• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제34권1호
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• pp.37-45
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• 2010

본 논문에서는 박용 디젤엔진에서 NOx와 Soot의 배출량을 동시에 줄이기 위해 파일럿 분사의 특성을 알아보기 위해서 수치해석을 수행하였다. 수치해석결과의 압력 선도는 실험 결과와 일치시켜 1.6% 범위의 적은 오차에서 예측함으로써 수치해석의 신뢰성을 검증하였고 총 분사량이 고정된 상태에서 분사시기, 분사휴지 기간, 분사율을 주요 파라미터로 적용하였다. 파일럿 분사시기의 변화는 연료의 자발화와 열발생률에 영향을 주는 것을 결과로부터 알 수 있었다. 결과로부터 분사휴지기간이 $10^{\circ}$CA, 분사율이 0.022kg/s인 경우에 실린더의 압력 손실이 없는 범위에서 NOx와 Soot를 동시에 저감하는 결과를 얻을 수 있었다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제21권7호
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• pp.692-698
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• 2020

본 논문은 커먼레일 단기통 디젤엔진에서 다단 파일럿 분할 분사 전략이 연소 및 배기가스 배출특성에 미치는 영향을 분석하는 데 초점을 두었다. 실린더 내부 최고 압력과 열발생률은 단일분사 조건에서 가장 높았으며, 파일럿 분사량이 균등하게 분할되어 분사 횟수가 증가할수록 감소하는 경향으로 나타났다. IMEP, 엔진 토크 및 연소 효율은 1단 파일럿 분사 조건에서 가장 낮게 나타나는 특성을 보였으나, 다단 파일럿 분할 분사 전략 적용 시 증가하는 경향으로 분석되었다. COV_IMEP는 연소 효율이 가장 낮은 1단 파일럿 분사 조건에서 가장 높았으며, 이는 연소 안정성이 낮다는 것을 의미한다. 배기가스 중 산소농도는 단일분사 조건에서 가장 낮았고, 이산화탄소는 가장 높게 배출되는 특성을 보였다. 다단 분할 분사 전략 적용 시 저온 연소과정이 진행되기 때문에 일산화탄소의 산화율은 낮아지게 되고 배출수준은 증가하는 특성을 보였다. 탄화수소는 국부적으로 농후한 혼합기가 형성되는 단일분사 조건에서 가장 높은 결과를 보였다. 질소산화물은 다단 파일럿 분할 분사 전략 중 3단 파일럿 분사 조건에서 55.6%까지 감소하는 특성을 보였다.

• 동력기계공학회지
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• 제15권3호
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• pp.5-11
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• 2011

디젤기관의 경우는 종래부터 직분식이 주류를 이루었고, 근래에는 분사압력의 고압화가 진행중이다. 분사압력의 고압화에 의해 연소효율의 향상 및 배출가스중의 입자상물질(PM:Particulate Matter)의 저감을 유도하고 있으나, 연소가스의 고온화로 인해 질소산화물(NOx:Nitrogen Oxides)은 증가한다. 따라서, 분사기간의 지연(Retard)이나 파일럿분사(Pilot injection)등의 혼합기제어에 의해 질소산화물의 저감을 꾀하고 있다. 이와 같이 디젤기관에 있어서도 혼합기 형성의 최적화에 의한 연소제어를 시도하는 수법이 중시되고 있고, 이를 위해서는 디젤분무 구조에 기초한 혼합기의 형성기구에 대한 규명이 매우 중요하다. 그러므로 본 연구에서는 보다 고도의 혼합기형성 제어를 위한 기초연구로서 고온 고압장에서의 증발디젤자유분무구조를 해석하였으며, 계측영역은 연료와 주위기체와의 혼합이 활발히 진행되는 분무의 하류영역으로 설정하고, 입자화상속도측정법(particle Image Velocimetry:PIV)을 이용한 분무의 유동해석을 기초로 증발 디젤분무의 구조 해석을 행하였다. 실험조건으로서 분사압력을 72MPa, 112MPa로 각각 변화시켰다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제18권4호
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• pp.711-717
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• 2017

디젤엔진은 저온 상태의 냉시동 조건에서 디젤 미립화 특성 악화로 인한 시동성 및 유해배출가스 생성의 문제를 안고 있다. 본 연구에서는 냉시동 시의 연소개선을 위한 방안으로 다단분사 전략 적용 시의 연소 특성을 파악하고자 하였다. 본 연구에서는 냉시동성 개선을 위해 방안으로 다단분사 적용 시의 연소 특성을 파악하고자 하였다. 정적 연소 챔버 내에 설치한 압력센서를 이용하여 취득한 연소압 및 열방출율, 직접 화염 가시화기법을 적용한 화염강도를 이용하여 연소현상을 분석하고자 하였다. 시험 결과 단일 분사 대비하여 다단 분사 적용 시, 주분사에 의한 최대 연소압력 및 열방출 상승률이 증가하며, 주분사에 의한 화염 감지 기간이 단축됨을 확인하였다. 파일럿 분사량 변경을 통해 분사량 증대 시 파일럿 연소에 의한 열방출 향상에 기인한 주분사에 의한 연소가 개선됨을 확인하였다. 또한 분사압력 증대 시 연료 미립화 개선으로 인한 연소개선을 화염 강도 증대를 통해 확인할 수 있었다. 다만 분사량 및 분사압 증대는 벽면적심현상으로 인한 HC, CO의 배출 수준 악화를 초래할 수 있으므로, 실제 엔진 개발 시 이에 대한 정밀한 선정이 필요할 것으로 판단된다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제20권10호
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• pp.33-39
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• 2019

대형 디젤 엔진에서 NOx, Smoke 등의 배기가스 저감과 연비를 개선하는 것은 주요한 개발 목표이다. 이 목표를 달성하기 위한 다양한 방식 중 연료를 분할하여 분사하는 다단 분사 전략은 주요하게 적용되고 있다. 본 연구에서는 다양한 조건의 다단분사 전략을 적용하여 배기가스, 연비 그리고 연소 소음 관점에서 최적의 성능을 확보할 수 있는 조건을 확인하여 개선정도를 확인하고자 하였다. 1단 파일럿 적용 시, 단일 분사 대비 NOx 저감이 가능한 영역이 있으나, Smoke가 악화되는 문제가 확인되었다. 2단 파일럿 적용 시, 최대 NOx와 Smoke를 각각 73%, 84%까지 저감할 수 있었다. 연소 소음은 최대 압력 상승률 분석을 통해, 또한 연료소비율은 도시 연료 소비율을 계산하여 단일 분사와 비교하여 개선수준을 평가하였다. 이를 통해 15%:15% 2단 파일럿 전략 적용 시, 단일 분사 대비 NOx 32.9%, Smoke 60.4%, 연비 1.95%, 연소소음 19.3%의 개선을 이룰 수 있음을 확인하였다. 향후, 본 연구 결과를 기반으로 운전 영역을 확장하여 각 조건에서의 최적 연료 분사 방식 도출을 통해 전체적인 성능개선을 구현하고자 한다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제17권3호
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• pp.270-275
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• 2016

본 연구에서는 디젤 연료 온도에 따른 실제 분사되는 연료량, 분사율 그리고 거시적 분무 발달 과정에 대한 특성을 파악하고자 하였다. 시험 결과 동일한 분사 시작 신호 및 분사 기간 신호를 입력하였음에도 불구하고, 연료 온도가 낮아짐에 따라 실제 연료 분사량이 감소하는 경향을 보였다. 분사율 측정 결과를 통해 연료 온도가 낮은 조건에서 실제 분사 시작 시점이 지연되며, 실제 분사가 유지되는 기간이 짧아지는 것을 확인하였으며, 이를 통해 실제 분사되는 연료량 저감에 대한 근거를 찾을 수 있었다. 거시적 분무 이미지 촬영 결과를 연료 온도 별 분무 도달 거리로 표현하여 비교 하였으며, 낮은 연료 온도 조건에서 분무 미립화 성능 악화로 인해 분무 도달 거리가 길어지는 것을 확인하였다. 저온 조건에서의 연소 개선을 위해 향후 시도할 선행 평가로서 피스톤 타켓팅 평가를 수행하였으며, 이른 시기에 분사되는 파일럿 연료가 크레비스 영역으로 유입되는 것을 확인하였으며, 이를 통해 파일럿 분사 방식 적용 시 연료량 분배 및 분사 시기 선정이 매우 중요한 인자가 됨을 파악하였다.

• 한국자동차공학회논문집
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• 제22권4호
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• pp.55-64
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• 2014

This work was investigated on pilot injection strategy of blended fuels(Diesel-DME) for combustion and emissions in a single cylinder direct injection compression ignition engine. Diesel and DME were blended by the method of weight ratio. Weight ratios for diesel and DME were 95:05 and 90:10 respectively. dSOI between main and pilot injection timing was varied. A total amount of injected fuels(single injection) was adjusted to obtain the fixed BMEP as 4.2 bar in order to compare with the fuel conditions. Also, the amount of pilot injection fuel was varied by 5%, 10% and 20% of total injection fuel. The engine was equipped with common rail and injection pressure is 700 bar at 1200 rpm. As a result, when mixing ratio increase, indicated thermal efficiency was increased in comparison with DD 100 and CO, THC and smoke were lower than DD 100. The influence of reducing NOx by pilot injection was more effective than DD 100. When pilot injection quantity increase, abrupt increase of NOx was occured at pilot injection quantity of 20%.

• 한국연소학회지
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• 제16권4호
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• pp.1-7
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• 2011

The purpose of this study was to analyze the effect of pilot injection strategy on the combustion and emissions characteristics in a four cylinder common-rail direct injection diesel engine fueled with biodiesel(soybean oil) blend. The tested fuel was mixed of 20% biodiesel and 80% ULSD(Ultra low sulfur diesel) by volume ratio. The experiments were performed under two load conditions, and results were compared with those of single injection. The experimental results showed that the ignition delay of BD20 was shorter than compared to that of ULSD in the case of low load condition. Also, the fuel consumption of BD20 was more higher than that of ULSD. Fuel consumption by applied pilot injection strategy were generally decreased compared with that of single injection. In the case of pilot injection, the exhaust emissions such as CO and HC emissions were decreased compared to the single injection.

• 한국자동차공학회논문집
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• 제20권3호
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• pp.141-147
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• 2012

A direct injection diesel engine with large amount of exhaust gas recirculation was used to investigate low temperature diesel combustion. Pilot injection strategy was adopted in low temperature diesel combustion to reduce high carbon monoxide and hydrocarbon emissions. Combustion characteristics and exhaust emissions of low temperature diesel combustion under different pilot injection timings, pilot injection quantities and injection pressures were analyzed. Retarding pilot injection timing, increasing pilot injection quantity and higher injection pressure advanced main combustion timing and increased peak heat release rate of main combustion. As a result of these strategies, carbon monoxide and hydrocarbon emissions were reduced. Soot emission was slightly increased with retarded pilot injection timing while the effect of pilot injection on nitrogen oxides emission was negligible under low combustion temperature condition. Spatial distribution of fuel from the spray targeting visualization was also investigated to provide more insight into the reason for the reduction in carbon monoxide and hydrocarbon emissions.

• 한국분무공학회지
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• 제15권4호
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• pp.195-201
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• 2010

Due to its carbon-neutral nature, biogas generated from anaerobic digestion or fermentation of biodegradable wastes is one of the important renewable energy sources to reduce global warming. It is mainly composed of methane and various inert gases such as $CO_2$ and $N_2$, and the actual composition of biogas significantly varies depending on the origin of anaerobic digestion process. Therefore, in order to effectively utilize this fuel as an energy source for electricity, it is important to develop power generation engines which can successfully apply biogas with significant composition variations. In this study, efforts have been made to develop a diesel-biogas duel fuel engine as a way to achieve such a stable power generation. The effects of diesel fuel injection quantity and pressure on stable combustion and engine performance were investigated, and an impact of diesel fuel atomization was discussed. The engine test results show that there exists a 2 stage combustion which consists of diesel pilot fuel burning and premixed biogas/air mixture burning in dual fuel engine operation and optimum diesel injection parameters were suggested for biogases with various compositions and heating values.