CNG/Diesel Dual Fuel Engine Combustion and Emissions Characteristics - An Experimental Analysis According to Common-rail Pressure and Fuel Mixing Ratio

Abstract

디젤 엔진은 일반적으로 발전기 및 이동식 차량 등 수많은 산업 분야에서 사용되고 있다. 그러나 디젤 엔진은 질소 산화물(NOx), 입자상 물질(PM), 이산화탄소(CO2) 등과 같은 환경오염 가스가 발생한다는 문제점이 있다. 이렇게 발생한 대기 오염 물질은 최근 환경 보호 위원회 등에 의해 엄격하게 규제가 되고 있다. 또한 한정된 화석연료 자원에 대하여 인류의 과도한 사용이 화석연료 자원 고갈을 가속화하고 있다. 따라서 디젤 엔진의 대체 연료 사용 및 개발이 연구자들 및 분야의 종사자들에게 있어 주요한 사항이다. 이러한 분야의 연구 및 발전을 위해, 본 논문은 주로 천연가스가 있는 이중 연료 디젤 엔진의 연소 특성에 대한 커먼레일 압력과 연료 혼합 비율의 변화에 대한 실험을 다룬다. 이 연구를 위해 커먼레일 4 행정 디젤 엔진을 이중 연료 모드로 운전하였으며, 디젤 연료 사용 시 엔진 특성과 비교하였다. 엔진 테스트는 적절한 분사 타이밍으로 11.7kW 및 23kW의 서로 다른 엔진 부하에서 3개의 커먼레일 압력(50MPa, 60MPa, 70MPa)에서 이루어졌으며, 천연가스 비율은 20%에서 90%까지를 사용하였다. 실험 결과는 열 방출 속도와 실린더 압력이 천연가스 비율의 증가와 비례 관계를 보여주었다. 또한, 모든 시험 조건에서 디젤 연료와 비교할 때 이중 연료 모드에서의 NOx와 CO 발생률이 감소하였다. 그러나 이중 연료 모드 결과로만 미루어볼 때, 커먼레일 압력이 증가함에 따라 CO는 감소하고 NOx는 증가했다. 요약하자면, 이중 연료 모드는 디젤 모드에 비해 NOx와 CO2 가스 배출이 적지만 HC와 CO의 발생률이 더 높게 나타났다. 또한, 커먼레일 압력이 증가하게 되면 HC와 CO 배출량은 감소하였다. 그러나 NOx와 CO2 배출량은 약간 증가하였다.