급속압축팽창장치를 이용한 가솔린-바이오디젤 혼합연료의 자발점화 특성에 관한 연구

Abstract

화석 연료를 사용하는 내연기관은 석유 자원의 고갈과 함께 연소 생성물로 인한 지구온난화 및 대기 환경오염이라는 2개의 문제를 야기한다. 따라서 연구자들에게 있어 연비를 높이면서 유해한 배기 가스를 줄이는 것은 중요한 관심사였다. 그 중 가솔린 압축 착화(Gasoline Compression Ignition) 방식은 높은 효율을 가지면서 배기가스 배출을 줄일 수 있다. 그러나 가솔린의 높은 옥탄가로 인한 자발점화 내성 특성 때문에, 저부하 운전에서의 낮은 흡기 온도에서는 연소가 제대로 이루어지지 않는 문제가 있다. 본 연구에서는 가솔린 바이오 디젤 혼합 연료를 사용하여 낮은 흡기 온도에서의 GCI 방식의 문제를 개선하고 급속압축팽창장치(RCEM)을 이용해 가솔린 바이오 디젤 혼합 연료의 자발 점화(autoignition) 특성을 분석하였다. 가솔린 바이오디젤 혼합연료는 가솔린 부피 대비 바이오디젤을 20% 혼합해 사용하였으며, 연료 분사 시기 및 압축비(Compression ratio, CR)에 따른 자발 점화 특성을 분석하였다. 첫 번째, 분사시기에 따른 가솔린 바이오디젤 혼합연료의 자발점화 특성을 알아보았으며 압축비는 12로 고정한 후 분사시기를 -49° CA ATDC(After Top Dead Center)부터 지각시키며 실험하였다. -10° CA ATDC 까지는 분사시기를 지각시킬수록 혼합연료의 자발점화 시간이 짧아졌으며 IMEP(Indicated Mean Effective Pressure)가 증가하였으나 상사점(Top Dead Center, TDC)근처에서 분사하는 경우 자발점화 시간 및 IMEP의 변화는 미비하였다. 두 번째, 압축비에 따른 가솔린 바이오디젤 혼합연료의 자발점화 특성을 알아보기 위하여 압축비는 10, 14, 16에서 실험하였으며 이 때 분사 시기는 -33° CA ATDC, -20° CA ATDC, -10° CA ATDC, -0° CA ATDC로 고정하였다. 모든 압축비 조건에서 분사시기를 지각시킬수록 자발점화 시간은 짧아지는 경향을 보였으나 IMEP를 계산할 경우 CR10과 CR16에서는 특정 분사시기에서만 높은 IMEP를 얻었으며 압축비 12와 14에서 -20° CA ATDC 에서 -10° CA ATDC의 가장 넓은 크랭크각도 범위에서 가장 좋은 IMEP 결과를 얻었다.