Numerical Study on Combustion and Emission Characteristics of Ammonia/Diesel Dual-Fuel Engine

최근 내연기관 분야에서 탄소 배출을 줄이기 위해 저탄소/무탄소 연료를 사용하는 연구가 진행되고 있다. 암모니아는 탄소가 없는 연료지만, 단독으로 내연기관 연료로 직접 적용하기는 어렵다. 암모니아/디젤 이중연료 엔진은 RCCI(반응성 제어 압축 착화) 연소 방식을 채택한다. 본 연구는 암모니아/디젤 이중연료에 초점을 맞추고, 디젤 엔진의 3차원 수치해석 모델을 구축하여, NH₃ 에너지 비율(총 에너지의 0%~70%)과 SOI가 38° BTDC에서 14° BTDC 범위일 때 암모니아/디젤 이중연료의 연소 성능과 배출 특성을 모사하였다. 암모니아 에너지 비율이 증가함에 따라, 실린더 최고 압력은 암모니아 에너지 비율 30%부터 현저히 감소하고, 최고 압력이 나타나는 시점은 지연된다. 암모니아 비율이 증가할수록 열효율은 감소하였다. 암모니아 비율이 높을수록 연소 억제를 상쇄하기 위해 조기 분사가 필요하지만, 암모니아의 고유한 연소 한계 때문에 고농도에서는 전체 열효율이 여전히 낮아진다. SOI 14° BTDC에서, 순수 디젤 기준치인 574 g/kW·h와 비교했을 때, 암모니아 비율이 60%와 70% 조건에서는 각각 323 g/kW·h, 278 g/kW·h의 CO₂ 배출량을 기록하여 43.73%와 51.57% 감소를 달성하였다. 연소되지 않은 암모니아와 탄화수소(HC) 배출량은 암모니아 비율이 높아질수록 증가하는 경향을 보인다. 암모니아 에너지 비율이 0%에서 70%로 증가함에 따라 NOx 배출량은 60% 이상 크게 감소하였다.