바이오디젤-에탄올 혼합연료의 機關性能 및 排出가스 特性에 關한 硏究 = A Study on Engine Performance and Exhaust Emission Characteristics using Biodiesel-Ethanol Blended Fuel
저자
발행사항
서울 : 국민대학교 자동차전문대학원, 2010
학위논문사항
학위논문(석사)-- 국민대학교 자동차전문대학원 : 엔진 및 공조시스템전공 2010. 2
발행연도
2010
작성언어
한국어
주제어
발행국(도시)
서울
형태사항
68p ; 26cm
일반주기명
지도교수 :이성욱
소장기관
식물성 기름으로 제조가 가능한 바이오 디젤은 재생 가능한 에너지인 동시에 지구온난화 억제에 효과적인 카본 뉴트럴(Carbon-Neutral) 연료로써 주목을 받고 있다. 또한, 인체에 대하여 무해하며 생분해성이 높은 것 역시 낮은 환경부하 측면에서 이상적인 연료의 하나라고 말할 수 있다. 바이오디젤은 물리적인 성질 대부분이 디젤 연료와 비교해서 비슷하거나 더 우수하다. 특히 세탄가(Cetane Number)는 디젤 연료에 비해 높으며, 일반디젤 연료와 열량 값도 거의 같다. 그러나 바이오디젤은 저온유동성이 경유에 비해 대폭 떨어지기 때문에 상용화에 있어서 걸림돌이 되고 있다. 이를 개선하기 위해 현재 바이오디젤에는 다양한 첨가제를 사용하고 있다. 최근의 연구에서는 바이오디젤에 에탄올을 첨가함으로써 저온유동점 저하 및 PM저감에 효과적이라고 보고되고 있다. 한편, 첨가된 에탄올 역시 식물로부터 제조가 가능하며, 그 혼입에 있어서 바이오디젤의 카본 뉴트럴(Carbon-Neutral)한 특징이 손상될 일은 없다.
이에 본 연구에서는 바이오디젤의 첨가제로써 바이오에탄올과 동일한 특성을 가지는 99.9% 에틸알콜을 사용하여 바이오디젤-에탄올 혼합연료를 정밀제어가 가능한 커먼레일 기관의 정적연소기를 통해 분무 및 연소특성을 실험적으로 계측하고, 기존 경유 및 바이오디젤 연료특성과 비교하여 바이오디젤-에탄올 연료의 적용 특성을 조사하였다.
또한 디젤기관의 성능평가 모드인 ND-13 mode에서 기관성능 실험을 실시하고 배출가스 특성을 파악하였다.
바이오디젤의 경유대비 높은 점도특성은 바이오 디젤에 에탄올의 혼입율 증가에 의해 낮출 수 있음을 확인하였다. 바이오디젤의 에탄올 혼입시 함산소량 증가를 가져오게 되며, 연소시에는 에탄올의 혼합량보다는 연료내에 존재하고 있는 바이오 디젤의 연료특성이 더 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다. 정적연소기내 분무실험결과, 바이오디젤-에탄올 혼합연료는 디젤 및 바이오 디젤의 분무 발달 과정과 큰 차이 없이 동일한 경향을 보임을 확인 하였으며, 연소실험결과, 바이오디젤-에탄올 혼합연료는 바이오디젤의 함량에 따라 착화지연기간이 짧아지고, 에탄올의 함산소특성으로 연소가 지속적으로 일어나는 것을 확인하였다.
기관성능 실험결과 바이오디젤에 에탄올 혼합시 최대출력 및 토크는 감소하며, 연료소비율은 다소 증가함을 알 수 있었으며,배출가스 실험결과 바이오디젤에 에탄올 혼합시 THC, CO, PM은 기존 바이오디젤과 대비하여 거의 동일한 수준이나 더 낮은 배출량을 보이며, NOx의 경우는 다소 상승하는 것을 확인하였다.
본 연구를 통해 바이오디젤에 에탄올을 첨가제로 사용시 바이오디젤의 저온유동성을 개선하며, 기관성능은 다소 감소하나, 유해배출가스를 조금 더 줄일 수 있음을 확인하였다.
Biodiesel is most commonly made from vegetable oil and has come into spotlight as a regenerative energy as well as a resource for Carbon-Neutral. It’s also harmless to body and contains high biodegradability, which makes an ideal resource in terms of Low Environment Load.
Biodiesel, as compared to Disel fuel, is relatively superior or similar in physical disposition. Especially, Catane Number is higher than Disel fuel and has almost the same calories as ordinary disel fuel. Biodisel, however, is facing difficulties in commercializing due to its low temperature liquidity. In order to fix the problem, diverse Additives have been used for Biodisel. A recent study shows that using Bioisel blended with ethanol is quite effective for reduction of a low temperature spot and PM.
Blended ethanol can be produced from vegetable. The characteristic of Carbon-Neutral can’t be compromised during the process.
This study demonstrates the atomizing and burning Characteristics through Constant volume combustor and ethylalcohol that is 99.9% identical to Bio-ethanol.
The study also examines the characteristics of Biodiesel Etanol fuel in comparison to existing biodisel fuels and evaluates properties of exhaust gas by conducting engine efficiency test in ND-13 mode.
The results indicate that Biodisel’s high Viscous property can be decreased by the increasing rates of ethanol in Biodisel and Biodisel mixed with ethanol can also cause the increasing amount of oxygen. Also, fuel property of biodisel have more influence than the amount of ethanol While burning.
As a result of spraying test, biodisel fuel mixed with ethanol shows no significant difference from the spraying process of disel and biodisel. The burning test confirms that reduction of autoignition delay time highly depends on the amount of biodisel in Biodisel fuel mixed with ethanol and the amount of oxygen in ethanol creates a continuous combustion. The engine efficiency test suggests that maximum output and torque has decreased while the rate of fuel has increased in a process of blended ethanol into biodisel.
The exhaust gas test confirms that THC, CO, and PM have almost the same or less exhausting amount compared to existing biodisel and NOx has increased at the same time.
This study finds that mixing ethanol into Biodisel complements and reduces the amount of noxious exhaust gas while engine efficiency can be decreased.
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