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대체연료 엔진 (3) - 수소
수소(Hydrogen) 가스를 연소시키면 물만 생성되고, 일산화탄소나 이산화탄소, 그리고 미연탄화수소 등의 탄소화합물은 생성되지 않기 때문에 궁극적인 청정연료(Clean Energy)입니다. 단, 이론공연비 부근의 조건에서 연소시킬 경우에는, 공기 중의 질소와 산소가 반응하여 질소산화물(NOx)을 생성합니다.
수소가스의 연소에 있어서 또 다른 특징은 수소의 점화한계가 가솔린에 비해서 매우 넓어서 희박연소가 가능하다는 점입니다. 수소의 점화한계는 연료당량비로 0.14~2.5의 범위에 걸쳐 있는 반면에, 가솔린은 0.7~3.5의 범위에 걸쳐 있습니다.
수소엔진의 연소방식으로는 주로 예혼합 불꽃점화 방식과 실린더 내 직접분사 방식이 있습니다. 예혼합 불꽃 점화 방식의 수소엔진은 다음과 같은 특징을 가지고 있습니다.
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저부하 영역 |
공기과잉율이 4 정도가 되는 초희박연소가 가능합니다. 공기가 적기 때문에 NOx의 생성이 억제되고, 가스의 비열비가 크게 되기 때문에 높은 열효율을 얻을 수 있습니다. 즉, 초희박연소에서는 드로틀밸브의 저항을 작게 할 수 있어서 펌핑손실을 경감시킬 수 있기 때문에열효율의 향상을 기대할 수 있습니다. |
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고부하 영역 |
혼합기의 공연비가 이론공연비에 가까운 상태로 운전됩니다. 공연비가 이론공연비 부근의 상태이기 때문에, 조기 이상 점화(Pre-ignition)이나 역화(Backfire) 가 발생되기 쉽습니다.
예혼합 불꽃점화 방식에서는 고부하영역에서 Pre-ignition이나 Backfire가 발생하기 쉽기 때문에, 이를 해결하기 위한 방법으로 실린더 내 직접 분사 방식이 연구되고 있습니다. |
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HR-X
Mazda의 수소로타리엔진 자동차
(동경 모터쇼 출품작) |
수소엔진에 관한 연구는 기초연구의 단계에 있습니다만, 실린더 내 직접 분사 방식을 포함한 연소방식에 대한 연구나 수소흡장금속(Hydrogen Storage Metal)을 이용한 수소 저장 시스템에 대한 연구도 계속적으로 진행되고 있습니다.
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