본 연구에서는 기존 상용 12리터급 경유엔진을 베이스로, 천연가스 연료공급시스템을 추가함으로써 천연가스-경유연료를 동시에 사용하는 혼소엔진을 개발하였다. 전체적인 제어는 기존의 경유엔진 ECU를 이용하고, 추가적인 혼소 ECU를 제작하여 경유와 천연가스 연료가 최적으로 공급되도록 시스템을 구성하였다. 천연가스 연료는 MPI 방식으로 흡기메니홀드에 어뎁터를 이용하여 설치하였다. 혼소엔진의 실험결과, 경유엔진과 동등한 토크와 출력성능을 얻었으며, 배출가스 기준 또한 만족하였다. 전체적인 천연가스 연료 대체율은 70%이고, 주 사용영역에서는 약 76%의 대체율을 보였으며, 이로 인한 연료비용 절감효과는 전체 37% 및 주 사용영역에서는 40%를 얻었다.
경유을 디젤 엔진의 연료로 사용하기 위해서는 세탄가가 맞아야 한다. 경유를 엔진에 주입하면 쉽게 착화되지 않는다. 개솔린은 점화가 너무 잘 되어 탈인데, 경유는 착화가 더디어서 탈이다. 착화 지연을 수치로 표시하는 용어로서 세탄가, 세탄지수, 디젤지수의 세 가지가 있다. 세낱가는 경유의 품질을대표하는 가장 중요한 규격 항목이다. 세낱가의 높고 낮음에 따라 경유의 품질을 쉽게 판정할 수 있다. 세탄가가 낮으면, 연소가 거칠어 지고 검은 연기가 치솟는다. 미국 ASTM은 경유의 세탄가 규격을 40으로 정하고 있다. 우리나라 경유의 세탄가 규격은 45로 정하고 있다. 미국의 경유 세탄가 규격은 40이지만, 미국 대도시의 버스, 트럭에서는 검은 연기가 치솟는 일이 드물다. 우리나라의 경유 세탄가 규격은 미국보다 훨씬 높지마, 우리나라 대도시의 버스, 트럭에서는 검은 연기가 치솟는 일이 많다.
12 리터급 경유엔진을 개조한 LNG 혼소엔진에 대해 출력, 연비 및 배출가스등의 성능을 평가하였으며 이를 바탕으로 LNG혼소 화물 자동차의 경제성을 분석하였다. 출력은 경유엔진에 비해 5% 정도 낮은 수준으로 평가되었으며 엔진효율은 경유의 경우 37.4%, LNG혼소의 경우 35.9%로 경유엔진의 경우가 다소 높게 나타났다. 배출가스는 탄화수소를 제외하고 PM, NOx, CO 및 $CO_2$는 LNG 혼소의 경우가 낮은 특성을 보였다. 경제성 비교를 위해 연료비용과 환경비용 관점에서 각각 분석하였으며 유가보조금 및 할인을고려할 경우에도 LNG 혼소 화물차의 경제성이 있는 것으로 분석되었다.
경유엔진은 가솔린엔진에 비해 연소특성상 연료소비효율이 우수하여 온실가스인 $CO_2$ 배출이 적은 반면 대기 및 인체위해성이 높은 NOx와 입자상물질(PM)의 배출이 많아 대기저감을 위한 연료의 고압분사, 전자제어식 EGR기술등 엔진개량기술과 매연여과장치, De-NOx등 후처리기술 그리고 대체연료사용 기술등 다양한 저감대책이 전세계적으로 강구되고 있다. 특히 경유엔진에서 배출되는 오염물질로 인한 대기오염영향은 점차 증가하고 있어 대체연료사용 및 배출허용기준강화둥 우리 실정에 적합한 효율적인 대기저감대책이 강구되어야 할 것이다. (중략)
내연기관으로 작동되는 자동차는 크게 도로용(Onroad)과 비도로용(Nonroad)으로 구분되며, 비도로용 차량은 크게 자동차이외의 교통수단(철도, 항공, 선박)과 건설장비, 농업용기계 등을 일컫는다. 이러한 비도로용 엔진들은 주요 대기오염원으로 부각되어 최근 미국, 유럽둥 선진국에서 배출규제를 시작하였다. 우리나라는 선진국에 비해 휘발유 가격대비 경유가격이 낮기 때문에 경유차량의 보유비율도 상대적으로 높아 경유자동차에 의한 대기오염이 심각한 실정이다. (중략)
지구온난화의 주요 주범인 $CO_2$의 감축을 위해 자동차 연비 및 배출허용기준등을 전 세계적으로 강화하고 있으며 이에따라 선진국에서는 Super Car 및 3L Car Project등을 통해 초저연비자동차 개발을 추진하고 있다. 이런 추세에 따라 압축비가 높아 연소효율이 좋고 연표경제성이 가솔린엔진보다 우수한 경유엔진은 $CO_2$ 배출이 적어 향후 그 보급이 더욱 확대될 것으로 기대되고 있다.(중략)
디젤엔진을 이용한 자동차는 연료의 효율성 및 경제성 등에서 많은 장점을 가지고 있기 때문에 버스, 트럭 등의 대형 경유자동차에서 널리 사용되고 있다. 하지만 디젤 입자상 물질(DPM; Diesel Particulate Matter), NOx 등이 대기 환경을 크게 악화시키고 있다. 경유자동차에서 배출되는 입자상 물질과 NOx등의 오염물질 배출을 최소화하기 위해서는 엔진의 성능을 향상시켜 근본적으로 오염물질을 줄이는 방법과 후처리 장치를 개발하는 방법이 있다. (중략)
본 연구에서는 경유-물 유화연료를 디젤엔진에 적용하였을 때의 엔진의 성능 및 배기배출물 특성에 대해 고찰하였다. 그 결과, 초음파장치(40 KHz, 200W)로 제조한 경유-물 유화연료 운전시, 경유운전시에 비해 연료소비율(함수율 30%시 최대 28% 감소)과 매연(함수율 30%시 최대 60% 감소) 및 CO(할수율 30%시 최대 79% 감소)의 현격한 개선효과를 보았다. 이러한 플러스적인 효과는 유화연료의 미세폭발에 의한 것으로, 초음파에너지로 유화연료를 제조함과 동시에 엔진내로 공급하는 것이 디젤기관의 배기배출물과 연료소비율을 동시에 개선시킬 수 있는 가장 유력한 방법일 것으로 판명되었다. 그러나, 유화연료를 사용한 경우 상대적으로 경유의 유입량 자체가 줄어들게 됨으로써 엔진의 출력 및 토크는 오히려 감소하였다.
대체연료로서 바이오 연료의 디젤엔진에의 적합성을 파악하기 위하여 경유, 가온 미강유, 초음파 적용 가온 미강유, 미강유 메틸 에스테르, 폐식용유, 초음파 적용 폐식용유, 폐식용유 메틸 에스테를 14kW 예연소실식 디젤 엔진의 연료로 사용하여 그 성능과 배기배출물을 측정하였다. 시험에 사용한 바이오 연료들에 의해 엔진 분사 펌프의 조정이나 다른 부품의 개조를 하지 않고도 단기간 전부하 상태로 1,600~2,800 rpm 의 범위에서 엔진은 정상적으로작동하였다. 바이오 연료를 사용하였을 경우 전반적으로 엔진성능과 배기 배출물 특성에 있어서 경유를 사용하였을 경우와 비견할만 하였으며 특히 매우 낮은 농도의 $SO_2$와 매연을 배출하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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