Abstract
Biogas obtained from the biodegradable organic wastes in an anaerobic digester consists of $CH_4$ and inert gases such as $CO_2$ and $N_2$. Since the composition of biogas varies by anaerobic digester conditions and the origin of wastes, it is necessary to respond to these variations so as to make stable combustion and accomplish high efficiency when it is used as a fuel for power generating SI engines. In this study, efforts have been made to investigate the effect of changes in the calorific values of biogas on the engine performance and exhaust characteristics. The biogas was simulated by supplying of $CH_4$ with $N_2$ dilution of various ratios, and ECM was developed to achieve accurate control of ignition and combustion. The results show that as the $CH_4$ concentration of the biogas decreases, the optimal spark timing is advanced due to the elevated thermal capacity and lowered $O_2$ concentration of the in-cylinder charge. Furthermore, since combustion temperature was reduced by increased inert gas, $NO_x$ emissions decreased, whereas THC emissions increased.
바이오가스는 Biomass, 유기성 폐기물 등의 혐기소화 공정을 통해 얻을 수 있는 대표적인 신재생연료로 저발열량에도 불구하고 탄소중립적인 특성이 있기 때문에 이를 엔진에 적용하여 에너지를 생산하고자 하는 노력이 계속되어왔다. 바이오가스는 원료의 종류 및 혐기소화 공정 조건에 따라 그 연료 조성이 달라질 수 있는데, 이러한 조성 변화는 엔진 성능에 큰 영향을 미칠 수 있기 때문에 이에 대한 연구가 필요한 실정이다. 따라서 이번 연구에서는 다양한 발열량을 갖는 바이오가스를 연료 내 불활성가스 비율을 변화시켜 모사하고 이를 이용하여 바이오가스 내 불활성가스 비율의 변화, 즉 발열량의 변화가 엔진 성능 및 배기 특성에 주는 영향을 파악하였다. 실험결과로 각 불활성가스 함량에 따른 최적 점화시기를 결정하였으며, 발열량 변화가 엔진 출력, 효율, 배기 성능에 미치는 영향을 제시하였다.
