• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제16권2호
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• pp.191-198
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• 2005

Adding hydrogen gas in natural gas leads to stable combustion in internal combustion engine and its performances rely on compression ratio. To analyze the effects of compression ratio and rate of hydrogen addition on the engine performance, the characteristics of overall engine performance including emission were investigated by using the medium duty natural gas fueled engine. As results, it was found that compression ratio occurred knock was nearby compression ratio, $\varepsilon$=14 for the case that hydrogen was enriched in the natural gas fueled engine. But slight knock was occurred at $\varepsilon$=14.7 in the case of neat natural gas. Also HC and $CO_2$ were reduced around 80% and 20% respectively when the rate of hydrogen addition was increased to 50% and compression ratio from $\varepsilon$=13 to $\varepsilon$=14.7.

• 한국자동차공학회논문집
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• 제14권2호
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• pp.84-91
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• 2006

A heavy duty hydrogen-natural gas fueled engine can obtain stable operation at ultra lean conditions and reduce emissions extremely. Reduction of $CO_2$ in its engine is one of the most benefit. In this study, rate of hydrogen addition($R_{dH2}$) and compression ratio($\varepsilon$) were investigated including performance of this engine. As results, it was found that phenomenon of pressure oscillation when increasing $R_{dH2}$ and $\varepsilon$, it means occurring knock. It consider that pressure oscillation was increased due to fast burning speed of hydrogen. Even if same compression ratio, pressure oscillation was remarkable increased according to increasing $R_{dH2}$. Therefore, limit compression ratio of knock occurring was reduced by increasing $R_{dH2}$.

• 한국분무공학회지
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• 제26권4호
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• pp.204-211
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• 2021

Lean combustion performance of natural gas and hydrogen was compared in a spark-ignition engine. The lean combustion engine operation with natural gas was limited due to combustion instability at an excess air ratio (EAR) above 1.8. The total hydrocarbon (THC) emissions increased significantly with increasing EAR. The nitrogen oxides (NO_X) emissions were also high due to the limitation of increasing EAR. The lean combustion engine operation with hydrogen showed superior combustion stability as well as low THC and NO_X emissions, even at high EARs. However, boosting technology was required to reach the high EARs.

• 한국가스학회지
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• 제20권6호
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• pp.23-30
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• 2016

천연가스를 이용한 기존 엔진들은 효율이 우수한 희박연소를 구현하였지만 배기가스의 정화성능이 점차 강화되는 배기규제에 대응하기 위해, 이론공연비 연소 방식으로 관심이 옮겨지고 있다. 이론공연비 연소 방식은 유해 배출가스의 정화효율이 높은 삼원촉매를 사용할 수 있는 장점이 있지만, 높은 연소열 발생에 따른 열 내구성 문제와 연비가 해결과제로 남아 있다. 천연가스에 수소를 혼합한 수소-천연가스 혼합연료(HCNG))는 수소의 빠른 연소속도에 의한 영향으로 연소속도가 증가하고, 희박한계가 증가하여 배기가스재순환(Exhaust gas recirculation; EGR) 률의 공급을 증가할 수 있다. EGR률 상승은 연소온도를 낮추게 되어 엔진 열 내구성에 긍정적인 영향을 줄 수 있고, 압축비를 더욱 증가 시킬 수 있어서 효율적인 연소조건을 형성하도록 도움을 줄 수 있다. 본 연구에서는 기존 대형 가스엔진을 이용하여 개발한 이론공연비 연소 방식의 HCNG 엔진의 배출가스 저감을 최소화하기 위해, 삼원촉매를 개발 및 적용하여 배기가스 특성을 평가하고 분석하고자 하였다. 현재 상용화된 시내버스용 삼원촉매와 HCNG용으로 개발 중인 시제 삼원촉매를 각각 설치하여 정상상태 운전조건 및 과도운전조건에서 실험을 진행하고 모드실험 결과를 비교하였다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제15권4호
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• pp.348-354
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• 2004

Hydrogen gas has several merits such as lower ignition energy, wide flammability and shorter quenching distance. It leads to high thermal efficiency but backfire occurrence. In this study, feasibility of expansion of BFL(Back-Fire Limit) equivalence ratio and combustion characteristics by a dilution of hydrogen fuel are experimently examined by using experimental heavy duty single cylinder hydrogen fueled engine. As results, it is found that BFL equivalence ratio is expanded to rich range and torque is increased.

• 한국가스학회지
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• 제14권4호
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• pp.12-17
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• 2010

자동차 연료로서의 천연가스는 고옥탄가, 넓은 연소 한계, 낮은 미연탄화수소 배출 특성, 지구 온난화 물질인 $CO_2$배출 저감 등 디젤과 가솔린을 대신할 수 있는 현실성 있는 대체연료이다. 그러나 희박운전 영역에서는 느린 연소속도 등으로 연소가 불안정해지고 유해 배기가스가 증가하는 단점이 있다. 수소의 첨가는 연소속도를 빠르게 하고 가연한계를 확장시켜 초희박 영역에서도 안정된 운전을 가능하게 하며, NOx의 저감에 유리하다. 본 연구에서는 대형 수소-천연가스 혼합연료 엔진에서 수소 첨가에 따른 기본 연소특성과 희박영역 확장, 배기성능 및 효율 특성에 대해 검토하였다.

• 한국가스학회지
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• 제19권5호
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• pp.7-12
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• 2015

현재까지 수소는 주로 천연가스의 연료 개질에 의해 발생된 합성가스를 이용해 생산된다. 합성가스 내의 수소 수율을 높이기 위해선 추가적인 공정이 필요하다. 하지만, 수소의 수율 향상을 위한 공정에는 별도의 에너지원과 경제적 비용이 수반된다. 그러므로 보다 효율적으로 합성가스를 활용하기 위해 그 자체로 혼합물로 이용하는 방법에 관한 관련 연구들이 이루어지고 있다. 본 연구에서는 30kW급 발전용 스파크 점화 가스엔진에서 메탄/합성가스 혼합물이 엔진의 주요 성능에 미치는 영향을 조사하였다. 그 결과 메탄/합성가스 혼합물에 의해서 최대 실린더 내부 압력과 그 때의 크랭크 각도와 같은 엔진 내 연소 현상은 개선되는 것으로 나타났다. 이를 통해 메탄-합성가스 혼합물의 연료 전환 효율은 메탄-수소 혼합물의 약 98% 수준으로 향상시킬 수 있고 질소산화물 배출량은 메탄-수소 혼합물의 약 12%만큼 감소시킬 수 있다.

• 한국가스학회지
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• 제27권3호
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• pp.52-58
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• 2023

지구 기상이변에 대해 탄소중립의 중요성이 대두됨에 따라 무탄소 연료인 수소의 에너지원으로서의 활용도 역시 증대되고 있다. 일반적으로 수소는 연료전지(FC, Fuel Cell)에 활용되고 있으나, 이는 연소를 기반으로 하는 내연기관(ICE, Internal Combustion Engine)에도 활용될 수 있다. 특히 연료전지만으로 수소 활용 및 인프라 확장이 어려운 때에 이미 생산 측면이나 공급 측면에서 인프라가 기 구축되어 있는 내연기관은 수소 에너지 저변 확대에 큰 도움을 줄 수 있다. 다만 수소를 연소기반으로 활용할 경우 고온에서 공기 중 질소가 산소와 반응하여 유해배기물질인 질소산화물(NOx, Nitrogen Oxides)이 생성될 수 있는 단점은 존재한다. 특히 냉간 (Cold Start) 운전 영역시 포함될 EURO-7 배기규제의 경우 워밍업(Warm-up) 과정에서 발생하는 배기배출물의 저감을 위한 노력도 필요하다. 따라서 본 연구에서는 2 L급 수소 직접분사방식 전기점화 (SI, Spark Ignition) 엔진을 활용하여 냉각수를 상온에서 88 ℃로 워밍업하는 과정에서 질소산화물 및 연료소모율의 변화 특성을 살펴보았다. 특히 수소는 기존의 가솔린, 천연가스, 액화석유가스(LPG, Liquified Petroleum Gas)와 달리 가연범위(Flammable range)가 넓기 때문에 공기과잉률(Excessive air ratio)을 희박하게 조절할 수 있다는 장점이 있다. 이에 본 연구에서는 워밍업하는 과정에 있어서 공기과잉률을 1.6/1.8/2.0으로 변화하여 그 결과를 분석하였다. 본 실험의 결과는 워밍업 시 공기과잉률이 희박해질수록 시간당 질소산화물의 배출이 적고, 열효율도 상대적으로 높으나 최종 온도까지 도달 시간이 길어짐에 따라 누적 배출량 및 연료소모율은 악화될 수도 있음을 시사한다.