• 한국분무공학회지
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• 제17권2호
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• pp.94-99
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• 2012

The characteristics of spray behavior and injected amount were studied with two types of nozzles for using in a compression ignition engine with dual fuel technology for construction machines. A penetration length of spray tends to shorten due to a decrease of injected amount of a diesel fuel with dual fuel engine application. In order to ignite the gaseous fuel premixed with air during intake process, a diesel fuel, which was compression ignited, needs to penetrate somehow similar depth compared with the case of a diesel fuel-only-injection. In this work, a nozzle with reduced hole diameter and increased number of holes was tested and demonstrated that, compared to diesel 100% case, its penetration lengths are comparable to 74% and 79%, respectively, of those of 100% and 50% supply of a diesel fuel with the baseline nozzle that has four holes and 30.4% increased diameter. This will presumably enhancement the combustion in a dual fuel engine. A design suggestion was also made in this work to achieve similar penetration length of spray with diesel 100% case to prevent combustion from being deteriorated in a dual fuel engine.

• 한국분무공학회지
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• 제24권1호
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• pp.35-42
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• 2019

Syngas is widely produced by incomplete combustion of coal, water vapor, and air (oxygen) in a high-temperature/high-pressure gasifier through a coal-gasification process for power generation. In this study, a simulation syngas which was mainly composed of $H_2$, CO, $CO_2$, and $N_2$ was fueled with diesel. A modified single cylinder compression ignition (CI) engine is equipped with intake port syngas supply system and mechanical diesel direct injection system for dual fuel combustion. Combustion and emission characteristics of the engine were investigated by applying various syngas composition ratios and compression ratios. Diesel fuel injection timing was optimized to increase indicated thermal efficiency (ITE) at the engine speed 1,800 rpm and part load net indicated mean effective pressure ($IMEP_{net}$) 2 to 5 bar. ITE of the engine increased with the $H_2$ concentration, compression ratio and engine load. With 45% of $H_2$ concentration, compression ratio 17.1 and $IMEP_{net}$ 5 bar, ITE of 41.5% was achieved, which is equivalent to that of only diesel fuel operation.

• 한국자동차공학회논문집
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• 제22권1호
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• pp.157-164
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• 2014

Dual fuel combustion strategy with di-methl ether (DME) and gasoline was tested in a compression ignition engine. Characteristics of combustion and emissions were analyzed with the variation of engine operating parameters such as fuel proportion, DME injection timing, intake oxygen concentration, DME injection pressure and so forth. Gasoline was injected into the intake manifold to form the homogeneous mixture with intake charge and DME was injected directly into the cylinder at the late compression stroke to ignite the homogeneous gasoline-air mixture. Dual fuel combustion strategy was advantageous in achievement of higher thermal efficiency and low NOx emission compared with DME single fuel combustion. Higher thermal efficiency was attributed to the lower heat tranfer loss from the decreased combustion temperature since the amount of lean premixed combustion was increased with the larger amount of gasoline proportion. Lower NOx emissions were also possible by lowering the combustion temperature.

• 대한기계학회논문집B
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• 제35권9호
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• pp.869-874
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• 2011

CNG/diesel dual-fuel 엔진은 CNG 를 주 연료로 사용하고 소량의 디젤을 착화제로서 실린더 내에 분사한다. 본 연구에서는 기존의 디젤엔진을 커먼레일직접분사(CRDI)를 통하여 고압으로 디젤을 분사하고, 예혼합을 위하여 CNG 를 흡기포트에 분사하는 CNG/diesel dual-fuel 엔진으로 개조하였다. CNG/diesel dualfuel engine 은 기존의 디젤엔진과 동등한 수준의 토크 및 출력성능을 나타내었다. 또한, CNG 대체율은 CNG/diesel dual-fuel 엔진의 전체 운전영역에 대하여 89% 이상을 만족시켰다. Dual-fuel 엔진의 PM 배출농도는 디젤엔진보다 94% 더 낮게 나타났지만, NOx 배출농도는 더 높게 나타났다.

• 한국가스학회지
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• 제24권6호
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• pp.1-10
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• 2020

반응성 조정 압축착화 (Reactivity Controlled Compression Ignition, RCCI) 연소는 착화원인 디젤 연료를 압축 행정 중 이른 시점에 미리 분사하여, 공기와 미리 섞여 들어온 천연가스 연료뿐만 아니라 디젤 연료 자체도 미리 연소 전에 공기와 혼합하여 착화를 이루는 전체 예혼합 혼소(Dual-fuel combustion) 방식의 일종이다. 따라서 기존의 혼소 방식 중에서도 RCCI 연소는 질소산화물(Nitrogen Oxides, NOx) 및 매연(Smoke)을 획기적으로 줄일 수 있고, 또한 높은 열효율을 유지할 수 있는 장점을 지니고 있다. 특히 연소 중 NOx의 발생은 연소 온도와 국부적인 당량비에 관계된 상황에서 당량비를 낮추기 위해 예혼합율을 높이는 시도뿐만 아니라, 연소 온도 감소를 위한 배기재순환(Exhuast Gas Recirculation, EGR)을 적용하는 것이 효과적이다. 그러나 배기재순환은 대개의 경우 터보차저의 압축기 전단에서 추출하는 HP-EGR(High Pressure-EGR) 방식을 적용하는 경우가 많으므로, EGR율을 높일 경우 터빈으로 공급되는 배기의 양이 줄어 배기 엔탈피 감소로 인해 과급이 줄어드는 악영향을 초래할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 서로 다른 두 운전조건에서 천연가스-디젤 RCCI 연소를 시행할 때, EGR율 변화에 따른 엔진 시스템의 제동 출력 및 열효율의 변화에 대하여 실험적으로 분석하였다. 실험 조건은 1,200 rpm/29 kW 수준의 조건과 1,800 rpm/90 kW 이하 조건에서 수행하였으며 NOx와 smoke의 배출조건은 Tier-4 final 배기규제를 기준으로 삼았으며 엔진의 내구성을 고려하여 최고 연소압력은 160 bar를 넘지 않게 제어하였다. 그 결과 1,200 rpm/29 kW 조건에서는 EGR율을 4에서 30 %로 높이더라도 출력 및 열효율의 변화는 미미하였으나, 1,800 rpm 조건에서는 EGR율을 4에서 28 %로 증가할 경우 최대 과급 압력이 2.3에서 1.8 bar로, 최고 출력은 90에서 65 kW로, 열효율은 37에서 33 %로 감소함을 알 수 있었다. 따라서 효과적인 EGR공급을 위해서는 현재 압축기 전단에서 추출하는 EGR을 후단에서 추출하는 LP-EGR (Low Pressure EGR) 시스템이 효과적일 수 있음을 시사한다.

• 한국가스학회지
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• 제26권3호
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• pp.45-53
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• 2022

디젤엔진의 배출물 개선을 위해 탄소수가 낮은 천연가스를 혼합하여 사용하는 천연가스-디젤 혼소 연소가 각광받고 있다. 특히 자발화 특성에 차이가 있는 디젤과 천연가스의 특성을 이용한 반응성 제어 압축착화(reactivity controlled compression ignition, RCCI) 연소 전략을 통해 기존 디젤엔진의 효율과 배출가스를 동시에 개선시키는 연구가 활발하게 진행되어 왔다. 상사점보다 앞당겨진 디젤 직접 분사시기 적용을 통해 실린더 전체 영역의 균일 혼합기를 형성하여 전체적으로 희박한 자발화 기반 연소를 달성함으로써 질소산화물 (NOx) 및 입자상물질 (PM) 저감과 제동열효율 개선을 동시에 달성할 수 있다. 하지만 매우 희박한 저부하 영역에서 불완전 연소량이 증가하는 단점이 존재하며, 안정적인 연소 구현을 위해 디젤 분사시기가 민감하게 제어되어야 하는 어려움도 존재한다. 본 연구에서는 앞서 언급된 저부하 영역에서의 천연가스-디젤 혼소 엔진의 효율 및 배기 개선을 확인하고, 동시에 발전용 엔진 구동 영역에서 디젤 분사시기에 따른 연소안정성을 평가하였다. 실험에는 6 L급 상용디젤 엔진이 사용되었으며, 1,800 rpm, 50% 부하 영역 (~50 kW)에서 실험이 진행되었다. 제동효율 및 연소안정성을 개선하기 위한 전략으로 분무 패턴이 다른 2개의 인젝터를 적용하였으며, 천연가스/디젤 비율과 디젤 분사시기를 바꿔가면서 실험이 진행되었다. 실험 결과, 협각 분사가 추가된 수정 인젝터에서 제동 열효율이 증가하는 것을 확인하였다. 또한 연소안정성 및 출력, 그리고 강화된 배기 규제를 고려하였을 때 수정 인젝터의 분무 패턴이 예혼합연소 형성에 적합하였고 이를 통해 질소산화물 배출량을 Tier-V 기준치인 0.4 g/kWh 이하로 저감함으로써 RCCI 연소 가능 영역을 확장할 수 있음을 실험적으로 확인하였다.