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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 양순용
- 발행연도
- 2013
- 저작권
- 울산대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
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세계적으로 자동차용 디젤엔진에 이어, 산업용 디젤엔진의 배출가스 규제도 강화되는 추세에 있으며, 국내에서도 2015년 01월부터 미국 EPA에서 제시하고 있는 Tier-IV 수준으로 배출가스 규제를 강화할 예정이다. Tier-IV의 배기규제에 대응하기 위해서는 배출가스 중 PM의 저감이 요구되며, 특히 37-75kW급 엔진에서는 그 저감량이 현저하다. 따라서 기존 디젤엔진의 전자제어화 및 고가의 후처리장치가 요구된다. 그러나 Non-Road 상황에서의 후처리장치의 내구성 문제 및 엔진단가의 상승문제, 유가상승에 따른 연료비 문제를 해결하기 위하여 대체 연료를 사용하는 엔진에 대한 연구가 증가하고 있으며, 그 중 연료비가 저렴하고 기존디젤엔진과 유사한 출력특성을 나타내는 천연가스 디젤 혼소엔진에 대한 연구가 진행되고 있다.
본 연구에서는 3.4L 급 기계식 연료분사 디젤엔진을 대상으로 연료 분사 장치에 CRDi(Common Rail Direct Injection)방식을 적용하고, 천연가스 분사장치를 추가로 도입하여 천연가스/디젤 혼소 시스템 시험엔진을 제작하였다. 또한 시험 엔진에 범용 ECU(Engine Control Unit)를 적용하여 기초적인 엔진 제어를 수행할 수 있는 알고리즘을 개발하였다.
기존 디젤엔진과의 성능 비교를 위하여 C1-8 모드에서 Natural Gas/CRDI Dual Fuel 엔진의 출력, 연료소비율, 배출가스 특성을 시험하였다. 그 결과 동일 출력성능 하에서 혼소엔진 시스템의 디젤 대체율은 평균 93%으로 나타내었으며, 기계식 엔진 시스템에 비하여 혼소 엔진 시스템에서 연료소모율이 감소하였다. 또한 기존 기계식 대비 PM 배출량은 현저하게 낮게 나타내었으며, CO, NOx 배출량이 감소하였다. THC 배출량의 경우, 천연가스의 사용으로 기계식 엔진 대비 증가하였으나 엔진제어 알고리즘 및 후처리장치의 최적화를 통하여 Tier-IV 배출가스 규제를 충분히 만족할 수 있을만한 수준이다.
본 연구에서는 3.4L 급 기계식 연료분사 디젤엔진을 대상으로 연료 분사 장치에 CRDi(Common Rail Direct Injection)방식을 적용하고, 천연가스 분사장치를 추가로 도입하여 천연가스/디젤 혼소 시스템 시험엔진을 제작하였다. 또한 시험 엔진에 범용 ECU(Engine Control Unit)를 적용하여 기초적인 엔진 제어를 수행할 수 있는 알고리즘을 개발하였다.
기존 디젤엔진과의 성능 비교를 위하여 C1-8 모드에서 Natural Gas/CRDI Dual Fuel 엔진의 출력, 연료소비율, 배출가스 특성을 시험하였다. 그 결과 동일 출력성능 하에서 혼소엔진 시스템의 디젤 대체율은 평균 93%으로 나타내었으며, 기계식 엔진 시스템에 비하여 혼소 엔진 시스템에서 연료소모율이 감소하였다. 또한 기존 기계식 대비 PM 배출량은 현저하게 낮게 나타내었으며, CO, NOx 배출량이 감소하였다. THC 배출량의 경우, 천연가스의 사용으로 기계식 엔진 대비 증가하였으나 엔진제어 알고리즘 및 후처리장치의 최적화를 통하여 Tier-IV 배출가스 규제를 충분히 만족할 수 있을만한 수준이다.
목차
목 차 ································································································· i표 목차 ····························································································· ii그림 목차 ························································································· iii1. 서론 ······························································································ 11.1. 연구의 배경 ············································································· 11.2. 연구의 목적 ············································································· 41.3. 연구의 내용 및 범위································································ 41.3.1. 개발대상엔진 성능 평가 ···················································· 41.3.2. 개발대상엔진 CRDi System 적용 및 성능 평가 ··········· 41.3.3. 디젤 / 천연가스 혼소 엔진 설계 및 제작 ······················· 51.3.4. 디젤 / 천연가스 혼소 엔진 성능 시험 ···························· 52. 본론 ····························································································· 62.1. 개발대상엔진 성능 평가 ······················································· 62.1.1. 개발대상엔진 출력 및 토크 성능 시험 ···························· 72.1.2. 개발대상엔진 Turbo-Charger 성능 시험 ······················· 92.2. 개발대상엔진 CRDi System 적용 및 성능 평가 ·············· 132.2.1. 연료시스템 설계 및 제작 ·················································· 132.2.2. 제어시스템 설계 및 제작 ·················································· 152.2.3. CRDi 엔진 성능 평가 ························································· 262.3. 디젤 / 천연가스 혼소 엔진 설계 및 제작···························· 302.3.1. 디젤 / 천연가스 혼소 시스템 하드웨어 설계 및 제작 ·· 302.3.2. 디젤 / 천연가스 혼소 엔진 제어시스템 설계 및 제작 ·· 342.3.3. 배출가스 저감 요소 기술 개발 ········································· 422.4. 디젤 / 천연가스 혼소 엔진 성능 시험 ································ 472.4.1. 디젤 / 천연가스 혼소 엔진 출력 성능 시험 ··················· 472.4.2. 디젤 / 천연가스 혼소 엔진 배출 가스 성능 시험 ·········· 512.4.3. 디젤 / 천연가스 혼소 엔진 디젤 대체율 성능 시험 ······ 563. 결론 및 향후계획 ······································································· 60참고문헌 ·························································································· 62부 록 ····························································································· 63Abstract ··························································································· 64
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