고온 합성가스 공급을 통한 제어 자발화 연소특성 개선에 관한 연구

Abstract

제어 자발화에 대한 내부EGR의 영향이 단일 사이클 모사장치인 급속흡입압축팽창장이에서 평가되었다. 메탄을 연료로 사용하였으며, 연료-공기 혼합기와 혼합기를 연소시켜 생성한 모사잔류가스가 연소실로 스풀형 밸브를 통해 흡입과정에 공급되었다. 다양한 공급시기, 성층화, 공연비 조건의 잔류가스가 연료-공기 혼합기의 자발화에 미치는 영향을 연구하였다. 다점점화와 급속연소가 관찰되었으며제어 자발화를 구현할 수 있었다. 모사잔류가스의 공급시기는 모사잔류가스의 온도와 상관성이 있었으며 자발화 시기와 연소기간에 영향을 미쳤다. 연료-공기 혼합기와 모사잔류가스 사이의 성층화는 모사잔류가스의 온도를 국부적으로 높게 유지함으로써 연료-공기 혼합기의 자발화에 도움을 주었다. 성층혼합조건에서의 자발화 온도는 균일혼합 조건과 비교하여 100K 이상 낮아졌다. 상대적으로 희박한 혼합기는 자발화가 어려웠으며 높은 온도에서도 실화가 빈번히 발생하였다. 단기통 엔진에서는 흡배기 모두 가변밸브시스템과 2mm의 밸브 양정을 갖는 캠을 사용하여 연소변동성과 노킹강도에 의해 제어자발화 영역을 정의하였다. 고온의 합성가스가 연료개질장치를 통해 생성되었으며 연소실로 공급됨으로써 제어자발화의 연소특성을 개선하였다. $O_2/C$ 비율, 공연비, 합성가스 공급비율 등의 변수를 변화시키면서 제어자발화에 미치는 영향을 평가하였다. 가솔린-합성가스 혼소의 경우, 외부EGR 공급에 의해 전체EGR은 2~12\%증가 하였으며 자발화시기가 진각되고 연소시간은 짧아졌다. 연소소비율과 배출가스도 개선되었다. 합성가스 전소의 경우 가솔린 제어자발화와 비슷한 특성을 보였으나 저부하영역에서 운전영역이 확장되었으며 배출가스도 감소하였다. 연비는 가솔린 제어자발화와 비교하여 13.5\% 개선되었다.