바이오디젤 연료 적용 디젤기관의 배출물 저감 특성

Abstract

본 논문에서는 경유의 대체 에너지로서의 바이오디젤 연료의 친 환경성과 적합성을 규명하기 위해 바이오디젤 100%(대두유)를 사용하여 단 기통 커먼레일 디젤 엔진에서 분사율 및 다양한 분사조건에 따른 엔진의 연소 특성, 출력성능과 배출물 특성을 실험하여 기존 디젤 연소의 경우와 비교하도록 하였다. 실험에 사용된 인젝터는 일반적인 커먼레일에 사용되는 6홀의 노즐이며 156˚의 분사각을 가지는 노즐을 사용하여 디젤 연료와 바이오디젤 연료의 분사율 특성을 Bosch법을 이용한 분사율 측정장치를 통하여 취득하였다. 또한 출력성능을 실험하기 위해 기관의 회전수는 1500rpm으로 일정하게 유지한 후 분사압력 100MPa에서 분사시기 TDC에서 BTDC 12˚까지 4˚ 간격의 변화에 따른 바이오디젤 연료의 연소 특성을 실험하였다. 연소 특성 실험을 통하여 바이오디젤 연료의 분사 시기 변화에 따른 열 발생율과 평균 유효 압력, 그리고 연소 압력에 대한 데이터를 취득하였다. 배출물 특성 실험에서는 디젤 연료와 바이오디젤 연료를 연소 시켰을 경우 발생되는 NOx(질소 산화물) 와 soot(매연), HC(탄화 수소) 및 CO(일산화 탄소) 배출물을 측정하였다. 또한 Cooled-EGR 적용에 따른 출력 특성과 NOx(질소 산화물) 배출 특성을 실험하였다. EGR 비율은 0%, 30%, 45% 등으로 구분하여 실험하였다. 실험결과 100MPa의 분사압력에서 분사할 경우 최대 분사비율은 바이오디젤이 디젤의 경우에 비에 낮아졌으며 분사시기가 진각됨에 따라 연소압력과 열 발생율이 증가하는 전형적인 연소형태를 나타내었고 바이오디젤의 높은 세탄가로 인해 착화지연기간이 디젤 연소의 경우보다 짧아졌고 연소기간 또한 다소 감소하는 결과를 나타내었다. 동일조건에서 바이오디젤의 연소온도 및 압력의 저하로 NOx의 발생량은 감소하였으며, 연료 내 포함된 산소로 인하여 soot 및 HC 배출물의 발생량이 감소하는 결과를 보였다. Cooled-EGR 적용 시 분사시기가 앞당겨지게 되어도 혼합기의 희석으로 인해 연소온도와 압력이 저하되어 NOx 배출물 발생량이 현저하게 감소하였으며 soot 배출물은 증가하는 전형적인 Trade-off 배출 특성을 나타내었다.; In this research, single cylinder DI(Direct Injection) diesel engine equipped with common-rail injection system was used to investigate the combustion and characteristics of biodiesel fuels. Tested fuels were neat diesel and biodiesels obtained from unpolished rice and soybean oil. The volumetric blending ratios of biodiesel fuel are set at 0, 10, 20 and 40%, Also, the physical properties of blended fuels such as viscosity, surface tension and cetane number were analyzed to investigate the relations with the combustion and emission characteristics. Experimental results show that the peak injection rate becomes lower as the mixing ratio increased. Effect of the injection delay with the mixing ratio of biodiesels is little at the equal injection pressure. The peak combustion pressure rose with increase of mixing ratio at an injection pressure 100MPa. The ignition delay become shorter with the increase of mixing ratio due to higher cetane number of biodiesel. HC and CO emission are decreased at high injection pressure. However, NOx emissions increased as the injection timing advanced and injection pressure increased.