Numerical Study on the Combustion Characteristics of Dual Fuel Engine Using Natural Gas-Diesel Fuel Blended with Hydrogen at Low Load

수소를 천연가스-디젤 이중 연료에 혼합하면 저부하 조건에서 내연기관의 연소 성능과 배출가스를 크게 개선할 수 있다. 본 연구에서는 먼저 천연가스-디젤 이중 연료 엔진의 실험 데이터를 기반으로 저부하 조건에서 수치 모델의 결과를 검증하였다. 천연가스-디젤의 이중 연료에서 디젤 에너지는 일정하게 유지하고, 천연가스의 일부를 수소로 대체함으로써 수소 에너지 비율을 변경시켰을 때 연소 성능과 배출가스 특성에 미치는 영향을 조사하였다. 본 연구에서 내연 기관의 열효율은 수소 에너지 비율이 10%, 연료분사시기가 22° BTDC에서 가장 높았으며, 수소 에너지 비율이 높아질 수록 실린더 내 연소가 더욱 완전해져 미연소 연료와 탄화수소 배출량이 감소하는 것으로 나타났으며 일산화탄소, 이산화탄소, 매연 등의 배출량이 현저히 감소하였다. 반면, 수소 에너지 비율이 증가함에 따라 실린더는 국부적으로 고온이 발생하기 쉬워 질소산화물(NOx)이 발생하기 쉽다. 본 연구에서는 수소 에너지 비율이 10%, 연료분사시기가 22° BTDC일 때 높은 열효율을 유지하면서도 질소산화물(NOx)의 증가는 상대적으로 크지 않은 것으로 나타났다.