• 한국산학기술학회논문지
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• 제21권7호
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• pp.692-698
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• 2020

본 논문은 커먼레일 단기통 디젤엔진에서 다단 파일럿 분할 분사 전략이 연소 및 배기가스 배출특성에 미치는 영향을 분석하는 데 초점을 두었다. 실린더 내부 최고 압력과 열발생률은 단일분사 조건에서 가장 높았으며, 파일럿 분사량이 균등하게 분할되어 분사 횟수가 증가할수록 감소하는 경향으로 나타났다. IMEP, 엔진 토크 및 연소 효율은 1단 파일럿 분사 조건에서 가장 낮게 나타나는 특성을 보였으나, 다단 파일럿 분할 분사 전략 적용 시 증가하는 경향으로 분석되었다. COV_IMEP는 연소 효율이 가장 낮은 1단 파일럿 분사 조건에서 가장 높았으며, 이는 연소 안정성이 낮다는 것을 의미한다. 배기가스 중 산소농도는 단일분사 조건에서 가장 낮았고, 이산화탄소는 가장 높게 배출되는 특성을 보였다. 다단 분할 분사 전략 적용 시 저온 연소과정이 진행되기 때문에 일산화탄소의 산화율은 낮아지게 되고 배출수준은 증가하는 특성을 보였다. 탄화수소는 국부적으로 농후한 혼합기가 형성되는 단일분사 조건에서 가장 높은 결과를 보였다. 질소산화물은 다단 파일럿 분할 분사 전략 중 3단 파일럿 분사 조건에서 55.6%까지 감소하는 특성을 보였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제18권4호
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• pp.711-717
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• 2017

디젤엔진은 저온 상태의 냉시동 조건에서 디젤 미립화 특성 악화로 인한 시동성 및 유해배출가스 생성의 문제를 안고 있다. 본 연구에서는 냉시동 시의 연소개선을 위한 방안으로 다단분사 전략 적용 시의 연소 특성을 파악하고자 하였다. 본 연구에서는 냉시동성 개선을 위해 방안으로 다단분사 적용 시의 연소 특성을 파악하고자 하였다. 정적 연소 챔버 내에 설치한 압력센서를 이용하여 취득한 연소압 및 열방출율, 직접 화염 가시화기법을 적용한 화염강도를 이용하여 연소현상을 분석하고자 하였다. 시험 결과 단일 분사 대비하여 다단 분사 적용 시, 주분사에 의한 최대 연소압력 및 열방출 상승률이 증가하며, 주분사에 의한 화염 감지 기간이 단축됨을 확인하였다. 파일럿 분사량 변경을 통해 분사량 증대 시 파일럿 연소에 의한 열방출 향상에 기인한 주분사에 의한 연소가 개선됨을 확인하였다. 또한 분사압력 증대 시 연료 미립화 개선으로 인한 연소개선을 화염 강도 증대를 통해 확인할 수 있었다. 다만 분사량 및 분사압 증대는 벽면적심현상으로 인한 HC, CO의 배출 수준 악화를 초래할 수 있으므로, 실제 엔진 개발 시 이에 대한 정밀한 선정이 필요할 것으로 판단된다.

• 천문학회보
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• 제37권2호
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• pp.151.2-151.2
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• 2012

터보펌프 구동에 사용된 가스발생기 생성가스를 연소기로 공급하여 주추력 발생에 사용하는 다단연소 사이클 로켓엔진은 고추력을 요하는 우주 발사체에 널리 사용되고 있다. 다단연소 사이클 로켓엔진에 사용되는 가스발생기를 예연소기라 부르며 케로신과 액체산소를 추진제로 하는 다단연소 사이클 로켓엔진에는 산화제 과잉 예연소기가 사용된다. 예연소기는 터보펌프 구동을 목적으로 하기 때문에 예연소기 생성가스의 횡단면 온도분포는 터빈에 의해 제한되는 온도범위 내에서 균일하여야 하며 넓은 운전영역에서 안정적인 연소가 이루어져야 한다. 산화제 과잉 예연소기는 모든 추진제가 혼합헤드를 통해 분사되는 방식과 추진제를 혼합헤드와 연소실로 나누어 공급하는 방식이 있다. 기술검증을 위해 산화제 일부와 연료를 혼합헤드를 통해 연소실에 공급하여 1차 연소시키고 나머지 산화제를 연소실 냉각채널을 거쳐 연소실 중앙의 분사공을 통해 연소실로 주입하여 기화시키는 형태로 최종적으로 연소압 20MPa, 혼합비 60에서 작동하는 산화제 과잉 예연소기를 설계하여 연소시험을 수행하였다. 혼합헤드에는 별도의 점화용 분사기 없이 전체 연료 분사기를 통해 점화용 연료인 TEA/TEB 혼합물을 분사하여 점화하였다. 추진제를 2단으로 공급할 수 있도록 고안된 가압식 연소시험 설비에서 10회, 누적 60초 이상의 연소시험이 성공적으로 수행되었다. 연소시험결과 넓은 작동영역에서 안정적 연소특성과 생성가스 온도 분포의 균일성을 확인할 수 있었다. 고온 고압의 산화제 과잉 예연소기 기술 확보를 통해 케로신/액체산소 다단연소 사이클 로켓엔진 개발을 위한 기술적 기반을 마련하였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2011년도 제36회 춘계학술대회논문집
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• pp.77-78
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• 2011

케로신/산소의 연소 해석을 위하여 연소 해리 성분을 고려한 다단 준총괄 반응을 개발하였다. 총괄 반응 상수는 실험 데이터에 잘 부합하도록 결정하였다. 개발된 다단 총괄 반응을 이용하여 케로신/산소 축대칭 전단 동축 분사기의 연소 유동에 대한 수치 해석을 수행하였다. 고해상도 기법을 이용한 해석을 통하여 리세스가 유동 불안정성의 증가시켜 연료 공기 혼합 및 연소 효율을 증대에 기여하는 정성적 특징을 확인하였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제36권2호
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• pp.137-143
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• 2012

현재 세계적으로 배출가스 규제 강화와 유가 상승으로 인해 가솔린엔진에서 배출되는 유해 배출 가스 저감기술 및 연비향상 기술 개발이 절실히 요구되고 있다. 가솔린 직접분사(GDI; Gasoline direct injection) 기술은 가솔린 연료를 직접 연소실에 분사하여 정밀한 연소제어를 통해 매우 희박한 혼합기에서도 고효율의 연소가 가능하게 함으로써 연비저감과 고출력을 동시에 만족할 수 있는 효과적인 기술이다. 본 연구에서는 분무유도방식(spray-guided type)을 이용한 GDI 엔진을 개발하여 안정적인 희박연소를 구현하였다. 자주 사용되는 운전영역에서 연료분사시기의 TDC(Top dead center) 인근으로의 지각을 통하여 안정적인 희박연소를 구현하였으며, 다단분사를 적용하여 추가적인 연료소비율의 개선이 가능한 반면 탄화수소(THC)와 질소산화물($NO_x$)의 배출은 증가하고 CO의 배출은 감소되었다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2010년도 제35회 추계학술대회논문집
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• pp.5-8
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• 2010

본 논문에서 연구하고자 하는 분사기는 다단 연소 사이클 엔진 연소기에 적용하는 분사기이다. 본 분사기에서 연료는 접선홀을 통해 와류 형상으로 분무되며, 예연소기에서 생성된 산화제 과잉 가스는 중앙에서 jet의 형태로 공급된다. 이러한 기체-액체 분사기의 상압/고압환경에서의 분무특성 및 분사기의 리세스에 따른 분무특성의 차이를 알아보았다. 이러한 결과들은 향후 다단 연소 사이클 엔진 개발의 기본 데이터로 활용될 수 있을 것이다.

• 한국가스학회지
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• 제24권1호
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• pp.49-55
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• 2020

산업용 혹은 발전용 가스터빈에 사용되는 이중 콘형 예혼합 연소기의 다단 연소 특성을 이해하기 위하여 실험적연구를 수행하였다. 이를 위하여 기존에 모두 경사면에 공급되는 연료를 콘부분으로 일부 할애하는 방식으로 다단연소 방식을 구성하였으며 콘에서 분사되는 연료공급은 축방향과 콘 경사면 방향으로 하였다. 다단연소 연소특성을 이해하기 위하여 콘에서의 연료 분사 방향과 연료 분배율 변화에 대한 NOx와 CO의 배출 농도 그리고 벽면 온도분포를 측정하였다. 그 결과 총 연료에 대한 콘으로의 분배율이 3%인 경우 콘에서의 연료 분사방향에 관계없이 노즐내의 예혼합 영역에서 연료가 공기와 균일하게 혼합됨으로서 연소영역의 고온점 감소에 의하여 NOx 배출 농도가 감소된다. 그러나 콘에서 축방향으로 분사되는 연료분배율이 8%로 증가하는 경우 노즐 내부 예혼합 영역으로의 화염 역화로 인하여 NOx의 배출농도가 오히려 증가하게 된다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2011년도 제37회 추계학술대회논문집
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• pp.92-95
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• 2011

케로신-산소 동축 로켓 분사기의 난류 연소를 수치적으로 연구하였다. 이 연구를 위하여 다단 준 총괄 반응 기구를 개발하였다. 이 반응 기구는 가상의 케로신 연료가 수소와 일산화 탄소로 분해된 이후 고온 영역의 상세 산화 반응들로 구성되어 있다. 난류 연소의 LES 해석을 위하여 5차의 WENO 기법을 이용하였다. 반응 및 비 반응 유동의 난류 특성을 살펴 보았으며 리세스의 존재가 난류의 생성과 연소에 미치는 영향을 살펴보는 심화 연구를 수행하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제20권10호
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• pp.33-39
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• 2019

대형 디젤 엔진에서 NOx, Smoke 등의 배기가스 저감과 연비를 개선하는 것은 주요한 개발 목표이다. 이 목표를 달성하기 위한 다양한 방식 중 연료를 분할하여 분사하는 다단 분사 전략은 주요하게 적용되고 있다. 본 연구에서는 다양한 조건의 다단분사 전략을 적용하여 배기가스, 연비 그리고 연소 소음 관점에서 최적의 성능을 확보할 수 있는 조건을 확인하여 개선정도를 확인하고자 하였다. 1단 파일럿 적용 시, 단일 분사 대비 NOx 저감이 가능한 영역이 있으나, Smoke가 악화되는 문제가 확인되었다. 2단 파일럿 적용 시, 최대 NOx와 Smoke를 각각 73%, 84%까지 저감할 수 있었다. 연소 소음은 최대 압력 상승률 분석을 통해, 또한 연료소비율은 도시 연료 소비율을 계산하여 단일 분사와 비교하여 개선수준을 평가하였다. 이를 통해 15%:15% 2단 파일럿 전략 적용 시, 단일 분사 대비 NOx 32.9%, Smoke 60.4%, 연비 1.95%, 연소소음 19.3%의 개선을 이룰 수 있음을 확인하였다. 향후, 본 연구 결과를 기반으로 운전 영역을 확장하여 각 조건에서의 최적 연료 분사 방식 도출을 통해 전체적인 성능개선을 구현하고자 한다.

• 한국분무공학회지
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• 제18권4호
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• pp.188-195
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• 2013

An investigation on spray characteristics of fuels which diesel and di-methyl ether (DME) with change of injection pressure used the multi-injection in constant volume combustion chamber (CVCC). Diesel was already used famous fuel which we could use. DME showed similar features with diesel like as cetane number, auto-ignition temperature. High cetane number of diesel and DME could make possible to compression ignition. DME showed different atomization from diesel due to evaporating pressures and boiling points. Experiments were carried out in CVCC equipped with Delphi solenoid 6-hole type injector and the spray characteristics of diesel and DME were tested the various pre and pilot injection. Terms of injections and a number of injections in multi-injection has been controlled. Experiments were performed in 2 types that 1500 rpm, 2000 rpm and under the condition of injection ranging from 100 bar to 500 bar. From the results of this experiment diesel showed longer spray penetration than DME. That result showed different of atomization speed DME and diesel. Result of high injection pressure condition showed similar spray characteristics diesel and DME. After this investigation, new conditions and experiments using laser light to go forward and add the fuels like as the biodiesel and diesel and DME blend.