적응형 이중연료 분사장치를 이용한 하나의 엔진에서의 2가지 분사방식 검토

KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2015-12-16

위스콘신 대학교 매디슨 캠퍼스 연구진들은 한 사이클에서 휘발유와 디젤 연료 모두를 직접 분사할 수 있는 콴트로직(QuantLogic)사의 우수한 적응형 이중연료 분사장치(adaptive dual-fuel injector)를 이용하여, 반응 제어형 압축점화(RCCI, reactivity controlled compression ignition) 방식과 휘발유 압축 점화(GCI, gasoline compression ignition) 방식의 효과를 합성하는 방법을 연구했다. 엔진 분사기술 회사인 콴트로직(QuantLogic)사의 설립자인 데양 호우(Deyang Hou)씨와 공동으로, 그들은 [Engine Research] 저널에 발표된 논문에서 반응 제어형 압축점화(RCCI) 방식과 휘발유 압축 점화(GCI) 방식의 계산적 최적화에 대해 보고했다. - 반응 제어형 압축점화(RCCI) 방식은 서로 다른 자동-점화 특성이 있는 연료들의 실린더 내에서의 혼합방식을 사용하여 고효율 청정 연소 방법을 제공할 수 있는 유망한 저온 연소전략이다. 이 방식은 다른 반응성을 가진 2개의 연료를 사용하여 연료의 반응성을 변화시킴으로써 연소를 제어하는 방식이다. 예를 들어, 휘발유의 포트 연료분사(불꽃점화 엔진에서 흡입공기와 혼합하는 방식) 방식과 압축 도중에 연소실로 디젤연료를 여러 번 직접-분사하는 방식(디젤 엔진)의 결합 등이다. - 휘발유 압축 점화(GCI) 방식은 주입 압력을 낮추고 값비싼 후처리장치를 덜 사용하면서 매우 높은 효율성을 확보하기 위해 디젤 압축 점화 엔진 내에 저옥탄가 휘발유를 사용한다. 콴트로직(QuantLogic)사는 하나의 분사장치로 휘발유/E85와 디젤연료를 필요에 따라 직접 분사할 수 있도록 하는 적응형 이중연료 분사장치를 개발했다. 중소 비즈니스 혁신연구(SBIR, Small Business Innovation Research) 자금지원을 받아 개발된 이 기술은 연료시스템 비용을 줄이고 실제 엔진에 우수한 연소방식 시행이 가능토록 설계되었다. 최적화 수행을 위해, 연구팀은 위스콘신 대학교 엔진연구센터의 [KIVA] 코드와 다목적 유전 알고리즘을 결합하여 사용했다. 모델 평가는 기존의 디젤 반응 제어형 압축점화(RCCI) 연소 방식과 휘발유 압축 점화(GCI) 연소 방식을 비교함으로써 수행되었고, 평가된 모델은 최적의 반응 제어 압축 점화-휘발유 압축 점화 연소 전략을 개발하는데 사용되었다. 반응 제어형 압축점화(RCCI) 최적화 결과는 포트-분사기술과 직접-분사 기술을 결합시켜 사용하는 것 대신에 휘발유와 디젤 연료 모두를 직접 분사하는 방식을 통해 휘발유의 양이 고려되는 부하 전체 범위에서 높은 퍼센트를 유지한다는 사실을 보여주었다. 이 연구에서, 모드-가중 휘발유 퍼센트는 91%였다. 가장 가벼운 부하 점에서, 휘발유의 직접 분사는 최적의 결과를 유도했지만 다른 부하 점에서는 사전에 혼합된 휘발유가 최적의 결과에 미치지 못했다. 반응 제어형 압축점화(RCCI) 연소방식은 기존의 디젤 연소에서보다 전체 표시 효율성이 사이클 당 평균 약 33% 개선되었다. 사이클 당 평균 질소산화물 및 수트의 배출량은 각각 95%와 75% 정도로 감소했다. 전체 운영 과정에서의 운영을 실증화하기 위해, 고속의 고부하(16바, 분당 2,500회전) 조건에서 최적화가 수행되었다. 또한, 최적화 결과는 이 부하 점에서 휘발유 압축 점화를 사용하게 되면 질소산화물과 수트 배출량이 거의 없는 상태에서 전체 표시 효율성 46.4%가 달성됨을 보여주었다. http://www.greencarcongress.com/2015/12/20151210-wisconsin.html