• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제20권3호
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• pp.256-263
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• 2009

The operating range of HCCI engine is narrow due to excessive rate of pressure rise on high load. The fuel stratification is proposed to solve the problem. The purpose of this study is to gain a better understanding of the effects of fuel stratification on reducing the pressure-rise rate at high load in HCCI combustion and to investigate that the operating range is expanded for fuel stratification in the preceding condition of initial temperature and equivalence ratios. The engine is fueled with Di-Methyl Ether (DME) which has unique 2-stage heat release. The computations were conducted using SENKIN application of the CHEMKINll kinetics rate code. Calculation result shows that proper fuel stratification prolongs combustion duration and reduce pressure rise rate.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제20권4호
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• pp.344-351
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• 2009

A multi-zone model was used to predict the operating range of homogeneous charge compression ignition (HCCI) engine, the boundaries of the operating range were determined by knock (presented by ring intensity), misfire (presented by sensitivity of indicated mean effective pressure to the initial temperature). A HCCI engine fueled with Di-Methyl Ether (DME) was simulated under different initial temperature and equivalence ratios, and the operating range was well produced by the model. Furthermore, the model was applied to develop the operating range for thermal stratification in the preceding condition of initial temperature and equivalence ratios. The computations were conducted using Senkin application of the CHEMKINII kinetics rate code.

• 한국가스학회지
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• 제15권2호
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• pp.63-68
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• 2011

합성가스는 Biomass, 석탄, 폐기물 등의 가스화 공정을 통해 얻을 수 있는 대표적인 대체연료로 저발열량에도 불구하고 수소가 포함되어 있기 때문에 이를 엔진에 적용하여 에너지를 생산하고자 하는 노력이 계속되어 왔다. 하지만 연료 조성 측면에서 합성가스는 가스화 원료의 종류에 따라 합성가스 내의 수소 함유량이 달라지는데, 이러한 함량 변화는 수소의 좋은 연소특성으로 인해 엔진 성능에 큰 영향을 미칠 수 있기 때문에 이에 대한 연구가 필요한 실정이다. 따라서 이번 연구에서는 다양한 수소 분율을 갖는 합성가스를 동일 발열량 및 유량 조건에서 모사하고 이를 이용하여 연료 내 수소 비율(vol %)이 연소특성에 주는 영향을 파악하였다. 실험 결과로 각 수소 함량에 따른 최적 점화시기를 결정하였으며, 수소 비율의 변화가 연소특성, 엔진 출력, 효율, 배기 성능에 미치는 영향을 제시하였다.

• 한국연소학회지
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• 제11권4호
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• pp.1-8
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• 2006

The model cavity scramjet engine experiments are carried out using T3 free-piston shock tunnel. Upstream hydrogen fuel is injected before the cavity with different injection pressure. OH planar laser-induced fluorescence is used to investigate the combustion zone and piezoelectric pressure transducers are used to define the pressure rise due to the combustion. Main combustion region is a mixing layer which is between air and fuel. Also high OH fluorescence signal is appeared in the shear layer above the cavity in high equivalence ratio. From the OH signal in the cavity, this fuel injection system can be a role as a flame-holder.

• 한국연소학회:학술대회논문집
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• 한국연소학회 2006년도 제32회 KOSCO SYMPOSIUM 논문집
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• pp.197-204
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• 2006

The model cavity scramjet engine experiments are carried out using T3 free-piston shock tunnel. Upstream hydrogen fuel is injected before the cavity with different injection pressure. OH planar laser-induced fluorescence is used to investigate the combustion zone and piezoelectric pressure transducers are used to define the pressure rise due to the combustion. Main combustion region is a mixing layer which is between air and fuel. Also high OH fluorescence signal is appeared in the shear layer above the cavity in high equivalence ratio. From the OH signal in the cavity, this fuel injection system can be a role as a flame- holder.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제18권3호
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• pp.348-355
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• 2007

To grasp a feasibility of back fire control by valve overlap period, back fire limit equivalence ratio was estimated with valve overlap period which has the same supply energy and positive intake pressure as valve overlap period $300^{\circ}\;CA$. As the result, it was shown that the smaller valve overlap period has the higher back fire limit equivalence ratio under valve overlap period $300^{\circ}\;CA$ as well as VOP $0^{\circ}\;CA$. This result means that expansion of back fire equivalence ratio by decreasing valve overlap period was caused by decrease of back flow duration of flame from in-cylinder to intake port than decrease of lower supply energy.

• 한국추진공학회지
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• 제17권3호
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• pp.9-14
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• 2013

수소를 연료로 사용하는 마하 5 스크램젯 엔진 모델에 대해 불어내기식 시험 설비를 사용해 연소 시험을 수행했다. 두 가지 모델 형상에 대해 각각 연료가 없는 경우와 두 가지 당량비로 연료를 공급한 경우를 시험했다. 모델 내부의 벽면 정압력을 측정해 시간에 대한 데이터와 시간 평균한 공간적 데이터 분포를 사용해 모델 내부의 유동과 연소 현상을 분석했다. 모델 길이가 짧은 경우는 두 가지 당량비 모두에서 초음속 연소가 일어났다. 모델 길이가 긴 경우는 낮은 당량비에서는 초음속 연소가, 높은 당량비에서는 열질식이 발생하면서 아음속 연소가 일어났다. 이 때 흡입구 불시동은 발생하지 않았다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2005년도 제24회 춘계학술대회논문집
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• pp.1-1
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• 2005

Japan Aerospace Exploration Agency(JAXA) has been conducting research and development of the Scramjet engines and their derivative combined cycle engines as hypersonic propulsion system for space access. Its history will be introduced first, and its recent advances, focusing on the engine performance progress, will follow. Finally, future plans for a flight test of scramjet and ground test of combined cycle engine will be introduced. Two types of test facilities for testing those hypersonic engines. namely, the 'Ramjet Engine Test Facility (RJTF)' and the 'High Enthalpy Shock Tunnel (HIEST)' were designed and fabricated during 1988 through 1996. These facilities can test engines under simulated flight Mach numbers up to 8 for the former, whereas beyond 8 for the latter, respectively. Several types of hydrogen-fueled scramjet engines have been designed, fabricated and tested under flight conditions of Mach 4, 6 and 8 in the RJTF since 1996. Initial test results showed that the thrust was insufficient because of occurrence of flow separation caused by combustion in the engines. These difficulty was later eliminated by boundary-layer bleeding and staged fuel injection. Their results were compared with theory to quantify achieved engine performances. The performances with regards to combustion, net thrust are discussed. We have reached the stage where positive net thrust can be attained for all the test coditions. Results of these engine tests will be discussed. We are also intensively attempting the improvement of thrust performance at high speed condition of Mach 8 to 15 in High Enthalpy Shock Tunnel (HIEST). Critical issues for this purposemay be air/fuel mixing enhancement, and temperature control of combustion gas to avoid thermal dissociation. To overcome these issues we developed the Hypermixier engine which applies stream-wise vortices for mixing enhancement, and the M12-engines which optimizes combustor entrance temperature. Moreover, we are going to conduct the flight experiment of the Hypermixer engine by utilizing flight test infrastructure (HyShot) provided by the University of Queensland in fall of 2005 for comparison with the HIEST result. The plan of the flight experiment is also presented.

• 한국가스학회지
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• 제27권3호
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• pp.1-10
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• 2023

산업혁명의 발달로 인해 급격하게 증가된 온실가스 배출량을 저감하기 위해 배기 배출물 규제가 계속해서 강화되고 있다. 이를 만족시키기 위해선 친환경 연료의 사용은 필수적이다. 미래의 친환경 연료로서 수소가 주목받고 있지만, 물질적 특성으로 인해 취급과 보관에 큰 어려움을 겪고 있어, 이에 대안으로 암모니아가 제안되었다. 암모니아는 수소 대비 상온 조건에서 쉽게 액화가 가능하며, 에너지밀도가 높다. 이에 엔진의 연료로서 암모니아의 적용성을 검토하기 위해 직접분사식 암모니아 전소 엔진에서 연소제어인자의 변경에 따른 실험을 진행하였다. 본 실험은 점화시기(Spark Timing)와 공기과잉률(Excess Air Ratio) 두 개의 변수를 변경하여 실험을 진행하였다.엔진 속도 1,500 RPM 및 중부하 이상(제동 토크 200 Nm)의 조건에서 암모니아 전소를 하였을 때, 연소 안정성과 질소산화물, 미연 암모니아 등의 배기 배출물의 경향을 관찰하였다. 연소제어인자의 최적화를 통해 암모니아만을 연료로 사용한 경우에도 안정적인 연소가 가능한 조건을 찾을 수 있었고, 향후 운전영역 확장을 위한 전략을 적용할 계획이다.

• 한국가스학회지
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• 제27권3호
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• pp.52-58
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• 2023

지구 기상이변에 대해 탄소중립의 중요성이 대두됨에 따라 무탄소 연료인 수소의 에너지원으로서의 활용도 역시 증대되고 있다. 일반적으로 수소는 연료전지(FC, Fuel Cell)에 활용되고 있으나, 이는 연소를 기반으로 하는 내연기관(ICE, Internal Combustion Engine)에도 활용될 수 있다. 특히 연료전지만으로 수소 활용 및 인프라 확장이 어려운 때에 이미 생산 측면이나 공급 측면에서 인프라가 기 구축되어 있는 내연기관은 수소 에너지 저변 확대에 큰 도움을 줄 수 있다. 다만 수소를 연소기반으로 활용할 경우 고온에서 공기 중 질소가 산소와 반응하여 유해배기물질인 질소산화물(NOx, Nitrogen Oxides)이 생성될 수 있는 단점은 존재한다. 특히 냉간 (Cold Start) 운전 영역시 포함될 EURO-7 배기규제의 경우 워밍업(Warm-up) 과정에서 발생하는 배기배출물의 저감을 위한 노력도 필요하다. 따라서 본 연구에서는 2 L급 수소 직접분사방식 전기점화 (SI, Spark Ignition) 엔진을 활용하여 냉각수를 상온에서 88 ℃로 워밍업하는 과정에서 질소산화물 및 연료소모율의 변화 특성을 살펴보았다. 특히 수소는 기존의 가솔린, 천연가스, 액화석유가스(LPG, Liquified Petroleum Gas)와 달리 가연범위(Flammable range)가 넓기 때문에 공기과잉률(Excessive air ratio)을 희박하게 조절할 수 있다는 장점이 있다. 이에 본 연구에서는 워밍업하는 과정에 있어서 공기과잉률을 1.6/1.8/2.0으로 변화하여 그 결과를 분석하였다. 본 실험의 결과는 워밍업 시 공기과잉률이 희박해질수록 시간당 질소산화물의 배출이 적고, 열효율도 상대적으로 높으나 최종 온도까지 도달 시간이 길어짐에 따라 누적 배출량 및 연료소모율은 악화될 수도 있음을 시사한다.