• 한국분무공학회지
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• 제21권2호
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• pp.95-103
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• 2016

The effect of pilot injection quantity on the combustion and emissions characteristics of a compression ignition engine with a biodiesel-compressed natural gas (CNG) dual fuel combustion (DFC) system is studied in this work. Biodiesel is used as a pilot injection fuel to ignite the main fuel, CNG of DFC. The pilot injection quantity is controlled to investigate the characteristics of combustion and exhaust emissions in a single cylinder diesel engine. The injection pressure and injection timing of pilot fuel are maintained at approximately 120 MPa and BTDC 17 crank angle, respectively. Results show that the indicated mean effective pressure (IMEP) of biodiesel-CNG DFC mode is similar to that of diesel-CNG DFC mode at all load conditions. Combustion stability of biodiesel-CNG DFC mode decreased with increase of engine load, but no notable trend of cycle-to-cycle variations with increase of pilot injection quantity is discovered. The combustion of biodiesel-CNG begins at a retarded crank angle compared to that of diesel-CNG at low load, but it is advanced at high loads. Smoke and NOx of biodiesel-CNG are simultaneously increased with the increase of pilot fuel quantity. Compared to the diesel-CNG DFC, however, smoke and NOx emissions are slightly reduced over all operating conditions. Biodiesel-CNG DFC yields higher $CO_2$ emissions compared to diesel-CNG DFC over all engine conditions. CO and HC emissions for biodiesel-CNG DFC is decreased with the increase of pilot injection quantity.

• 한국자동차공학회논문집
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• 제19권6호
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• pp.17-22
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• 2011

This study is to investigate the effect of the cetane number in ultra low sulfur diesel fuel on combustion characteristics and exhaust emissions at 1500 rpm and 2.6bar BMEP in low-temperature diesel combustion with 1.9L common rail direct injection diesel engine. Low-temperature diesel combustion was achieved by adopting external high EGR rate with the strategic injection control without modification of engine components. Test fuels are ultra low sulfur diesel fuel (sulfur less than 12 ppm) with two cetane numbers (CN), i.e., CN30 and CN55. For the CN30 fuel, as a start of injection (SOI) timing is retarded, the duration of an ignition delay was decreased while still longer than $20^{\circ}CA$ for all the SOI timings. In the meanwhile, the CN55 fuel showed that an ignition delay was monotonically extended as an SOI timing is retarded but much shorter than that of the CN30 fuel. The duration of combustion for both fuels was increased as an SOI timing is retarded. For the SOI timing for the minimum BSFC, the CN30 produced nearly zero PM much less than the CN55, while keeping the level of NOx and the fuel consumption similar to the CN55 fuel. However, the CN30 produced more THC and CO than the CN55 fuel, which may come from the longer ignition delay of CN30 to make fuel and air over-mixed.

• 동력기계공학회지
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• 제15권5호
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• pp.10-15
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• 2011

This paper describes the engine performance and combustion characteristics of a CRDI diesel engine, operated by electronically controlled diesel fuel injector with variable injection timing. This experiment focused on fuel injection timing and pressure about combustion characteristics of CRDI diesel engine. EGR was excepted because it would be furtherly analyzed with additional experiments. The experiment was conducted under the circumstance of engine torque for 4, 8, 12 and 16 kgf-m and fuel injection timing for $15^{\circ}$, $10^{\circ}$ and $5^{\circ}$ BTDC, at the engine speed of 1100, 1400, 1700 and 2000 rpm. Fuel injection was controlled to retard or advance initiation of the injection event by electronically controlled fuel injection unit injector on the personal computer. When fuel was injected into the cylinders of a CRDI diesel engine it would go through ignition delay before starting of combustion. Therefore, fuel injection timing of CRDI diesel engine had a significant effect upon performance and combustion characteristics. Depending on the injection timing the fuel consumption rate following the rotational speed and torque was 3~78 g/psh (1.7~30.6%). The range of fuel injection timing that resulted in low fuel consumption overall was BTDC 15-10 degrees.

• 공업화학전망
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• 제22권5호
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• pp.25-40
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• 2019

전 세계적으로 환경문제를 해결하기 위한 방안으로 환경규제를 강화시키며 특히 다양한 대기오염 물질 중 최근 큰 이슈인 초미세먼지 저감을 위해 전구물질로 알려진 질소산화물을 제어하기 위한 다양한 기술개발이 가속화되고 있다. 특히, 다양한 처리기술 중에 기술적·경제적인 이점을 갖춘 선택적 촉매환원법(selective catalytic reduction, SCR) 기술을 통하여 질소산화물 제거를 위해 암모니아를 환원제로 반응에 참여시켜 인체에 무해한 H₂O, N₂로 전환하는 기술이 대표적이다. 최근 전 세계적으로 다양한 산업군에서 질소산화물이 배출되고 있으며, 점오염원뿐만이 아니라 비점오염원(mobile sources)에 대한 규제가 강화되고 있다. 디젤엔진이 장착된 선박 배가스 처리장치 내 SCR 기술이 주목을 받고 있으며, NH₃-SCR에 사용되는 촉매는 주로 VO_x/TiO₂, VO_x/W/TiO₂ 촉매가 대표적이다. 한편 선박 디젤엔진에 사용되는 연료에 따라 연소배가스 특성이 다르다. 이러한 연료가 연소됨에 따라 SO₂, SO₃가 발생되고 환원제인 NH₃와 결합하여 황산암모늄염((NH₄)₂SO₄), ABS (ammonium bisulfate, NH₄HSO₄)과 같은 염을 형성시켜 탈질촉매의 비활성화 문제가 발생된다. 이러한 비활성화 물질이 침적된 탈질촉매를 재활성화 시키기 위하여 열 산화를 통해 재생시키고 있다. 이처럼 선박용 SCR 촉매는 강화되는 배출규제 및 엔진기술의 발달로 저감되는 운전 온도에 대비하여 저온 활성 재생이 가능한 고활성, 고내구성 촉매기술 개발이 필요하다.

• 해양환경안전학회지
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• 제21권2호
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• pp.188-193
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• 2015

일반적으로 선박용 디젤엔진의 아산화질소($N_2O$)배출률은 이산화황($SO_2$)배출률과 밀접한 상관성을 갖고 있고, 선박에서 사용되는 연료의 다양성은 $N_2O$배출특성에 영향을 미친다고 받아들여져 왔다. 최근의 연구보고에 의하면 연료 연소에서 발생한 충분한 일산화질소(NO)가 존재할 경우, 배기의 $SO_2$배출률이 $N_2O$생성에 미치는 영향은 NO의 영향보다 막대하게 크다. 그러므로 $SO_2$성분으로부터 기인하는 $N_2O$생성은 NOx저감을 위한 배기가스 재순환(EGR) 시스템에서 중요한 인자로 작용한다. 본 실험적인 연구의 목적은 $SO_2$유량 증가를 갖는 디젤엔진의 흡기가 배기의 $N_2O$배출률에 미치는 영향에 대하여 조사하는 것이다. 실험에 사용된 테스트 엔진은 2600rpm에서 12kW의 출력을 갖는 4행정 직접분사식 디젤엔진이고, 운전조건은 75% 부하에서 실시되었다. 0.499%($m^3/m^3$)의 $SO_2$표준가스는 흡기의 $SO_2$농도를 변화시키기 위해 사용되었다. 결과적으로 황 성분을 포함하지 않는 연료는 $SO_2$를 배출시키지 않았고, 흡기 중에 $SO_2$표준가스의 증가에 따른 배기의 $SO_2$배출률은 $SO_2$흡입률과 비교하여 거의 같은 비율이었다. 또한, 흡기의 $SO_2$유량 상승은 $N_2O$배출률을 상승시켜 배기 중의 $N_2O$는 흡기의 $SO_2$혼합기에 의해 생성되었다. 결국 황 성분을 함유한 연료는 연소 중에 $SO_2$를 형성하고 배기 중의 $N_2O$는 연소실에 존재하는 NO와 $SO_2$의 반응에 의해 발생된다고 할 수 있다.

• 대한환경공학회지
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• 제27권4호
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• pp.394-401
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• 2005

저온 플라즈마 연료개질 장치를 개발하여 여러 운전인자가 그 성능에 미치는 영향을 조사하였고 생성된 수소농후 개질가스를 무부하(Idle) 상태의 디젤엔진에 연소용 공기와 같이 주입하여 NO와 매연 저감효율에 미치는 영향을 조사하였다 전력 소모량이 증가할수록 개질반응의 점화가 더욱 용이하였으나 $H_2$ 농도, $H_2$ 수율, 에너지 전환율과 같은 저온 플라즈마 연료개질 장치의 성능은 O/C 비에 의해서만 영향을 받았는데 그 이유는 평형 반응온도가 O/C 비에 의하여 결정되기 때문이다. 저온 플라즈마 연료개질 장치에서의 $H_2$ 수율과 에너지 전환율은 O/C 비가 증가함에 따라 O/C 비가 $1.2{\sim}1.5$에서 33.4%와 66%의 최고값을 통과하였다. $H_2$ 수율과 에너지 전환율이 O/C 비가 $1.2{\sim}1.5$ 이하인 범위에서 O/C 비가 증가함에 따라 증가하는 이유는 O/C 비가 높아짐에 따라 완전 산화반응이 충분히 일어나서 반응온도가 높아지기 때문으로 보인다. O/C비가 $1.2{\sim}1.5$ 이상인 범위에서 O/C 비가 증가함에 따라 $H_2$ 수율과 에너지 전환율이 감소하는 현상은 과잉산소 조건에서 완전산화반응이 더욱 촉진되어 $H_2$ 수율과 에너지 전환율이 감소하였기 때문으로 보인다. 무부하 상태의 디젤엔진에 개질가스를 주입시 개질된 디젤/총디젤 무게비가 $18.2{\sim}23.5%$까지 증가할 때 NO저감효율과 매연제거효율은 각각 68.8%와 55.5%까지 증가하였다.

• 한국응용과학기술학회지
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• 제32권2호
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• pp.348-361
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• 2015

오늘날 지구온난화를 줄이기 위한 노력으로 온실가스 저감 기술 개발에 대한 노력이 정부차원에서 이루어지고 있으며 그 일환으로 국내에서는 2006년부터 자동차용 경유에 바이오디젤이 혼입되고 있다. 비록 일부 품질 기준상의 개선사항이 남아 있고 대부분의 원료를 수입에 의존하고 있다는 점에서 제한요소가 있음에도 2013년 기준 년간 400kton를 생산하고 있으며 향후 신재생에너지 연료 혼합의무화 제도(RFS)가 시행되면 그 생산양은 더욱 증가할 것으로 예상되는바 원료 다변화를 통한 원료 불균형 해소와 이에 따른 적절한 연구 개발이 필요하다. 본 연구에서는 신규 바이오디젤 원료로 검토되고 있는 라우릭산 메틸에스터($C_{12:0}$ FAME) 중심의 팜핵유(PKO, Palm Kernel Oil)와 코코넛유 유래 바이오디젤을 대상으로 국내 품질기준 중 차량 연소계통과 저온성능에 문제를 일으킬 수 있는 글리세린 함량 분석과 관련하여 기존 시험방법(KS M 2412)의 적용 가능성을 조사하였다. 이를 바탕으로 기존 분석조건에서 발생되는 카프릭산 메틸에스터($C_{10:0}$ FAME)와의 피크겹침, 총글리세린 도출관련 계산평형상수 등에 대한 개선 사항을 도출하고 보다 다양한 원료를 이용한 바이오디젤 내 글리세린 분석 가능한 시험방법 개발 가능성을 검토하였다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제38권9호
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• pp.1045-1050
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• 2014

아산화질소($N_2O$, Nitrous Oxide)는 이산화탄소($CO_2$, Carbon Oxide), 메탄($CH_4$, Metane)이어 세 번째로 지구온난화에 기여하는 물질로 알려져 있다. $N_2O$의 지구온난화 계수는 대기 중에서 안정하고, 성층권에서 광분해 된 후 이차적인 오염의 원인이 되기 때문에 $CO_2$의 310배에 이른다. $N_2O$의 생성에 대한 조사는 보일러와 같은 연속적인 연소를 갖는 동력원에 대하여 몇몇의 연구자들에 의한 보고가 있었다. 하지만, 디젤엔진에 있어서 연료의 성분이 $N_2O$ 배출에 미치는 영향에 대한 조사는 실시되어지지 않은 상태이다. 그러므로 본 연구에서는 디젤엔진에서 연료 중에 질소와 황 농도에 의해 변화되는 $N_2O$ 배출율에 대하여 조사하였다. 실험에 사용한 엔진은 12kW/2400rpm의 4행정 직접분사식 디젤엔진이고, 실험엔진의 운전조건은 75% 부하에서 이루어졌다. 연료 중의 질소와 황 농도는 Pyridine, Indole, Quinoline, Pyrrol, Propionitrile, Di-tert-butyl-disulfide의 6 종류 첨가제를 사용하여 증가시켰다. 결과에 의하면, 질소성분 0.3% 이하를 갖는 디젤연료는 첨가제의 종류와 농도와 관계없이 $N_2O$ 배출률에 영향을 미치지 않았다. 하지만, 연료 중 황 첨가제의 증가는 배기가스 중의 $N_2O$ 농도를 증가시켰다.

• 한국응용과학기술학회지
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• 제31권2호
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• pp.320-328
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• 2014

국내 자동차용 경유에 혼합하여 유통 중인 바이오디젤은 물리적인 관점에서 기존 석유계 경유와 동점도, 밀도 등의 물성값이 유사하고 세탄가가 높은 장점이 있다. 또한 환경적인 측면에서는 기존의 석유유통 인프라 개조 및 변경없이 사용가능하다는 점과 함산소 연료로서 디젤기관에서의 연소성이 좋고 유해 배출가스 저감효과가 있으며 생분해성도 높아 환경오염이 적어 자동차용 경유 대체연료로 각광받고 있다. 그러나, 기존 식용계 작물을 원료로 하고 있다는 점에서 단점으로 지적되는 바이오디젤 대신 단위면적당 $CO_2$ 흡수율이 높고 빠른 성장 속도가 장점으로 거론되는 미세조류의 활용에 대한 연구가 대두되고 있다. 본 연구에서는 미세조류 중 Dunaliella tertiolecta 종을 이용하여 생산한 바이오디젤의 전환율을 연구하기위해 기존에 사용되고 있는 GC-FID분석방법의 문제점에 대해 조사하고 TOF-MS 장비를 통한 개별 지방산 메틸에스테르의 성분을 검토하였다.

• 한국자동차공학회논문집
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• 제21권4호
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• pp.83-88
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• 2013

Recently, PCCI (premixed charge compression ignition) combustion is studied to reduce both NOx and PM because of homogeneous mixture formation and lower combustion temperature. It has also merit of increasing thermal efficiency owing to better air-fuel mixure. However, it is well known that PCCI combustion has a weakness in fuel economy because PCCI combustion tends to start before TDC. Therefore, it is necessary to find an optimal conditions for PCCI combustion which maintains reduction of NOx, PM and increase of thermal efficiency. In this study, pPCCI combustion was realized by adding early injection strategy to a conventional diesel engine. In addition, the characteristics of pPCCI combustion was analized by comparing conventional diesel injection strategy. The results show that NOx and PM per power in pPCCI combution were reduced compared to a conventional diesel combustion.