨라진다. 증가하는 연료의 점도와 표면장력 그리고 낮은 정적연소챔버 분위기 온도는 분무특성에 영향을 미치게 된다.그 결과 냉시동 온도조건이 낮아짐에 따라 액상 분무침투거리가 증가하고, 액상 분무각도가 작아진다. 이 같은 결과의 원인은 높은 점도와 표면장력은 미립화과정을 억제하고, 연료액적과 주변공기와의 상호작용을 감소시킨다. 기상 분무의 양 또한 냉시동 온도조건이 낮아질수록 감소하게 된다. 기상 분무 실험결과는 화염발달에 필요한 연료-공기 혼합물의 감소를 갖고오게된다. 냉시동 조건에서 나타나는 낮은 연소특성을 향상시키기위해 다단분사, 고 세탄가 디젤연료를 적용하는 실험을 진행하였다. 다단분사는 보조분사의 도움으로 주분사 시기의 챔버 내부의 온도와 압력을 더 증가시켜 화염발달에 도움을 준다. 그러나, 다단분사를 적용하더라도, 점화지연시간이 상대적으로 짧은 고 세탄가 디젤연료를 사용했을때 연소특성이 더욱 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 그러므로, 다단분사와 고 세탄가 디젤연료의 사용은 연소특성을 증가시킬 뿐만아니라, 챔버 내부의 압력상승률을 증가시키는 결과를 갖고온다. 디젤엔진의 냉시동성을 향상시키기위해서는 고 세탄가 디젤연료의 사용과 다단분사의 적용을 고려할 필요가 있다. 특히 고 세탄가 디젤연료의 사용은 낮은 냉시동 온도조건에서 연소특성을 향상시키는데 효과적임을 알 수 있고, 냉시동 조건에서 나타나는 크랭킹 구간의 불완전 연소를 줄일 수 있다.
Advisors
배충식researcherBae, Choongsikresearcher
Description
한국과학기술원 :기계공학과,
Publisher
한국과학기술원
Issue Date
2017
Identifier
325007
Language
kor
Description

학위논문(석사) - 한국과학기술원 : 기계공학과, 2017.2,[viii, 86 p. :]

Keywords

디젤엔진; 냉시동온도; 냉시동성; 세탄가; 점도; Diesel Engine; Cold-Start temperature; Cold Startability; Cetane Number; Viscosity

URI
http://hdl.handle.net/10203/242846
Link
http://library.kaist.ac.kr/search/detail/view.do?bibCtrlNo=675111&flag=dissertation
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ME-Theses_Master(석사논문)
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