(1) 디이젤기관용 대체연료로서 혼합유가 디이젤유의 연료에 대한 특성을 검토하였다. (2) 혼합유로서 디이젤기관을 운전할 경우 배기가스량은 디이젤유보다 평균 8% 정도 많음을 나타내었다. (3) 혼합유로서 디이젤기관을 운전할 경우 디이젤유에 비하여 연료소비량이 약 3% 정도 증가하였다. (4) 정미열효율에 있어서는 디이젤유와 혼합유는 거의 비슷한 상태를 나타내었다.
발전기용 원동기에는 증기 Turbine engine과 디이젤 Engine으로 분류한다. 일반적으로 발전기 Bearing의 윤활유는 구동용(驅動用) 원동기와 동일한 윤활유를 사용하고 있다. 또한 디이젤 발전기는 연료가 A중유로서 비교적 양질의 연료유를 사용하고 있다고 하더라도 고부하로서 연속운전되고 있기 때문에, 윤활조건이 가혹하게 되어지고 있다. 따라서 항상 사용유의 상태를 파악할 필요가 있다.
1982년 8월에 Toyota가 전자제어시스템을 갖춘 새로운 디이젤기관을 선보였다. 이 제어시스템 들은 연료의 분사량, 분사시간, 아이들링속도, 글로우 플러그(glow plug)전류 및 흡기량의 최적 제어를 할 수 있도록 하였다. 이로써 높은 기관성능, 즉 훌륭한 연료절약효과와 양호한 운전성 능에 기관의 소음이나 진동의 저감 등에 큰 이점들을 얻을 수 있게 된다.
연료의 가격이 높아지고 대체연료의 개발이 급속동로 진전되고 있는 오늘날 디이젤기관은 열효율 의향상과 장래연료에의 대응이 중요한 과제로 되어있다. 대체연료로서 유망시되고있는 석탄약화 연료, 알코호르 쉘오일(Shell Oil)등이 앞으로 싱용화되면 제업이나 플랜트의 규모에 따라서는 가격뿐만 아니라 그질에도 큰 차이가 있게되고 정도나 비중의 변화등으로 대표적인 세탄가의 저화가 예상되어서 현상 디이젤기관의 연소방식 그대로는 이에 대응 할 수 없게될 가능성이 높다. 이들에 대응하기의한 하나의 방법으로서 기관을 단열화함으로써 냉각손실을 저장시키고, 높아진 배기에너지를 축출력으로서 다시 회수하는 단열터어보 컴파운드엔진의 개념이 있다. 이 렇게 하면 열효율의 대표적인 개성과 아울러 단열화하여서, 연소실의 벽온이 높아지므로 저세 탄가 연료의 연소도 가능하게 된다. 단열기관의 착상은 1940년대 융커어스사의 2-사이클 수평 대향기관에 이미 일부 채용되었었고, 또 터어보 컴파운드에 의한 배열의 회수도 Lycoming사 R3350 엔진등에서 실용화되었던 예가 있다. 그러나 이들을 동시에 채용하여 대돌적인 연비저 강효과를 추구한 실제의 예로서는 근년 미국 육군의 위탁으로 Cummis사가 연구성과를 발효하고 있는것 뿐이다. 그리고 일본의 Komatsu사가 또한 독자적으로 단열터어보 컴파운드기관의 연 구를 하고 있다. 다음은 그 기관을 소개하고 또한 다종연료성등 단열엔진의 특성에 대하여 설명 한다.
본 연구에서는 저자들이 디이젤기관 제조업체에서 디이젤 기관의 성능개선을 효율적으로 수행하기 위하여 기업체 연구소에서 쉽게 적용할 수 있는 시뮬레이션 프로 그램을 개발하는 과정에서 수행된 것이며, 아울러 각 기관 회전수에서의 연료분사 관 내에서의 압력변화와 노즐 니이들 밸브 양정을 측정함으로써 수학적 시뮬레이션 결과 와 실제결과를 비교할 수 있게 하였다. 그 결과, 개발된 시뮬레이션 프로그램은 실 제 연료분사 과정을 충분히 잘 예측할 수 있었으며, 향후 이 프로그램을 이용하여 연 료분사계의 조정에 의한 디이젤기관 성능개선을 효율적으로 수행할 수 있을 것으로 기 대한다.
디이젤엔진의 대체연료(代替燃料)로서 대두유(大豆油)는 대두유(大豆油)의 높은 점성(粘性)에 기인(起因)하는 문제점이 지적되고 있다. 이외 해결방법으로 대두유(大豆油)와 디이젤유(油)의 혼합(混合), 대두유(大豆油)의 에스테르화(化) 그리고 디이젤유(油) 첨가제(添加劑)의 첨가(添加) 등이 제시되고 있다. 본(本) 연구(硏究)는, 대두유(大豆油), 그의 에틸 에스테르 그리고 이러한 대체연료(代替燃料)의 디이젤유(油)와 혼합물(混合物) 또는 그 혼합물(混合物)의 첨가제(添加劑)와의 혼합물(混合物)의 점성학적 성질(性質)과 그 크기를 실험적 방법(方法)으로 구하였다. 그 결과 상기의 액체는 모두 뉴톤니안 액체이고, 첨가제(添加劑)는 상기 혼합물(混合物)의 점성(粘性)을 낮추는데 별로 효과가 없는 것으로 판단되었다.
연료유(가솔린, 디이젤 연료, 천연가스)의 성능평가 방법으로서 기존 ASTM 표준엔진 시험방법에 많은 단점들이 지적되어 그동안 이를 대체할 수 있는 방법에 관하여 많은 연구가 진행되어 왔다. 본 고에서는 그동안 연구되어온 이들 사항들을 요약 정리하여 서로를 비교코저 하였다. 새로운 여러가지 평가방법들은 석유정제공정의 품질관리, 자동차 생산현장에서의 엔진시험, 연구, 자동차 배기가스 영향 등의 대기환경 연구 등에 필수적으로 사용될 수 있을 것으로 생각되며 해외에서는 최근 이들 방법들의 상업화된 기기의 개발과 시판 사용이 1990년대 접어들면서 급격히 증가하고 있는 실정이다. 이들 방법들은 기존의 ASTM 표준엔진 시험 방법의 여러 가지 난점을 극복키 위해 보다 신속, 정확하고 적은 시료의 양, 측정 가동의 편이성, 저렴한 운용 관리비, 많은 시료의 연속적인 측정 용이, 기존 시험엔진에 비해 저렴한 측정기기 가격 등 많은 장점을 보유하고 있다. 특히 자동차 관련 연구소의 엔진시험분야에서 배기가스에 미치는 연료 조성 및 물성의 영향과 동력학적 성질의 예측 등은 매우 중요하리라 생각된다. 그러므로 관련분야의 품질관리, 연구개발을 위해 본고의 내용이 도움이 되었으면 한다.
디이젤기관의 냉시동성이 가솔린기관에 비하여 떨어지는 것은 이미 우리가 알고 있는 사실이다. 근년에는 소형트럭, 승용차, 소형건설기계 등의 분야에 있어서도 고속디이젤기관을 널리 사용하게 되었고 앞으로 디이젤연료의 중질화 및 세탄가 저하의 영향 등을 고려할 경우 시동성의 확보는 더욱 중요한 문제로 된다. 시동성에 영향을 미치는 인자 혹은 시동성개선의 방책으로서는 분 무의 착화에 직접 관련되는 것 외에 축전지의 저온특성 혹은 기관의 마찰토오크 등 여러가지에 걸쳐 있으나 이들 중에서 특히 분무의 착화에 직접 관련되는 방책에 관해서는 그것이 시동성에 미치는 영향에만 그치는 것이 아니고 시동개시직후에 있어서 배출가스, 혹은 출력성능 등에 미 치는 영향에 대해서도 함께 고려를 하여야 할 경우가 있다. 본고에 있어서는 냉시동시의 분무의 착화에 대하여 직접 관련하거나 그것을 촉진시킨다고 생각되는 몇개의 인자와 구체적인 방책을 취급하므로써 그것들이 시동성 및 시동직후의 청백연 혹은 출력성능 등에 대하여 미치는 영향에 대해서 기술하며 아래에서 취급되는 시동시의 착화를 촉진하기 위한 실제적인 인자 및 방책은 어느 것이나 기본적으로는 하나의 개념에 집약된다. 즉 그것은 연표와 효소로부터 이루어지는 연소계에 있어서 착화조건을 갖추어야함을 말할 것도 없다.
전자식전발분사노즐로 급속압축장치 내에서 실현한 축대칭 자유분무.화염에 고속도 사진의 화상해석을 적용하여 다음과 같은 결론을 얻었다. 1. 고속도 사진의 화상해석에 의해 구한 디이젤분무의 축방향의 연료농도분포는 분무의 선단부를 제외하면 준정상이론에 의한 분포와 정성적으로 일치한다. 2. 화염중심축방향의 그을음 농도는 연과의 농도가 비교적 낮은 분무의 선단부에서 높은 농도를 나타내며, 그 농도는 거의 분사종료시에 최대로 되어, 그 후 시간경과에 따라 저하한다. 3. 양파모델을 축대칭 분무.화염에 적용하여 분무.화염내부의 반경방향의 그을음 농도와 연료농도분포를 비교해 보면 그을음 농도의 가장 높은 부분은 연료농도가 가장 높은 중심부보다 화염반경의 2/3의 위치에서 최대로 되었다
세탄가는 디이젤 연료의 점화 특성, 특히 점화 지연의 측정인 동시에 동력학적 현상의 엔진측정값이다. 이러한 동력학적인 행동인 연료의 점화특성과 그 분자구조 즉 탄소 유형별 구조적 조성 사이에는 관련이 있다. 분자구조를 세부적으로 평가하고 세탄가를 예측하는데는 Group Additivity Rule이 사용된다. 본 연구에서는 표준 세탄 평가 엔진으로 세탄가들이 측정된 디이젤 연료들에 대하여 분자구조 측정방법 중 하나인 $^{13}C-NMR$ 분광법과 Group Additivity Rule을 사용하여 세탄가를 연료의 탄소 유형별 구조적 조성과 관련시켜 예측하고 세탄가에 대한 이들 분자구조의 영향에 관하여 고찰하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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