An Experimental Study on Ignition Delay Characteristics of Isooctane-Ethanol Blend Fuel for Knocking Prevention in Spark Ignition Engine

Abstract

다운사이징과 온실가스 배출저감은 21세기 자동차업계의 가장 큰 관심사들 가운데 하나이다. 이를 위해서 노킹과 같은 기술적 문제에 대한 해결이 필요하다. 이에 관련하여 일반적으로 노킹을 방지하는데 도움이 된다고 알려진 에탄올을 가솔린의 모사연료인 이소옥탄과 혼합하여 급속압축장치(RCM)을 이용하여 여러 가지 조건에서의 점화지연을 측정하였다. 또한 실험결과의 분석을 위해 화학 반응 모델을 이용하였다. 연구 결과 800–840K 의 온도 영역에서는 에탄올의 포함 여부가 점화지연을 길어지게 하는 주요 원인으로 밝혀졌다. 반면에 850–880K 의 온도 영역에서는 에탄올의 존재가 큰 변화를 나타내지 않았다. 또한 두 경우 모두 혼합 연료 중 에탄올의 함량이 50% 이상인 경우 비슷한 경향을 나타냈다. 실험 결과를 분석해 보면, 에탄올의 초기 화학 반응이 어떻게 진행되느냐에 따라 전체적인 혼합 연료의 점화 지연 경향이 결정된다는 것을 알 수 있다. 그러나 화학 반응 모델의 불완전성을 발견할 수 있었으며, 이에 대한 추가적인 개선을 통해 실험 결과를 더 잘 재현할 수 있을 것으로 기대된다.

Downsizing and greenhouse gas reduction are the primary interests of automotive industry for the 21st century. These trends face with technically challenging problems, and knock or knocking is one of them. In relation to knock phenomenon study, ignition delays of isooctane-ethanol blend fuel under various conditions are measured by using a rapid compression machine and experimental results are analyzed by chemical kinetics. Results show that ignition delay tends to be considerably longer with the addition of ethanol into isooctane under 800–840 K region, but this characteristic of ethanol as a reaction-delaying agent diminishes as various blends show similar reactivity under 850–880 K region. In addition to that, there is no significant difference of test results when ethanol content in blended fuel is more than 50 %. Analyses on these cases show that different reaction pathway of ethanol under the test conditions is a key in understanding experimental results, nevertheless additional work to the kinetic models would fairly improve the accuracy of computational studies to a certain extent.