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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 이진홍
- 발행연도
- 2019
- 저작권
- 충남대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수41
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옥탄가는 엔진의 연로로 사용되는 휘발유의 특성을 나타내는 수치 중 하나로 안티노크성(Anti-knock) 즉, 노킹에 대한 저항성을 의미한다. 옥탄가는 엔진 설계 시 노킹 발생의 주요 원인을 파악하여 기관에서 필요로 하는 옥탄가에 맞춰 맵핑(Mapping)을 하는데 이는 연료의 옥탄가가 기관의 필요 옥탄가 보다 높으면 노킹이 발생하지 않기 때문이다. 엔진 설계 시 노킹에 대해 저항성이 큰 고옥탄가 휘발유 기준을 사용하게 되면, 일반 연료에 비해 압축비 및 공연비, 점화시기 등의 조정설계 범위가 넓어져 엔진의 성능 및 효율을 증진시키며, 차량에서 배출되는 유해물질을 감소시킬 수 있다.
본 연구에서는 휘발유의 옥탄가에 따라 차량 성능 및 배출가스에 미치는 영향에 대해 연구하고자 시중에 유통되고 있는 보통휘발유와 고급휘발유 2개의 연료를 선정하여 옥탄가 권장이 없는 엔진 1기 및 일반차량 1대, 고옥탄가 권장차량 2대를 통해 자동차 성능, 연비, 배출가스, 가속성 시험 등 옥탄가에 따른 차량의 전반적인 성능연구를 다각적으로 분석하였다.
연료 물성 분석결과는 차량의 연소 및 배출가스에 영향을 미치는 증류성상, 증기압, 발열량, 밀도, 함산소함량 등은 유사한 결과를 보였고 고급휘발유는 RON 100, 보통휘발유는 RON 92의 옥탄가를 보였다. 엔진동력계를 이용하여 엔진 성능 및 배출가스 실험, 점화시기 변경에 따른 연소특성 실험을 통해 옥탄가가 높은 연료에서 성능이 향상 되고, 노킹발생 가능성 또한 적다는 것을 알 수 있었지만 연료에 따른 배출가스 증감유무는 크게 확인하기 어려웠다.
그리고 차대동력계를 이용하여 도심(FTP-75 mode) 및 고속도로모드(HWFET mode)에서의 연비, 유해 배출가스, 가속성 실험을 각 연료에 대해 수행하였다. 연비 실험결과 도심모드 및 고속도로모드에서 실험차량 3대 모두 보통휘발유와 고급휘발유의 연비는 유사한 결과를 보였다. 가혹조건이 아닌 일반적인 운전조건에서는 옥탄가가 연비에는 큰 영향을 미치지 못하는 것으로 보였다. 그에 반면 배출가스는 고급휘발유에서 전반적으로 감소하는 모습을 보였으며, 그 차이는 고옥탄가 권장차량에서 더 크게 나타났다. 시험모드에 대한 실험차량의 추종성에서 고급휘발유가 보통휘발유를 주유한 차량보다 안정적으로 운행, 즉 안정적인 연소가 이루어진 것으로 보였다. 가속성 실험은 일반차량에서 고급휘발유가 보통휘발유 대비 가속성 및 최대출력이 미비하게 증가하였지만 고옥탄가 권장차량의 경우에는 고급휘발유에서 가속성이 평균 10.4 %, 최대출력은 평균 10.7 % 수준으로 다소 크게 증가하는 모습을 보였다.
본 연구를 통해 휘발유의 옥탄가는 안정적인 운행조건보다는 가혹한 운행조건에서 차량의 성능 및 효율, 배출가스에 크게 영향을 미칠 것으로 판단되며, 일반 차량에서도 옥탄가에 의해 일정부분의 성능 향상 및 배출가스에 저감에 도움이 될 것이라는 것을 알 수 있었다.
본 연구에서는 휘발유의 옥탄가에 따라 차량 성능 및 배출가스에 미치는 영향에 대해 연구하고자 시중에 유통되고 있는 보통휘발유와 고급휘발유 2개의 연료를 선정하여 옥탄가 권장이 없는 엔진 1기 및 일반차량 1대, 고옥탄가 권장차량 2대를 통해 자동차 성능, 연비, 배출가스, 가속성 시험 등 옥탄가에 따른 차량의 전반적인 성능연구를 다각적으로 분석하였다.
연료 물성 분석결과는 차량의 연소 및 배출가스에 영향을 미치는 증류성상, 증기압, 발열량, 밀도, 함산소함량 등은 유사한 결과를 보였고 고급휘발유는 RON 100, 보통휘발유는 RON 92의 옥탄가를 보였다. 엔진동력계를 이용하여 엔진 성능 및 배출가스 실험, 점화시기 변경에 따른 연소특성 실험을 통해 옥탄가가 높은 연료에서 성능이 향상 되고, 노킹발생 가능성 또한 적다는 것을 알 수 있었지만 연료에 따른 배출가스 증감유무는 크게 확인하기 어려웠다.
그리고 차대동력계를 이용하여 도심(FTP-75 mode) 및 고속도로모드(HWFET mode)에서의 연비, 유해 배출가스, 가속성 실험을 각 연료에 대해 수행하였다. 연비 실험결과 도심모드 및 고속도로모드에서 실험차량 3대 모두 보통휘발유와 고급휘발유의 연비는 유사한 결과를 보였다. 가혹조건이 아닌 일반적인 운전조건에서는 옥탄가가 연비에는 큰 영향을 미치지 못하는 것으로 보였다. 그에 반면 배출가스는 고급휘발유에서 전반적으로 감소하는 모습을 보였으며, 그 차이는 고옥탄가 권장차량에서 더 크게 나타났다. 시험모드에 대한 실험차량의 추종성에서 고급휘발유가 보통휘발유를 주유한 차량보다 안정적으로 운행, 즉 안정적인 연소가 이루어진 것으로 보였다. 가속성 실험은 일반차량에서 고급휘발유가 보통휘발유 대비 가속성 및 최대출력이 미비하게 증가하였지만 고옥탄가 권장차량의 경우에는 고급휘발유에서 가속성이 평균 10.4 %, 최대출력은 평균 10.7 % 수준으로 다소 크게 증가하는 모습을 보였다.
본 연구를 통해 휘발유의 옥탄가는 안정적인 운행조건보다는 가혹한 운행조건에서 차량의 성능 및 효율, 배출가스에 크게 영향을 미칠 것으로 판단되며, 일반 차량에서도 옥탄가에 의해 일정부분의 성능 향상 및 배출가스에 저감에 도움이 될 것이라는 것을 알 수 있었다.
목차
Ⅰ. 서론 1Ⅰ-1. 연구배경 1Ⅰ-2. 연구목적 4Ⅱ. 연구동향 및 이론 5Ⅱ-1. 자동차용 휘발유 5Ⅱ-2. 자동차용 휘발유 품질 및 차량 성능과의 관계 7Ⅱ-2-1. 국내외 자동차용 휘발유 품질기준 7Ⅱ-2-2. 휘발유 품질이 차량에 미치는 영향 11Ⅱ-2-2-1. 증류성상 11Ⅱ-2-2-2. 증기압 12Ⅱ-2-2-1. 성분함량 12Ⅱ-3. 휘발유의 옥탄가 14Ⅱ-3-1. 옥탄가 14Ⅱ-3-2. 고급 휘발유와 자동차의 권장 옥탄가 18Ⅱ-4. 휘발유 가격 20Ⅲ. 실험장치 및 방법 24Ⅲ-1. 실험장치 24Ⅲ-1-1. 엔진동력계 시스템 24Ⅲ-1-1-1. 엔진동력계 25Ⅲ-1-1-2. 엔진동력계용 배출가스 분석기 26Ⅲ-1-2. 차대동력계 시스템 27Ⅲ-1-2-1. 차대동력계 29Ⅲ-1-2-2. 차대동력계용 배출가스 분석기 30Ⅲ-2. 실험방법 31Ⅲ-2-1. 엔진동력계를 이용한 실험방법 31Ⅲ-2-2. 차대동력계를 이용한 실험방법 31Ⅲ-2-2-1. FTP-75 mode(Federal Test Procedure, 도심주행모드) 32Ⅲ-2-2-2. HWFET mode(Highway Fuel Economy Test Schedule 고속도로주행모드) 34Ⅲ-2-2-1. 가속성 실험 35Ⅲ-2-3. 실험용 엔진 36Ⅲ-2-4. 실험용 차량 37Ⅲ-2-5. 실험용 연료 38Ⅳ. 연구결과 및 고찰 39Ⅳ-1. 실험용 연료 분석결과 39Ⅳ-2. 엔진 실험결과 45Ⅳ-2-1. 전부하 조건에서의 엔진 성능 특성 45Ⅳ-2-2. 전부하 조건에서의 배출가스 특성 47Ⅳ-2-3. 점화시기 변경에 따른 엔진 성능 특성 50Ⅳ-2-4. 점화시기 변경에 따른 배출가스 특성 52Ⅳ-3. 차량 실험 결과 55Ⅳ-3-1. 도심 및 고속도로모드에서의 연비 실험 결과 55Ⅳ-3-2. 도심모드에서의 배출가스 실험 결과 58Ⅳ-3-3. 고속도로모드에서의 배출가스 실험 결과 63Ⅳ-3-4. 차량 가속성 실험 결과 69Ⅴ. 결론 71참고문헌 76Abstract 79
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