• 대한기계학회논문집B
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• 제34권11호
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• pp.1005-1013
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• 2010

본 연구는 HCCI 엔진의 운전조건을 고려한 혼합연료의 감압비등 분무제어방법을 평가하기 위하여 수행하였다. 2상영역이 존재하는 혼합연료는 고비점성분의 증발촉진과 함께 연료분무의 급격한 증발을 유도할 수 있는 감압비등분무를 이용함으로써 저온 및 저밀도장에서 혼합기형성과정의 제어가 가능하다. HCCI 엔진은 이러한 분위기조건에서 연료를 조기분사하기 때문에 착화성이 높은 경유와 휘발성이 높은 가솔린성분으로 함유한 혼합연료의 감압비등현상을 이용함으로써 액체연료의 분열, 미립화와 같은 물리적 제어 및 착화연소에 의한 화학적 제어를 실현할 수 있다. 본 연구는 혼합연료의 성분과 몰분율을 주요변수로 설정하여 정적용기 내에 분사된 연료분무의 감압비등현상을 슐리렌 화상 및 Mie 산란광을 촬영한 후, 화상처리과정을 통하여 이루어졌다. 그 결과로 감압비등현상은 비교적 저온 및 저밀도장에서 분무구조가 크게 변화함을 알 수 있었으며, 조기 연료분사시기에서 감압비등분무를 이용한 혼합기형성을 제어함으로써 HCCI 연소에 적용이 가능할 것으로 분석하였다.

• 한국응용과학기술학회지
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• 제34권4호
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• pp.874-882
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• 2017

국내 외에서 대기오염에 대한 관심이 점점 증가함에 따라 자동차 및 연료관련 분야의 연구자들은 새로운 엔진설계, 향상된 후처리장치, 청정연료 그리고 연료품질향상을 통해 자동차의 배출가스 감소를 위하여 지속적으로 노력해 왔다. 따라서, 본 연구에서는 자동차의 증발가스와 성능, 환경성에 대해 살펴보고자 하였으며, 연료의 옥탄가 향상제로 쓰이는 바이오 에탄올, 바이오 부탄올, 바이오 ETBE (Ethyl Tertia ry Butyl Ether), MTBE (Methyl Tertiary Butyl Ether)가 환경에 미치는 문제점에 대해 살펴보고자 하였다. 주로 휘발유의 옥탄가 향상제로 쓰이는 바이오 에탄올, 바이오 부탄올, 바이오 ETBE, MTBE가 휘발유 연료 특성 중 증발가스에 미치는 영향에 대해 살펴보았으며, 바이오 연료 특성에 대한 가솔린 자동차의 가속 및 동력 성능을 살펴보았다. 실험결과 증발가스는 최대 1.04g/test로 모든 시험 연료가 국내 배출가스 기준에 부합함을 알 수 있었으며, 원료에 대한 증기압 측정 결과 바이오에탄올 15kPa, 바이오 부탄올 1.6k Pa로 E3급 연료 제조 시 바이오 부탄올 함유량을 늘리면 증기압과 증발가스 또한 낮게 나타났다. 또한, 바이오 연료의 종류에 따라 유사한 가속 및 동력 성능을 나타내었으며, 바이오 부탄올과 바이오 에탄올 비교시 가속 성능이 약 3.9%, 출력은 0.8% 개선되었다.

• 한국응용과학기술학회지
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• 제35권4호
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• pp.1108-1119
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• 2018

대기오염에 대한 관심은 국내 외에서 점진적으로 상승하고 있으며, 자동차 및 연료 연구자들은 청정(친환경 대체연료) 연료와 연료품질 향상 등을 위해 새로운 엔진 설계, 혁신적인 후 처리 시스템 등의 많은 접근을 통하여 차량 배출가스와 온실가스를 감소시키려고 노력하고 있다. 이러한 연구들은 주로 차량의 배출가스 (규제 및 미규제물질, PM 입자 배출 등)와 온실가스의 두 가지 이슈로 진행되고 있다. 자동차의 배출가스는 환경오염과 인체에 악영향을 주는 많은 문제를 일으키고 있다. 이러한 배출가스를 줄이기 위하여 각국에서는 배출가스 시험모드를 새로 만들어 규제하고 있다. 2007 년부터 UN ECE의 WP.29 포럼에서 배출가스 인증을 위한 전 세계의 조화된 light-duty 차량 시험 절차 (WLTP)가 개발되었다. 이 시험 절차는 유럽과 동시에 국내 light-duty 디젤 차량에도 적용되어졌다. Light-duty 차량의 대기오염 물질 배출량은 거리 당 무게로 규제되어 있어 주행주기가 결과에 영향을 미칠 수 있다. 차량의 배출가스는 주행 및 환경조건, 주행습관 등에 따라 크게 달라진다. 극단적인 외기온도는 배출가스를 증가시키는데, 이것은 더 많은 연료가 실내를 가열하거나 냉각해야하기 때문이다. 또한 높은 주행속도는 증가된 항력을 극복하기 위해 필요한 에너지로 인해 배출가스 량을 증가시킨다. 일반적으로 상승하는 차량속도와 비교할 때, 급격한 차량가속도도 배출가스를 증가시킨다. 부가적인 장치 (에어컨 또는 히터)와 도로경사 또한 배출가스를 증가시킨다. 본 연구에서는 3대의 light-duty 차량을 가지고 light-duty 차량의 배출가스 규제에 사용되는 WLTP, NEDC 및 FTP-75로 시험을 하였으며, 배출가스가 다른 주행 사이클에 의해 얼마나 많은 영향을 받을 수 있는지를 측정하였다. 배출 가스는 통계적으로 의미있는 차이를 보이지 않았다. 최대 배출 가스는 주로 냉각 된 엔진 조건에 의해 야기되는 WLTP의 저속 단계에서 발견된다. 냉각 된 엔진 상태에서 배출가스의 양은 시험 차량과 크게 다르다. 이는 WLTP 구동 사이클에 대처하기 위해 다른 기술적 솔루션이 필요하다는 것을 의미한다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제19권7호
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• pp.9-15
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• 2018

본 연구에서는 터보과급기의 성능을 저해하는 주요 인자 중 하나인 마찰손실에 대한 연구를 수행하였다. 실제 엔진에서 빈번하게 사용되는 저속 구간에서의 승용차용 터보과급기의 마찰손실 측정 장치를 개발하고, 저속 영역에서 작동하는 터보과급기의 마찰손실을 측정하였다. 플로팅 타입의 승용차용 터보과급기 저널 베어링를 실험 대상으로 선정하였으며, 마찰손실 측정 장치는 구동 모터, 오일 공급 시스템, 마그네틱 커플링으로 구성하였다. 실제 차량의 저속 운전 상황을 모사할 수 있도록 설계, 제작되었고, 터보과급기 회전속도, 오일 온도 및 압력을 실험 변수로 선정하였다. 또한, 마찰손실 측정 장치는 로드 셀을 사용하여 발생하는 마찰 토크를 직접 측정하여 마찰손실을 산출하였으며, 커플링을 통해 구동 모터의 동력을 터보과급기 축에 전달하고, 오일 온도 및 압력을 조절하였다. 오일 압력 3bar와 4bar로 오일을 공급하는 상태에서 오일 온도를 $50^{\circ}C$에서 $100^{\circ}C$까지 $10^{\circ}C$ 간격으로 변화시키면서 터보과급기를 회전수 30,000~90,000rpm으로 작동시켰다. 터보과급기 회전속도 증가할 때 마찰손실은 증가하였으며, 과급기 회전속도의 1.6 승에 비례함을 보였다. 오일 온도가 증가함에 따라 마찰손실은 감소하였으며, 오일 압력이 증가함에 따라 마찰손실은 증가하였다. 따라서 적절한 오일 온도와 압력을 유지하는 것이 필요하다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제18권1호
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• pp.585-591
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• 2017

본 연구에서는 터보과급기의 성능을 저해하는 주요 인자 중 하나인 마찰손실에 대한 연구를 수행하였다. 실제 엔진에서 빈번하게 사용되는 저속 구간에서의 승용차용 터보과급기의 마찰손실 측정 장치를 개발하고, 30,000~90,000rpm의 저속 영역에서 작동하는 터보과급기의 마찰손실을 측정하였다. 플로팅 베어링 타입의 승용차용 터보과급기를 실험 대상으로 선정하였으며, 마찰손실 측정 장치는 구동 모터, 오일 공급 시스템, 커플링으로 구성되었다. 실제 차량의 저속 운전 상황을 모사할 수 있도록 설계, 제작되었고, 회전속도, 오일 온도 및 압력을 실험 변수로 선정하였다. 또한, 마찰손실 측정 장치는 로드셀을 사용하여 발생하는 마찰 토크를 직접 측정하여 마찰손실을 산출하였으며, 마그네틱 커플링을 통해 구동 모터의 동력을 터보과급기 축에 전달하고, 오일 공급 시스템을 오일 온도 및 압력을 조절하였다. 온도 $60^{\circ}C$와 $90^{\circ}C$, 압력 4bar의 오일을 공급하는 상태에서 터보과급기가 회전수 30,000~90,000rpm으로 작동할 때 터보과급기 회전속도 증가할 때 마찰손실은 증가하며, 대략적으로 과급기 회전속도의 1.4~1.8 지수승에 비례함을 보이고 있다. 또한 오일온도가 $60^{\circ}C$에서 $90^{\circ}C$로 증가할 때 마찰손실은 최소 41%, 최대 63% 감소하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제20권12호
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• pp.723-729
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• 2019

터보과급기는 엔진에 장착하여 연비를 개선하는 효과적인 장치로 디젤엔진과 가솔린엔진 모두에서 광범위하게 사용되고 있다. 본 연구에서는 승용차용 가솔린엔진에 사용되는 트윈스크롤 터보과급기에서 발생하는 맥동유동의 질량유량을 측정하였다. 자체 설계 제작한 맥동유동장치를 사용하여 맥동이 있는 비정상상태에서 유동의 질량유량을 측정하였고, 맥동이 없는 정상상태의 질량유량과 비교 분석하였다. 맥동유동장치는 회전하는 상판과 고정된 하판을 사용하여 변하는 엔진의 배기밸브 유효면적을 반영하였다. 맥동이 있는 비정상상태 질량유량을 측정하기 위하여 차압식 압력계를이용한 오리피스 유량계를 사용하였다. 이때 기체의 온도와 절대압력을 측정하여 기체 밀도 변화를 고려하였다. 터보과급기의 저속 성능을 분석하기 위하여 압축공기를 사용하여 터보과급기 회전속도 60,000rpm에서 100,000rpm의 범위에서 측정을 수행하였다. 비정상상태의 질량유량은 정상상태와 비교하여 크게 다른 결과를 보였다. 정상상태 질량유량 계수는 터빈 팽창비가 증가함에서 따라 증가하지만, 비정상상태 질량유량 계수는 정상상태 값 주변의 히스테리시스 루프를 형성하며 변화량은 정상유동 기준 최대 5.0배이다. 이것은 맥동유동에 의하여 터빈 볼류트 공간에서 충진과 방출이 일어나기 때문이다.

• 에너지공학
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• 제25권3호
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• pp.41-50
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• 2016

본 연구에서는 옥탄가에 따른 연소특성 및 차량 성능에 미치는 영향을 살펴보기 위하여 옥탄가 차이가 있는 두 연료를 선정하여 연소특성 및 배출가스, 연비, 가속성 실험을 수행하였다. 우선, 연소특성 실험을 위해 단기통 엔진을 사용하였으며, 시중에 유통되는 연료 중 옥탄가가 다른 두 연료를 선정하여 수행하였다. 단기통 실험은 각 연료에 맞는 점화시기 및 공연비제어를 통해 점화시기를 점차 진각 시켰을 때 나타나는 연소 특성을 살펴보았으며, 그에 따른 출력 및 배출가스, 연소압력 등을 통해 옥탄가에 의한 연소 상관성을 살펴보았다. 또한, 실제 차량을 통해 옥탄가 차이에 대한 연비 변화를 비교해 보았으며, 가속성 시험을 통해 고성능 요구 구간에 대한 옥탄가의 영향성을 살펴보았다. 그 결과 점화시기를 진각시킴에 따라 높은 옥탄가의 연료가 다소 안정된 연소특성을 보여주었으며, 가속성, 출력시험에서는 약간의 증가를 보였다. 그러나 두 연료 모두 도심 및 고속도로를 모사한 현행 연비모드에서 큰 차이를 보이지 않음에 따라 현재 판매되고 있는 차량의 운행 조건에서는 고옥탄가 연료가 연비에 미치는 영향은 미미한 것으로 나타났다.

• 에너지공학
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• 제17권4호
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• pp.182-188
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• 2008

본 연구에서는 탄소 균형 및 1차식에 의한 공연비 산정방법을 대체연료에 적용하여 그 결과를 비교하였다. 이전의 연구에서는 Eltinge 차트의 확장, 미연탄화수소의 보상 및 다양한 방법으로부터 계산한 결과를 비교하였다. 또한 Eltinge 방법은 현재 공연비를 산정하는 방법 중 가장 일반적인 식이라는 것을 확인하였다. 그러나 최근 지구온난화 방지를 포함하여 환경 보호와 에너지보존에 대한 요구가 증가하면서 내연기관에 대체연료를 사용이 도입되기 시작하면서 이러한 대체연료들에 대한 공연비의 정확한 산정이 필요하게 되었다. 특히, 산소를 포함하는 연료에서는 Eltigne방법을 제외하고 모든 공연비 산정법들이 다시 유도되어야한다. 이 연구에서는 이미 그 정확성이 확인된 탄소균형식을 이용하여 대체연료의 공연비를 산정하기 위해 다시 유도하였고, 각 대체 연료에 실제로 적용이 가능한 1차식을 새로이 제시하였다. 평가 결과, 탄소균형식으로 계산한 공연비는 가솔린 연료와 비교하여 다소 오차가 증가하였지만, 그 정확도는 다양한 대체 연료들에 적용하기에 충분하다는 결론을 얻었다. 또한, 제시된 1차식은 $\lambda=1.2$이하에서는 그 정확도가 매우 높았다.

• 한국대기환경학회지
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• 제24권1호
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• pp.72-82
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• 2008

Benzene is a very harmful and toxic compound known as human carcinogen by all routes of exposure. Owing to the risky feature of benzene, several countries such as Japan, UK and EU have established the ambient air quality standard and protect from that risk of it. Korea also has designated it as one of the criteria air pollutants and established the concentration limit ($5\;{\mu}g/m^3$) in the air and is going to apply the standard from 2010. Benzene is emitted from various sources such as combustion plants, production processes, waste treatment facilities and also automobiles. Mobile source is known as one of the major emission sources of benzene. In this study, we estimated the domestic emissions of benzene from mobile source and compared the results with those of advanced countries. Mobile source was divided into 2 categories, Le., on-road source and non-road source. The total emissions of benzene from mobile source were estimated as 3,106 tons/yr and 1,612 tons/yr was emitted from on-road source and 1,494 tons/yr was from non-road source. Emission ratio of benzene from on-road source showed that 80.0% was from passenger cars, 10.1% was from taxis, 7.2% was from light-duty vehicles, 2.5% was from heavy-duty vehicles and 0.2% was from buses. In the case of non-road source, the distribution showed that 66.3% was from construction machineries, 14.5% was from locomotives, 11.7% was from ships, 7.1% was from agriculture equipments and 0.5% was from aircrafts. The cold-start emissions were estimated as 942 tons/yr and this value was almost 1.5 times greater than that for hot engine emissions (608 tons/yr). In addition, the fuel-based distribution was 65.9%, 31.1% and 2.8% from gasoline, LPG and diesel vehicles, respectively. The emission ratio from mobile source occupied 65% and 30% of total benzene emissions in USA and UK, respectively. In case of Korea, the emission ratio of benzene from mobile source occupied 29% (15% from on-road source, 14% from non-road source) which showed similar value with UK.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제22권6호
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• pp.75-82
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• 2021

디젤엔진의 열효율을 높이면서 NOx와 PM을 효과적으로 저감시키기 위해 HCCI(Homogeneous Charge Compression Ignition), PCCI(Premixed Charge Compression Ignition), RCCI(Reactivity Controlled Compression Ignition) 등의 저온연소(LTC: Low Temperature Combustion)전략이 개발되어 왔다. 본 연구에서는 저반응성 연료로는 가솔린을 사용하고 고반응성 연료로는 디젤을 사용하는 RCCI 엔진에서 고반응성 연료인 디젤연료의 분사 시기와 이단 분사비율이 성능 및 배출가스에 미치는 영향을 수치해석을 통하여 파악하고자 하였다. 이단 분사 시 첫 번째 분사시기가 너무 진각되면 연소가 느려지면서 연소온도가 낮아져 연소성능이 저하되고 HC, CO가 증가한다. 대략 -60°ATDC 의 분사시기가 연소성능, 배출가스 및 최대압력상승률을 고려하였을 때 가장 최적의 분사시기라고 판단된다. 이단 분사 시 두 번째 분사시기를 변경하였을 때 연소성능 및 배출가스, 최대압력상승률 등을 고려하면 대략 -30°ATDC 부근에서 최적인 것으로 판단된다. 이단 분사 시 분사량 비율은 첫 번째 분사량을 60% 정도로 하였을 때 최적의 결과를 얻었다. 마지막으로 단일 분사보다는 이단 분사한 경우 연소성능 및 배출가스 부분에서 더 효과적인 것으로 판단된다.