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Aug 19, 2023

디젤의 연소, 배출, 안정성 특성 개선

과학 보고서 12권,

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 18963(2022) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

본 연구에서는 n-데칸올을 공용매로 활용하는 CI 엔진에서 메탄올의 적용성을 높이기 위해 노력하였다. 작업은 이진 단계로 분할되었습니다. 먼저, 디젤을 기준 연료로 사용하여 순수 메탄올(M100)과 함수 메탄올(MH10)의 안정성을 다양한 온도(10°C, 20°C, 30°C)에서 조사했습니다. 조사 결과 M100-디젤과 MH10-디젤 조합은 불안정한 것으로 나타났습니다. 따라서 n-데칸올은 공용매로 활용되었습니다. 다음으로, n-데칸올과 M100-디젤 혼합물의 세 가지 비율을 조작하여 엔진 연소 및 배출 특성을 평가했습니다. 5, 10, 15% M100과 20% n-데칸올로 구성된 세 가지 혼합물은 각각 M5, M10 및 M15로 표시됩니다. 이러한 조합은 열중량 평가를 통해 평가되었으며, 물리화학적 특성은 ASTM에 따라 평가되었습니다. M100/디젤/n-데칸올 조합의 경우 디젤유에 비해 최대 실린더 내 압력, 열 방출률 및 압력 상승률이 각각 10%, 11%, 10% 감소했습니다. 브레이크 열효율은 디젤 대비 10% 감소한 반면, 브레이크 고유 연료 소비량은 10% 증가했습니다. NOx와 연기 불투명도 수준은 각각 약 30%와 50% 감소한 반면, CO와 UHC는 디젤유와 비교하여 혼합물의 경우 약 50%와 60% 증가했습니다.

경제적 유용성과 에너지 가용성은 우리의 일상 생활에 영향을 미치는 주요 과제입니다1. 결과적으로, 압축 점화(CI) 엔진을 포함한 연소 시스템에서 활용하기 위한 대체 연료에 대한 인식은 필수적인 과제입니다2. 또한, 석유의 활용은 환경의 CO2 농도를 급격하게 증가시킵니다. 이러한 점에서, 연소 부산물 위험을 줄이기 위해 바이오디젤 및 알코올을 포함한 생태학적 자원에서 확립된 연료의 적용이 권장되었습니다2,3.

정확하게 말하면, 메탄올은 지난 몇 년 동안 유망한 대체 연료로 확인되었습니다. 이는 광범위한 공급업체, 대량 제조, 적절한 물리적, 화학적 자산에 기인합니다4. 결과적으로, 메탄올은 CI 엔진5,6의 친환경 연소를 위한 필수 옵션 중 하나로 성장한 대체 연료로 간주됩니다. 그럼에도 불구하고 대체 경로, 저온 개시, 부분 부하 상황 미만의 점화 장애물 및 연소 변동으로 구성된 메탄올(M100) 조작과 관련된 몇 가지 우려가 있습니다7. CI 엔진용으로 확립된 비전통적인 연료의 매우 필수적인 측면은 관련 세탄가(CN)로, 이는 M1001의 경우 작습니다. 또한 M100의 타당성은 재생 가능성이 있는 디젤 연료 및 O2 물질과 결합하여 이후의 그을음 농도를 대폭 떨어뜨림으로써 수세기 동안 조사되었습니다7,8. M100에서 생성되는 NOx의 양은 연소 온도를 낮추는 기화 잠열(LHV)이 높아져 최소화됩니다. 디젤 연료의 대안으로 M100의 추가적인 제약은 연료와 혼합되는 동안 발열량(HV)이 적고 조합 불변성 문제로 구성됩니다9,10.

메탄올(M100)은 혼합 모드 또는 이중 모드를 포함한 두 가지 기술을 사용하여 CI 엔진에 사용할 수 있습니다. 혼합 모드에는 유화제 또는 공용매11를 사용하는 M100과 디젤의 혼합물이 포함되는 반면, 이중 모드에서는 메탄올이 흡입구 매니폴드5,12에 개별적으로 주입됩니다. M100과 디젤 연료를 혼합하는 주요 이점은 M100이 연소 영역에 연속적으로 삽입되어 오염을 실질적으로 줄일 수 있는 영역에 있는 것처럼 보인다는 것입니다. 유화제나 공용매를 첨가하는 것은 혼화성 문제를 해결하는 방법으로 간주되어 왔습니다5. 제한된 종류의 연구에서는 M10013의 냉각 효과를 완화하기 위해 M100을 배기 매니폴드에 삽입하는 효과를 평가했습니다. Nour 등14은 흡열 결과를 제거하기 위해 배기 매니폴드에 에탄올과 물을 첨가하는 방법을 조사했습니다. 그들은 디젤에 비해 에탄올/물 혼합물의 최고 실린더 내 압력, 평균 유효 압력 및 점화 지연이 증가했다고 보고했습니다.