차가운 5월 28일 - 희박연소한계 등

안올리는게  제가 노는게 아니라 코테 공부도 하고 그래서 그렇습니다

그리고 써도 퀄리티가 너무 떨어져서 비공개로 올리는 것도 많아요

대형차량 수소 내연기관 기술의 장애물과 극복 방안
- 누구야

 수소 엔진은 무탄소 연소를 하므로 이산화탄소를 배출하지 않습니다. 또한 옥탄가가 높고 넓은 희박가연 한계를 활용한 희박연소 기술은 고효율의 엔진에 도움을 줍니다.



가솔린 엔진의 연료분사시기가 희박가연한계에 미치는 영향에 관한 연구
-1997년 김땡땡

 희박연소는 learn burn으로 연비 개선과 탄화수소 배출량 저감에 도움을 주기 위해서 사용합니다. 단점으로는 초기 화염핵 형성에의 불안정성과 화염전파속도의 감소로 연비가 나빠질 수도 있습니다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 동일한 연료량에 대하여 공기과잉상태를 만들어서 안정성을 높입니다. 또한 난류 속도를 증가시켜 화염전파속도를 증가시켜 연소시간을 단축하는 방식으로 희박연소를 실현시키고자 하였지만 난류의 강도는 회전속도 rpm에 주로 지배를 받기 때문에 포트의 형상 변경이나 텀블 유동으로 난류유동을 증가시키에는 무리가 있었습니다. 또한 어느 정도 난류 강도가 강화되면 오히려 점화 직후의 초기 화염핵 성장에 변동이 발생하고 이로 인하여 심한 사이클 변동이 발생하여 엔진의 안정성이 저하되기도 합니다.
실험적으로 연료를 성층화하여 점화플러그 근처의 공연비가 농후해지도록 하면 희박연소한계가 높아집니다. 즉 안정된 점화와 초기 화염핵 형성이 희박 연소에 중요한 인자로 작용합니다. 따라서 분사시기를 달리한다면 최종적인 연소 실내 공연비 분포가 달리지므로 유동특성 및 연료분사시기가 달라집니다. 특히 흡입유동중 와류 운동은 정상 유동장치를 이용하여 측정된 와류비를 실엔진에사 사용합이다.

 이 논문은 1997년에 작성된 논문이므로 대략적인 이론이 그렇다 하고 가져왔습니다. 현재는 터보차저를 사용하는 기술이 더 발전하였고 훨씬 더 정밀하게 직분사를 할 수 있으므로 위의 단점의 일부는 전자적으로 해결할 수 있습니다.

 희박연소라는 말은 영어 그대로 린번, learn burn 이라고 쓰는데 15대1 정도의 혼합비를 22대1 정도로 사용하는 엔진으로 주로 정의되는데 지금은 질소산화물이 과도하게 발생하여 환경규제를 맞출 수 없어서 진작에 사장당했습니다.
수소엔진에서는 터보차저를 사용해서 1대68까지 극희박연소를 하면서 egr로 질소산화물을 거르겠다고 하는데

 

수소-CNG 혼소 기관의 공기과잉률 변화에 따른 희박가연한계 및 배출가스 특성에 관한 연구
-국립환경과학원 국민대학교

 이산화탄소
- 공기 과잉률이 증가할 수록 CO2의 배출량이 선형적으로 감소
- 수소 혼합률이 가장 높은 30% 조건에서는 최대 54%까지 이산화탄소가 저감됨
- 수소 혼합률이 증가할수록 H2 + CH4 인 혼합 연료에서 수소 탄소 비율이 증가하여 탄화수소계에 연료에서만 발생할 수 있는 이산화탄소의 배출 농도가 감소하는 것으로 보아 공기 과잉률이 증가할수록 분사된 연료의 양이 줄어드는, 즉 분사되는 연료량 자체가 감소하기 때문으로 보임

 일산화탄소
- 수소가 포함되지 않은 순수 CNG 연료의 일산화탄소 배출량 대비 모든 조건에서 95% 이상의 저감률을 보여준다. 수소혼합률이 가장 높은 30%에서는 98%까지 저감됩니다. 이는 공기 과잉률이 증가하면서 산소가 풍부해지고 실린더 내의 모든 연료를 연소시켜 불완전연소를 크게 감소시키기 때문으로 분석됨. 
- 희박가연한계에 근접하면서 일산화탄소의 배출량이 미세하게 증가하는데 이는 극희박 상태에서 상대적으로 연료부족이지만 이 상황에서도 원래 상태 대비 90% 이상의 저감률
 
 탄화수소 THC
 - 수소혼합률이 높을 수록 탄화수소 배출량이 감소, 공기과잉률이 이론공연비보다 높은 1.1에서 1.2 영역에서 모든 연료 조건에서 탄화수소 배출량이 감소함을 확인
 - 실제 연소상태에서 균일 혼합 상태가 아니기 때문에 약간 희박한 영역에서의 완전 연소로 인한 것
 - 연료 내 수소-탄소 비율 증가와 수소의 높은 단열화염온도에 의한 소염층(Quenching area) 감소에 의함 (?.....)
 - 공기과잉률 조건부터 희박가연한계에 근접함에 따라서 부분 연소와 불완전연소로 탄화수소 배출량은 다시 증가하게 됨. 수소혼합률이 최대인 30%에서는 일반 조건과 동일한 수준임

 질소산화물 NOX
- 공기과잉률 1.1 조건에서 NOX 배출량이 일시적으로 증가하고 희박 영역에서부터는 급하게 감소함
- 일반적으로 질소산화물은 고온 화염에 의한 높은 연소실 온도와 높은 산소 온도, 산소와 질소가 반응할 시간과 열 해리와 같은 다양한 원인으로 발생한다
- 가장 크게 관여하는 thermal NOX는 실린더 내 온도에 의존성이 큰데 동일한 공기과잉률 조건에서 수소혼합률이 증가하면 수소의 높은 단열화염온도로 인하여 NOX의 배출농도가 증가한다
 - 하지만 화염전파속도가 빠른 수소의 특성 때문에 안정적인 연소가 가능하여 희박가연한계가 확장됨
 - 연소실 내 유입공기량의 증가로 인한 냉각효과로 thermal NOX 생성을 억제할 수 있는 점이 공기과잉률 1.1 이후의 NOX의 생성량을 감소시킬 수 있다. 수소 비율 30% 에서 NOX 생성량은 매우 적으며 96% 가량의 저감률을 보여준다.