디젤기관에서 경유/부탄올 혼합연료의 기관성능 및 연소특성 해석
Analysis of performance and combustion characteristics of D.O./butanol blended fuels in a diesel engine
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본 연구에서는 다른 알코올계 연료에 비해 부탄올이 가지고 있는 물리적‧화학적 특성이 기관성능 및 연소특성에 미치는 영향을 조사하기 위하여, 기관의 부하와 경유와 부탄올의 혼합비율에 따라 연소압력, 배기가스온도 및 연료소비량을 측정하여 연소최고압력 및 도시평균유효압력의 변동계수와 도시연료변환효율 등의 기관성능을 구하였다. 또한 연소특성으로는 연소압력을 분석하여 압력상승률과 열발생율을 구하고, 이들 자료들을 이용하여 연소온도를 계산하고, 거의 비슷한 운전조건에서 부탄올 혼합비율에 따른 기관성능 및 연소특성의 자료들을 경유의 자료와 비교하였다. 연구 결과로는, 실험범위에서 경유와 부탄올 혼합유의 COVIMEP는 3% 미만으로 나타났으므로 경유와 부탄올 혼합유의 연소안정성은 양호하였으며, 저부하에서는 부탄올의 도시연료전환효율이 약간 높았으나 고부하에서는 경유의 도시연료전환효율이 높았다. 그리고 경유의 경우에는 기관부하에 관계없이 예혼합연소기간이 거의 일정하였고 부탄올 혼합유는 부하가 낮고 혼합비가 증가할수록 이 기간이 길어졌으며, 고부하에서는 부탄올 혼합비에 관계없이 예혼합연소기간이 거의 일정하였다. 예혼합연소기간 중의 평균 열발생률은 부하가 증가할수록 높았으며, 특히 고부하에서는 경유에 비해 부탄올 혼합비가 증가할수록 평균 열발생률이 높았다. 또한 경유는 부하에 따른 계산된 착화온도의 변화가 작았고, 부하가 증가할수록 부탄올 혼합유의 착화온도가 경유에 비해 약간 낮아지는 경향을 보였으며, 10% 및 20% 부탄올 혼합유의 경향은 비슷하였으며, 동일한 부하에서 계산된 연소최고온도는 경유에 비해 부탄올 혼합유가 높게 나타났다.
Abstract
In this study, to investigate the effect of physical and chemical properties of butanol on the engine performance and combustion characteristics, the coefficient of variations of IMEP (indicated mean effective pressure) and fuel conversion efficiency were obtained by measuring the combustion pressure and the fuel consumption quantity according to the engine load and the mixing ratio of diesel oil and butanol. In addition, the combustion pressure was analyzed to obtain the pressure increasing rate and heat release rate, and then the combustion temperature was calculated using a single zone combustion model. The experimental and analysis results of butanol blending oil were compared with the those of diesel oil under the similar operation conditions to determine the performance of the engine and combustion characteristics. As a result, the combustion stabilities of D.O. and butanol blending oil were good in this experimental range, and the indicated fuel conversion efficiency of butanol blending oil was slightly higher at low load but that of D.O. was higher above medium load. The premixed combustion period of D.O. was almost constant regardless of the load. As the load was lower and the butanol blending ratio was higher, the premixed combustion period of butanol blending oil was longer and the premixed combustion period was almost constant at high load regardless of butanol blending ratio. The average heat release rate was higher with increasing loads; especially as butanol blending ratio was increased at high load, the average heat release rate of butanol blending oil was higher than that of D.O. In addition, the calculated maximum. combustion temperature of butanol blending oil was higher than that of D.O. at all loads.
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