Abstract
In the international natural gas market, natural gas has markedly low calories. The domestic calories standard of natural gas was changed and the performance and efficiency of many industrial machines using natural gas were affected because of low caloric natural gas. Therefore, in this study, a dual fuel engine fueled with natural gas and diesel was tested to examine the effects of the CNG substitution rate on the combustion characteristics, such as thermal efficiency, COVimep and heat release rate. The CNG substitution rate was defined as the ratio of CNG instead of diesel, which was calculated as the total energy. The conditions of the tested engine were fixed $1800rpm/500N{\cdot}m$. In addition, diesel fuel was injected at $16^{\circ}CA$ BTDC and the fuel pressure was fixed at 85 MPa; the lower heating value of CNG was $10,400kcal/Nm^3$. The results of the engine test showed that the amount of diesel fuel was changed according to the CNG substitution rate. Therefore, when the substitution rate was increased, the amount of diesel fuel was decreased, which affected the energy for ignition. In addition, the ignition delay duration was increased, which affected the thermal efficiency and torque. On the other hand, the COVimep was less than 5% and a stable combustion state of the engine was shown.
전 세계적으로 천연가스 시장에서는 천연가스의 저열량화 추세로 뚜렷하게 변화되고 있다. 이러한 추세는 국내의 천연가스 열량기준에 변화를 가져왔으며, 낮은 열량의 천연가스 도입으로 인해 현재 사용되고 있는 가스기기의 성능에도 변화가 있을 것으로 예측된다. 따라서 본 연구에서는 혼소엔진의 연소특성을 파악하기 위해 CNG 혼소율 변화를 이용하여 열효율, 도시평균유효압력 변동계수 및 열방출 특성을 고찰하였다. CNG 혼소율은 투입되는 연료의 총합 대비 공급되는 천연가스연료의 에너지로 계산하여 천연가스연료가 디젤연료를 대체하는 비율로 정의하였다. 엔진 실험조건으로는 공급되는 천연가스의 발열량은 $10,400kcal/Nm^3$이며, $1800rpm/500N{\cdot}m$의 엔진 운전조건에서 디젤연료의 분사시기는 BTDC $16^{\circ}CA$, 분사압력은 85 MPa로 설정하여 엔진의 성능 및 연소 실험을 진행하였다. 엔진 실험결과로 CNG 혼소율이 변화함에 따라 공급되는 디젤 연료량 역시 변화하고, CNG 혼소율이 증가할수록 디젤 연료량이 감소함으로써 점화에너지가 줄어들어 점화지연기간이 길어지는 연소특성을 나타내며, 이로 인해 엔진의 열효율과 출력도 감소하는 경향을 보였다. 그러나 연소안정성은 5% 미만으로 안정적인 엔진의 연소상태를 보여 실험의 신뢰성을 확보할 수 있었다.
