Operating Characteristics of Dual-fuel Combustion with DME and Gasoline in a Compression Ignition Engine

(1)

Transactions of KSAE, Vol. 22, No. 1, pp.157-164 (2014)

압축착화 엔진에서 DME-가솔린 혼소 운전 특성에 관한 연구

김 기 현․배 충 식^*

한국과학기술원 기계공학과

Operating Characteristics of Dual-fuel Combustion with DME and Gasoline in a Compression Ignition Engine

Kihyun Kim․Choongsik Bae^*

Department of Mechanical Engineering, Korea Advanced Institute of Science and Technology, Daejeon 305-701, Korea (Received 27 May 2013 / Revised 13 August 2013 / Accepted 15 August 2013)

Abstract : Dual fuel combustion strategy with di-methl ether (DME) and gasoline was tested in a compression ignition engine. Characteristics of combustion and emissions were analyzed with the variation of engine operating parameters such as fuel proportion, DME injection timing, intake oxygen concentration, DME injection pressure and so forth.

Gasoline was injected into the intake manifold to form the homogeneous mixture with intake charge and DME was injected directly into the cylinder at the late compression stroke to ignite the homogeneous gasoline-air mixture.

Dual fuel combustion strategy was advantageous in achievement of higher thermal efficiency and low NOx emission compared with DME single fuel combustion. Higher thermal efficiency was attributed to the lower heat tranfer loss from the decreased combustion temperature since the amount of lean premixed combustion was increased with the larger amount of gasoline proportion. Lower NOx emissions were also possible by lowering the combustion temperature.

Key words : DME(디메틸 에테르), Gasoline(휘발유), Dual-fuel combustion(이종 연료 혼소), Thermal efficiency (열효율), NOx(질소산화물)

Nomenclature

¹⁾

IMEP : indicated mean effective pressurea, MPa MPRR : maximum pressure rise rate, MPa/deg CA50 : crank angle corresponding to 50% heat

release rate, CAD ATDC HC : hydrocarbon, ppm CO : carbon monoxide, % NOx : Nitric oxides, ppm

1. 서 론

압축착화 엔진은 전기 점화식 엔진에 비해 높은

*Corresponding author, E-mail: [email protected]

압축비와 희박연소, 펌핑로스 저감 특성으로 높은 열효율 및 높은 연료 경제성을 가지고 있다.

¹⁾

그러 나 높은 열효율에도 불구하고, 디젤 엔진에서 많이 발생하는 NOx (Nitric oxides, 질소 산화물)와 PM (Particulate matter, 입자상 물질)을 저감하는 것이 다 가오는 엄격한 배기규제를 만족시키기 위한 필수 과제이다.

²⁾

이에 많은 연구자들에 의해 최근 다양한 신연소 기술에 대한 연구가 이루어지고 있다.

^3-5)

신연소기술은 연소 개시 전 혼합기를 형성하는

방식에서 기존 디젤 연소방식과는 차이가 있다. 대

표적인 신연소 기술로써, HCCI (homogeneous charge

compression ignition; 예혼합 압축착화)의 경우, 흡기

행정 또는 압축 행정 초기에 연료를 조기 분사하여

(2)

김기현․배충식

Fig. 1 Engine schematics

연소 전 실린더 내 균질한 혼합기를 형성한다.

³⁾

이 를 통해 희박한 예혼합 연소를 구현함으로써, NOx 와 PM을 대폭 저감할 수 있지만, 압축행정중 이른 자발 점화가 발생하는 등, 운전 조건에 따른 연소 시 작시기를 제어하기 힘들고 다점 발화로 인해 실린 더 압이 급격히 상승하면서 연소 소음이 높아지는 단점이 있다.

⁶⁾

이를 개선하기 위하여 pPCCI (partially premixed charge compression : 부분 예혼합 압축착 화) 기술이 대두되었다.

⁷⁾

분사시기를 HCCI와 기존 디젤 연소의 중간 지점, 약 -50~-30 CAD ATDC에서 분사함으로써, 예혼합 특성을 유지하되 실린더 내 연료의 성층화를 통해 점화 시기를 제어하고 급격 한 연소압 상승을 방지하였다. 그러나 pPCCI 기술 역시 엔진 부하의 증가에 따라 충분한 연료/공기 혼 합 특성과 연소상 제어를 동시에 만족시키기 어려 운 실정이다.

이와 같은 문제 개선을 위해 점화 특성이 다른 두 가지 연료를 적용한 이종 연료 혼소 기술의 엔진 적 용이 활발히 이루어지고 있다.

^8-10)

대표적인 구현 방 법으로, 옥탄가가 높은 (자발 점화 특성이 낮은) 연 료를 흡기 행정 또는 압축행정 초기에 분사하여 연 소 개시전 실린더 내 균질한 혼합기를 형성하고 옥 탄가가 낮은 (자발 점화 특성이 높은) 연료를 압축 행정 말기에 실린더내로 직접분사하여 예혼합기를

점화시킨다. 이와 같은 기술은 실린더내 연료/공기 혼합기의 예혼합 특성을 최대한 유지하면서 연소상 제어가 용이한 장점이 있다.

본 연구에서는 고옥탄가 연료로써 가솔린을, 저옥 탄가(고세탄가) 연로로써 DME를 적용하였다. DME 는 압축착화 엔진의 유망한 대체 연료중 하나로써, 세탄가가 55로 매우 우수한 자발 점화 특성을 가지고 있다.

¹¹⁾

높은 증기압 특성 및 낮은 비등점으로 인하 여 분사 직후 증발하고 주변 공기와의 혼합이 활발하 다. 또한 DME는 분자 구조상 C-C 결합이 없어 PM 배 출 억제에 매우 유리하다. 그러나 DME의 단점으로 써, 높은 함산소 특성 때문에 디젤 연소에 비해 다량 의 NOx가 배출되는 것으로 알려져 있다.

본 연구에서는 이종 연료 연소 전략을 적용하여 압축착화 엔진에서 저부하 운전 조건의 운전 특성 에 대해 조사하였다. DME와 가솔린의 연료 비율, 흡기 산소 농도, 그리고 DME 분사압력에 따른 연소 및 배기 배출물 특성에 대해 분석하였다.

2. 실험 장치 및 방법

2.1 실험 장치

실험에 사용한 엔진과 계측장치에 대한 개념도를

Fig. 1에 나타내었다. 엔진은 단기통 직접 분사식 디

젤 엔진으로 Table 1에 나타난 제원과 같이 배기량

(3)

Table 1 Engine specifications

Engine type

Single-cylinder, direct injection, four valves, compression ignition engine Displacement vol. [cc] 498

Bore X Stroke [mm] 84 × 90

Compression ratio 16

Fuel injection Direct injection : DME Port injection : Gasoline Injector specification (DME)

Injector type Piezo-actuated injector Number of nozzle holes 8

Diameter of hole [mm] 0.13 Injection angle [°] 150 Injector specifications (Gasoline)

Number of injectors 2 (each intake port) Injection pressure [MPa] 0.5

498cc, 압축비는 16이다. 가솔린은 상용 가솔린 포 트 분사기를 통해 흡기 포트에 분사하였으며, DME 는 피에조 인젝터와 커먼레일 시스템(common-rail system, Bosch)을 통해 실린더 내로 직접 분사하였 다. 실험에 사용한 분사기의 제원을 Table 1에 나타 내었다. 전용 분사기 제어장치(peak and hold driver, Zenobalti)와 분사압력 조절장치(PCV driver, Zenobalti) 를 사용하여 연료 분사압력과 분사량, 분사시기를 제어하였다. 흡입 행정 시의 맥동(fluctuation)을 방 지하기 위하여 흡기관 전단에 흡기 서지 탱크(surge tank)를 설치하였으며, 배기가스 재순환시 흡기관과 배기관 사이의 밸브 개도를 조절하여 배기가스 재 순환율을 제어하였다. 배기가스 측정 장치(Gas ana- lyzer MEXA 1500D, Horiba)를 이용하여 HC, NOx, CO양을 계측하였으며 soot 측정에는 스모크 미터 (smoke meter 415S, AVL)을 사용하였다.

실험에 사용한 DME와 가솔린의 물성을 Table 2 에 정리하였다.

2.2 실험 방법

실험 조건에 대해 Table 3에 정리하였다. 엔진 속 도는 1200 rpm에 고정하였으며, IMEP (indicated mean effective pressure : 도시 평균 유효압력) 기준 0.45 MPa로 저부하 조건에서 실험을 수행하였다. 가솔린

Table 2 Fuel properties

Properties DME Gasoline

Chemical structure CH3-O-CH3 -

Cetane number >55 -

Octane number - 92

Density [kg/m³] 667 764

Lower heating value [MJ/kg] 27.6 43.1 Temperature at 90% distilled

(T90, K) - 616

Boiling temperature (@ 0.1 MPa) 248.1 - Stoichiometric air / fuel mass ratio 9.0 14.7

Table 3 Experimental conditions

Parameter Resources

Fuels DME, Gasoline

Engine speed [rpm] 1200

Gasoline proportion [%]

(based on heating value calculation) 0, 50~90

IMEPg [MPa] 0.45 ± 0.02

DME injection timing [CAD] 345 ~ 365 DME injection pressure [MPa] 30, 40, 50, 60 Gasoline injection timing [CAD] 60 Intake Oxygen concentration

(EGR rate) [%] 21~13.5 (0~60)

비율은 전체 에너지 기준으로 0, 50~90%로 변화하 였고 DME 분사압력은 30~60 MPa 범위에서 10 MPa 씩 변화해가며 실험하였다. 가솔린 분사시기는 60 CAD 에 고정하였으며 이는 가장 낮은 HC 배출물이 나온 분사시기이다. 흡기 산소 농도는 21~13.5%로 변화해가며 EGR 율에 따른 연소 및 배기 특성을 비 교 분석하였다.

3. 실험 결과 및 토의

3.1 DME - 디젤 단일연료 연소 특성 비교

Fig. 2는 엔진속도 1200 rpm, EGR 율 40%, 분사압

력 60 MPa 조건에서 디젤과 DME의 엔진 부하에 따

른 NOx와 Soot 배출 경향을 나타내고 있다. 0.3~0.8

MPa 부하 범위에서 대체적으로 DME가 디젤에 비

해 NOx 배출이 높은 경향을 알 수 있다. 이는 DME

의 높은 함산소 특성 때문에 연소과정중에 다량의

NOx가 발생하는 것에 기인한다. 또한 디젤에 비해

미립화 특성이 더 우수하므로 완전 연소에 의해 높

은 연소 온도로 NOx 배출이 증가한 것으로 판단할

(4)

Kihyun Kim․Choongsik Bae

Fig. 2 NOx and Soot emissions of DME and diesel com- bustions according to the engine load (engine speed:

1200 rpm, injection pressure : 60 MPa, injection timing : 355 CAD, EGR rate : 40%)

수 있다. Soot 배출의 경우, DME는 운전 부하에 관 계없이 거의 배출되지 않는 것을 알 수 있으며, 반면 디젤은 운전 부하가 증가함에 따라 급격하게 증가 하는 것을 볼 수 있다. 이는 DME의 낮은 비등점과 높은 증기압으로 인한 우수한 기화특성에 기인한 것이다.

이와 같은 기초 실험을 바탕으로, DME 연소는 soot 배출을 저감하는데 유리하나, 상대적으로 NOx 배출 저감이 중요한 요소임을 알 수 있다. 따라서 본 연구에서는, DME 단일 연료 연소 경우를 기준으로 이종 연료 연소를 통하여 연비를 유지하면서 NOx 를 저감할 수 있는 가능성에 대해 중점을 두었다.

3.2 DME-가솔린 혼소에서 연료 비율과 DME 분사시기에 따른 영향

Fig. 3은 연료 비율과 DME 분사시기에 따른 연소 시작 지점(CA0) 과 연소 상(CA50)을 나타낸다. 연료

Fig. 3 CA0 and CA50 according to the fuel proportion and injection timing (engine speed: 1200 rpm, injection pressure : 60 MPa, EGR rate : 38%)

Fig. 4 Cylinder pressure and heat release rate according to the fuel proportion (engine speed: 1200 rpm, injection pressure : 60 MPa, injection timing : 355 CAD EGR rate : 38%)

비율에 관계없이 DME 분사시기가 일정한 경우 연 소 시작시기는 일정하였다. 이는 분사된 DME가 연 소 시작되는 시점은 주변의 가솔린 예혼합기에 거 의 영향을 받지 않음을 나타낸다. 그러나 가솔린 비 율이 증가하면서 연소상의 경우 다소 변화가 관찰 되었는데, 가솔린 비율이 증가할 경우에 대체적으 로 연소상이 지각되는 결과를 나타내었다. 고정된 연소 시작 지점에서 지각된 연소상은 길어진 연소 기간을 의미한다.

Fig. 4는 DME 분사시기가 355 CADC에 고정된

경우, 연료 비율에 따른 실린더 압력과 열방출율 곡

선을 나타낸다. DME 단일 연료 연소의 경우 연소

(5)

Operating Characteristics of Dual-fuel Combustion with DME and Gasoline in a Compression Ignition Engine

압력 상승이 가장 완만하였다. DME 단일 연료 연소 의 경우 예혼합연소/확산 연소의 뚜렷한 2단계의 열 방출 특성을 나타내었으며 이와 같은 연소 특성은 압축착화 엔진에서 고세탄가 연료의 일반적인 연소 특성이라 할 수 있다.

가솔린의 비율이 50%로 증가한 경우, 실린더 압 력과 열방출율이 연소 시작시에 가장 급격하게 상 승하였다. 이는 실린더 내에 이미 균질하게 분포된 가솔린/공기 혼합기가 분사된 DME와 함께 급격히 연소함에 따른 것이다. 특이한 점은, 가솔린 비율이 증가함에 따라 두 번째 열방출이 발생하기 시작하 고 그 최고 값이 증가하였다. 이는 첫 번째 열방출에 서 연소되지 않은 주변의 가솔린/공기 혼합기가 두 번째 연소에서 희박 예혼합 연소과정을 거치게 되 면서 나타난 것이다. DME 비율이 감소하게 되면서, 첫 번째 열방출에서 DME 연소에 의해 참가하게 되 는 가솔린/공기 혼합기 연소 비율이 동시에 감소하 면서 첫 번째 열방출의 최고값이 줄어들고, 두 번째 열방출량이 증가하게 된 것이다. 가솔린/공기 혼합 기가 균질하다는 가정하에 예혼합기의 당량비가 0.45이므로 두 번째 열방출은 희박한 상태에서 발생 하였다.

Fig. 5는 연료 비율과 DME 분사시기에 따른 IMEP 경향을 나타낸다. IMEP가 0.45 MPa에서 5%

이하의 편차에 수렴할 수 있도록 연료량을 제어하 였다. 대부분의 경우에서 최고 IMEP가 나타난 DME

Fig. 5 IMEP trend according to the fuel proportion and DME injection timing (engine speed: 1200 rpm, injection pressure : 60 MPa, EGR rate : 38%) *Fuel proportion was modulated based on heating value

분사시기는 355 CAD로써, 이는 CA50 기준 365 CAD 에 해당한다. 높은 가솔린 비율의 경우에서, 분사시 기가 지각됨에 따라 IMEP가 보다 급격히 감소하기 시작하였는데, 이는 가솔린 비율이 증가하면서 연 소상이 보다 더 지각되므로 연소가 더 낮은 주변 압 력과 온도하에서 발생하여 연소효율이 급격히 낮아 졌기 때문이다.

연료 비율별로 에너지 흐름 분석 결과를 Fig. 6에 나타내었다. 도시 열효율, 연소 손실(불완전 연소 생 성물로부터 계산), 열전달 손실, 배기 손실에 대해 분석하였다.

DME 단일 연료 연소의 경우 가장 낮은 연소 손실 을 나타내었다. 이로부터 DME 단일 연료 연소가 가 장 높은 연소효율을 나타낸 것을 알 수 있다. 낮은 연소효율에도 불구, 전반적으로 DME-가솔린 혼소 의 경우 DME 단일 연료 연소에 비하여 높은 열효율 을 나타내었다. 이는 감소한 열전달 손실에 기인하 였다. 앞서 기술한 바와 같이, 이종 연료 연소는 2단 계의 예혼합 연소 과정을 거치게 되고 특히 2단계는 희박한 예혼합 연소과정을 거치므로 연소 온도가 낮으므로 이로부터 열전달 손실이 감소하게 된다.

이는 Fig. 6에서 빨간색으로 나타난 열전달 손실 영 역이 단조 감소하는 경향으로부터 확인할 수 있다.

이와 같은 연소 특성은 배기 혼합물에도 밀접한 영향을 끼치게 되는데, Fig. 7에서는 HC (hydrocar- bon : 탄화수소), CO (carbon monoxide : 일산화탄소)

Fig. 6 Energy flow analysis according to the fuel proportion (engine speed: 1200 rpm, injection pressure : 60 MPa, EGR rate : 38%)

(6)

김기현․배충식

Fig. 7 HC and CO emissions according to the fuel proportion and DME injection timing (engine speed: 1200 rpm, injection pressure : 60 MPa, EGR rate : 38%)

Fig. 8 NOx emissions according to the fuel proportion and DME injection timing (engine speed: 1200 rpm, injection pressure : 60 MPa, EGR rate : 38%)

를 보여주고 있으며, Fig. 8에서는 NOx 결과를 나타 낸다. 앞선 에너지 흐름 분석에서와 같이 DME 단일 연료 연소의 경우가 분사시기에 관계없이 가장 낮 은 HC, CO 등 불완전 연소생성물 배출 결과를 나타 내었다. 가솔린 비율이 증가함에 따라 희박 예혼합 기 비율이 증가하기 때문에 HC, CO 배출물이 증가 하는 경향이 나타났다. 이에 따라, 연소 온도가 감소 하면서 NOx 배출물이 가솔린 비율이 증가함에 따 라 획기적으로 감소하는 결과가 나타났다.

3.3 DME-가솔린 혼소에서 흡기 산소

농도에 따른 영향

Fig. 9에서는 EGR 적용에 따라 변한 흡기 산소농 도에 따라서, HC, NOx, MPRR(maximum pressure

Fig. 9 NOx, HC and MPRR according to the fuel proportion and intake oxygen concentration (engine speed: 1200 rpm, injection pressure : 60 MPa)

rise rate ; 최대 압력 상승률)을 나타내고 있다. NOx 의 경우, EGR의 증가에 따라 단일연료 연소와 혼소 경우 모두에서 단조 감소하는 경향이 나타났으며, 이는 일반적으로 잘 알려진 EGR 적용에 따른 NOx 저감 효과와 일치한다. MPRR은 연소 소음을 나타 내는 주요 지표로써, 흡기 산소농도가 감소함에 따 라 단조 감소하는 경향을 나타냈다. 이는 흡기 산소 농도가 감소하면서 배기가스의 흡기 희석 효과가 증가하면서 연소가 더 느리게 발생하며 연소기간이 길어지면서 실린더 압력 상승폭이 낮아졌기 때문이 다. HC 배출의 경우 산소농도가 17% 지점까지 비교 적 일정하게 유지되다가, 산소농도가 17%이하로 감 소되는 경우 급격하게 증가하는 경향이 나타났는 데, 이는 산소농도 감소에 따라 연소온도가 감소하 다가 HC의 산화 온도보다 감소하게 되면서 다량의 HC가 배출되기 시작한 것으로 판단된다.

단일 연료 연소와 혼소의 경우, EGR 증가에 따른 배기 및 소음 변화에 있어 전체적으로 유사한 경향이 나타났으며, 연소지각 및 최고 열방출율 감소 경향 또 한 유사하였다. 따라서, EGR 증가에 따라 단일 연료 연소와 혼소간에 특별한 차이는 없는 것으로 판단된다.

3.4 DME-가솔린 혼소에서 DME 분사압력에

따른 영향

Fig. 10은 DME 분사 압력이 30~60 MPa로 변화함

에 따라 DME 단일 연료 연소의 경우와 DME20%/

(7)

Fig. 10 Heat release rate according to the fuel proportion and DME injection pressure (engine speed: 1200 rpm, EGR rate 38%, DME inejction timing 355 CAD)

Gasoline 80% 의 경우의 열방출 특성을 나타내고 있 다. DME 분사압력이 감소함에 따라 두 연료 비율 경우 모두 연소기간이 급격하게 증가하는 것을 알 수 있다. 이는 분사압력이 감소함에 따라 분사기간 이 증가하였기 때문에 연료와 공기의 혼합 시간이 증가하였기 때문이다. 또한 낮은 분사압력 때문에 감소한 분무의 모멘텀으로 인해 연료 무화 및 증발 현상 역시 느려졌기 때문이다. DME 단일 연료 연소 의 경우 확산 연소 기간이 비약적으로 증가하였다.

DME20%/Gasoline80% 의 경우 2단계의 예혼합 연 소는 그대로 유지되었으나 첫 번째 예혼합 연소의 열방출율이 다소 감소하는 형상이 나타났으며, 이 는 DME 분사율이 분사압이 낮아짐에 따라 감소하 였기 때문으로 판단된다.

DME 분사압력에 따른 연소 소음 및 열효율 변화 에 대해 Fig.11에 도시하였다. 분사압이 낮아짐에 따 라 연소기간이 증가하면서 연소상이 지각되었다.

MPRR의 경우, 증가한 연소기간으로 실린더 압 상 승이 완만해지므로 감소하는 경향을 나타냈다. 그 러나 증가한 연소기간은 열효율 측면에서 매우 불 리한 결과를 나타냈으며, 분사시기 제어를 통해 연 소상을 진각시켜 365 CAD ATDC 에 고정한 경우 열 효율의 감소폭을 줄일 수 있었으나, 긴 연소기간으 로 인해 여전히 열효율 측면에서 불리하였다.

DME의 분사압력에 따른 배기 배출물 특성에 대해 Fig. 12에 도시하였다. HC, CO 배출물의 경우 분사

Fig. 11 MPRR, CA50 and gross thermal efficiency according to the fuel proportion and DME injection pressure (engine speed: 1200 rpm, EGR rate 38%, DME inejction timing 355 CAD)

Fig. 12 HC, NOx and CO emissions according to the fuel proportion and DME injection pressure (engine speed: 1200 rpm, EGR rate 38%, DME inejction timing 355 CAD)

압력에 따른 큰 변화가 없었으나 특히 혼소의 경우 분 사압력이 증가하면서 HC, CO 배출물이 감소하는 경 향이 나타났다. 이는 높은 분사압력으로 인하여 짧은 연소기간 동안에 급격한 연소를 통하여 연소온도가 증가하면서 가솔린/공기의 희박 예혼합기에서 발생 되는 HC가 급격히 감소한 것으로 판단된다. 반대로 분사압력이 감소함에 따라 연소온도가 감소하므로 NOx 배출량은 급격히 감소하는 경향을 나타냈다.

NOx 배출물의 저감과 HC, CO 배출물의 증가를 고려

한 최적의 변수 선정이 중요함을 할 수 있다.

(8)

Kihyun Kim․Choongsik Bae

4. 결 론

압축착화 엔진에서 DME와 가솔린을 연료로 적 용한 혼소에서 엔진 운전 인자의 변화에 따른 연소 및 배기 특성에 대해 비교 분석하였다. 엔진 운전 인 자로써, 연료 비율, DME 분사시기/분사압, 흡기 산 소 농도등을 변화시켰으며 실험적 연구를 통해 아 래와 같은 결론을 도출하였다.

1) 부하에 따른 DME와 디젤 단일 연료 연소 실험 결과, DME의 경우 디젤과 대등한 열효율 및 우 수한 PM 배출 특성을 나타내었으나 다량의 NOx 배출이 문제임을 파악하였다.

2) 연소 시작 시기의 경우 가솔린 적용에 관계없이 DME 분사시기에 따라 일정하였다. 이는 DME가 가솔린 혼합기의 점화원으로 사용되었으며, 분 사된 DME는 주변 가솔린 예혼합기에 영향을 받 지 않았기 때문이다. 그러나 가솔린 비율에 따라 연소 기간이 대체적으로 증가하여 연소상의 경 우 지각되는 경향을 나타냈다.

3) 가솔린을 적용한 혼소를 통해 연소가 2단계의 예 혼합 연소의 형태로 이루어졌다. 첫 번째 예혼합 연소로부의 열방출은 분사된 DME와 인접한 가 솔린 혼합기의 연소에 기인하였으며, 두 번째 열 방출은 연소실 내 균질하게 분포하고 있는 가솔 린/공기 혼합기의 연소로부터 기인한 것으로 판 단하였다. 가솔린 비율의 증가에 따라 희박 예혼 합 연소의 비중이 증가하여 NOx 배출물은 획기적 으로 저감하고, 연소 온도의 감소로 인해 열전달 에 의한 손실이 감소하여 열효율이 증가하였다.

4) 흡기 산소 농도가 감소함에 따라 NOx 배출물이 급격히 저감되었다. 이는 배기가스 재순환에 의 한 흡기 희석으로 연소온도가 낮아졌기 때문으로 판단된다. 그러나 산소 농도가 일정 수준 이하로 감소할 경우, 다량의 HC, CO 배출을 초래하였다.

5) DME 분사압력의 감소에 따라 분사기간이 길어지 면서 연소기간이 비약적으로 증가하고, 연소온도 가 하락하여 NOx 배출물이 감소하였다. 그러나 증 가한 연소기간에 의해 열효율 악화가 초래되었다.

후 기

본 연구는 지식경제부의 재원으로 한국에너지기

술평가원(KETEP)의 지원을 받아 수행한 연구 과제 입니다. (No. 2010T100100440)

References

1) J. E. Dec, “Advanced Compression-ignition Engines Understanding the In-cylinder Processes,”

Proc. of the Combustion Institute, Vol.32, pp.2727-2742, 2009.

2) EPA Emission Standards, http://www.dieselnet.

com/standards, 2013.

3) F. Zhao, T. Asmus, D. Assanis, J. Dec, J. Eng and P. Najt, “Homogeneous Charge Compres- sion Ignition (HCCI) Engines,” SAE Interna- tional, Warrendale, PA, 2003.

4) I. Yoshinori, K. Kenji, S. Takeshi and T.

Yoshinaka, “Trial of New Concept Diesel Com- bustion System - Premixed Compression Ignition Combustion,” SAE 1999-01-0185, 1999.

5) T. Kamimoto and M. Bae, “High Combustion Temperature for the Reduction of Particulate in Diesel Engines,” SAE 880423, 1988.

6) G. T. Kalghatgi, “Auto-ignition Quality of Prac- tical Fuels and Implications for Fuel Require- ments of Future SI and HCCI Engines,” SAE 2005-01-0239, 2005.

7) H. Suzuki, “Combustion Control Method of Homogeneous Charge Diesel Engines,” SAE 980509, 1998.

8) K. Yeom, J. Jang and C. Bae, “Homogeneous Charge Compression Ignition of LPG and Gasoline Using Variable Valve Timing in an Engine,” Fuel, Vol.86, No.4, pp.494-503, 2007.

9) K. Yeom and C. Bae, “Gasoline - Dimethyl Ether Homogeneous Charge Compression Igni- tion Engine,” Energy and Fuels, Vol.21, No.4, pp.1942-1949, 2007.

10) S. Lee and O. Lim, “Research of Natural Gas/Diesel Dual Fuel Vehicle,” Transactions of KSAE, Vol.20, No.5, pp.13-18, 2012.

11) C. Arcoumanis, C. Bae, R. Crookes and E.

Kinoshita, “The Potential of Di-methyl Ether (DME) as an Alternative Fuel for Compression- ignition Engines: A Review,” Fuel, Vol.87, No.7, pp.1014-1030, 2007.