재생합성연료로 운전되는 예혼합압축착화엔진의 저부하 영역 운전성 확장에 관한 연구 = A Feasibility Study on the Stable Low-Load Operation of an HCCI Engine Fueled with Synthetic Electrofuels

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 내연기관의 대중화에 따른 화석연료계 연료 사용량 증가로 인해 발생하는 온실가스 배출문제에 대응하기 위해 신 연소전략으로 예혼합압 축착화(HCCI), 탄소중립적 연료로 OME-2를 사용하여 시뮬레이션을 진행하 였다. 사용된 시뮬레이션 모델은 오픈소스 소프트웨어 언어인 Python과 열역학 및 연소화학 반응 계산을 위한 Cantera Library를 사용하여 개발되었다.
이 과정에서 열전달은 Hohenberg Heat Transfer Model을 사용하였으며, 압축과정에서의 과도한 열전달 반영을 해결하기 위해 보정계수를 사용한 보정을 실시하였다. 이를 통해 개발된 시뮬레이션 모델을 기존 연구와 비교해 정합성 검증을 실시하였다. 완성된 모델을 이용하여 당량비, 초기 온도 등의 운전조 건을 변화하여 계산을 진행하였다. 이 결과를 MEP Contour로 그려 저부하 영역으로의 운전영역 확정 가능성을 확인하였으며, 이 과정에서 지대한 영향을 미칠 것으로 판단되는 열적 효과와 화학적 효과에 대한 분석을 진행하였다.
이를 기반으로 최종적으로 OME-2의 활용가능성에 대해 제시하였다.

목차 (Table of Contents)

• This paper investigates OME-2, a carbon-neutral synthetic fuel, applied to a homogeneous charge compression ignition (HCCI) engine as a means to curb greenhouse gas emissions from conventional hydrocarbon combustion.
• The simulation was developed in the Python environment with support from the Cantera library to handle thermodynamic analysis and reactionkinetic calculations. Inside the cylinder, heat transfer was described following the Hohenberg correlation, while a small adjustment factor was introduced to balance the excess heat loss predicted during compression.
• Model validation was performed by comparing calculated results with reference data from earlier experimental and numerical investigations.
• Once verified, the model was used to examine how changes in equivalence ratio and intake temperature affect engine performance. Mean effective pressure (MEP) contour results indicate that OME-2 can extend the achievable HCCI operating region toward lighter-load conditions while maintaining stable combustion behavior.
• In addition, the effects of temperature-related and chemical factors on ignition and combustion were examined, showing that OME-2 has strong potential as a clean, carbon-neutral fuel for next-generation HCCI engine applications.