선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 LNT시스템에서 사용되는 3개의 환원제 분사용 인젝터를 이용하여 각각의 분무 특성을 알아보고 이들 인젝터가 실제 LNT 시스템에서 어떤 정화효율을 보이는지 살펴보았다. 환원제 분무를 위해 저압에서 미립화 특성이 양호한 MPI 인젝터를 이용하였으며, 고속 카메라와 광원을 이용해 분사된 환원제의 분무 특성을 파악하였다.
- 또한, LNT 시스템에서 환원제의 분사량이 촉매의 정화효율과 연비를 결정짓는 요인이 된다. 따라서, 촉매에 최적인 환원제 분사량을 도출하여 연비 소모를 최소화 하는데 주안점을 두었다. 인젝터의 분사 주파수와 듀티 및 압력에 따른 분사량 데이터를 확보하기 위하여 Table 1의 조건으로 분사량을 측정하였다.
제안 방법
- 2) 3개 인젝터의 분사량을 측정하였으며, 분사량 그래프를 직선 회귀를 통한 수식을 도출하여 인젝터의 분사량을 실험하지 않더라도 구할 수 있도록 하였다.
- 엔진조건을 Table 3의 나타낸것과 같이 고정하고 후분사 만으로 NOx 정화실험을 진행하였다. 60초를 주기로 2초씩 환원제를 분사하여 LNT재성모드를 진행하였고, 이때의 배기가스 중의 산소농도는 7%였다. 실험결과 LNT에서 Rich조건을 만들기 위한 별도의 엔진 제어 없이도 NOx의 환원이 가능하며, 이는 DFC에서 생성된 H2 및 CO의 환원력에 기인한 것으로 파악된다.
- 실험결과 LNT에서 Rich조건을 만들기 위한 별도의 엔진 제어 없이도 NOx의 환원이 가능하며, 이는 DFC에서 생성된 H2 및 CO의 환원력에 기인한 것으로 파악된다.9) 환원제를 분사할 인젝터는 LNT촉매 전단의 곡관부에 수직으로 설치하여 배기관의 중심으로 분사하도록 하였다. 배기 분석계는 HORIBA사의 MEXA -DEGR7100을 사용 하였으며 촉매 전·후단에서의 배기가스를 샘플링하였다.
- 환원제 분무를 위해 저압에서 미립화 특성이 양호한 MPI 인젝터를 이용하였으며, 고속 카메라와 광원을 이용해 분사된 환원제의 분무 특성을 파악하였다. 또한, 엔진실험을 위해 2.0L급 디젤엔진과 배기가스 분석계(MEXA-DEGR7100, HORIBA)를 이용하여 배기 가스 분석을 수행 하였다.
- 배기 분석계는 HORIBA사의 MEXA -DEGR7100을 사용 하였으며 촉매 전·후단에서의 배기가스를 샘플링하였다.
- 분무특성이 다른 3개의 인젝터를 LNT촉매의 환원제 분사용으로 적용하였다. 인젝터의 기초분무 특성을 파악했으며, LNT촉매가 적용된 엔진실험을 통해서 각각의 인젝터를 최적화 시켰다.
- 인젝터 A와 B는 비슷한 결과를 보였으며 C인젝터의 분사량은 다른 인젝터의 50%수준으로 나타났다. 엔진 실험 시 각 인젝터의 분사 조건은 이 분사량 수식으로 계산하여 동일한 분사량을 기준으로 분사주기와 듀티비 및 분사 횟수를 결정하였다.
- 5는 엔진과 LNT 시스템의 배치를 나타낸 개략도 이다. 엔진에서 근접한 부분의 배기 라인부터 차례로 CPF(Catalyzed Particulate Filter)와 DFC(Diesel Fuel Catalyzer) 및 LNT를 설치하였다. DFC는 2차분사계 인젝터와 LNT사이에 장착되는 촉매로, 인젝터에서 분사된 환원제가 NOx 환원에 효과적인 H2, CO 및 low chain hydrocarbon으로 변환된다.
- 엔진조건을 Table 3의 나타낸것과 같이 고정하고 후분사 만으로 NOx 정화실험을 진행하였다. 60초를 주기로 2초씩 환원제를 분사하여 LNT재성모드를 진행하였고, 이때의 배기가스 중의 산소농도는 7%였다.
- 위 결과를 토대로 각 인젝터별 최적화를 진행하였다. Fig.
- 1은 대기분무가시화 장치의 개략도를 나타낸 그림이다. 이 실험장치를 이용하여 환원제 분사시의 분무 특성을 파악하였다. 측면과 단면을 나눠서 촬영 하였고, 광원으로 제논(Xenon) 램프와 2W 급 Nd-YVO4 레이저를 사용하였다.
- 각각 인젝터의 특성은 Table 2에 나타내었다. 인젝터 A에 대하여 이전의 실험에서 최적 분사 조건으로 결정 되어진 4.0bar, 30Hz, 분사량(약 1.8g/min)의 조건으로7)분사하였다. 각 인젝터별 정화 효율을 먼저 측정·비교하였고, 그 결과를 토대로 각각의 인젝터가 최소의 분사량으로 최대의 효율을 낼 수 있는 최적조건을 찾았다.
- 분무특성이 다른 3개의 인젝터를 LNT촉매의 환원제 분사용으로 적용하였다. 인젝터의 기초분무 특성을 파악했으며, LNT촉매가 적용된 엔진실험을 통해서 각각의 인젝터를 최적화 시켰다.
- 인젝터의 성능과 특성을 알아보기 위한 기초실험 수행 후, 실제 LNT 시스템에 각각의 인젝터 A, B, C가 NOx정화 능력에 미치는 영향을 알아보았다. 각각 인젝터의 특성은 Table 2에 나타내었다.
- 3은 분무의 입경 측정 시에 사용한 측정점의 위치를 나타낸 그림이다. 트레버서를 이용하여 인젝터 팁 아래방향 30mm에서 60mm 지점까지 10mm 단위로 측정을 하였고, 축 중심으로부터 3mm 간격으로 7~13개의 점에 대한 입경을 측정하였다.
- 따라서 본 연구에서는 LNT시스템에서 사용되는 3개의 환원제 분사용 인젝터를 이용하여 각각의 분무 특성을 알아보고 이들 인젝터가 실제 LNT 시스템에서 어떤 정화효율을 보이는지 살펴보았다. 환원제 분무를 위해 저압에서 미립화 특성이 양호한 MPI 인젝터를 이용하였으며, 고속 카메라와 광원을 이용해 분사된 환원제의 분무 특성을 파악하였다. 또한, 엔진실험을 위해 2.
대상 데이터
- 이 실험장치를 이용하여 환원제 분사시의 분무 특성을 파악하였다. 측면과 단면을 나눠서 촬영 하였고, 광원으로 제논(Xenon) 램프와 2W 급 Nd-YVO4 레이저를 사용하였다. 본 실험에서는 고속카메라(Phantom 7.
데이터처리
- 인젝터의 분사 주파수와 듀티 및 압력에 따른 분사량 데이터를 확보하기 위하여 Table 1의 조건으로 분사량을 측정하였다. 각 조건별로 1분씩 10회 반복실험으로 평균값을 구하였으며, 얻어진 데이터는 직선회귀법을 이용하여 수식으로 나타내었다.
이론/모형
- SMD측정을 위해서 Malvern사의 Mastersizer S모델을 사용하였다. 이 측정 시스템은 인젝터 분사와 같은 밀도가 낮은 분무 측정에 적합한 시스템이다.
- 측면과 단면을 나눠서 촬영 하였고, 광원으로 제논(Xenon) 램프와 2W 급 Nd-YVO4 레이저를 사용하였다. 본 실험에서는 고속카메라(Phantom 7.0, Vision research,USA)를 이용하여 분무화 상을 취득하였고, 분사 시기와 분사기간 및 카메라와의 동기화는 펄스 발생기(BNC, Model 555 Pulse/delay generator, England)를 이용하였다. 실험조건은 Table1에 나타내었다.
- 펄스폭은 단일 분무 특성을 결정하며, 분사 주기는 환원제의 농도를 결정하고, 펄스의 횟수는 총 분사량을 결정한다. 이러한 PWM 신호는 NI(National Instrument)사의Lab VIEW를 이용하여 Signal pattern을 제어하였다.
성능/효과
- 1) 인젝터A, B, C는 서로 다른 분무특성을 보였으며, 이는 LNT촉매의 NOx를 저감시키는 특성 에 큰 영향을 준다.
- 특히 LNT시스템은 SCR에 비해서 상대적인 체적이 작아 승용디젤에 적합하며, 이론적으로 가장 안정적이라고 알려져 있다.1,2) 이런 LNT 촉매는 희박 분위기 조건에서는 NOx를 흡장하게 되고 농후한 분위기에서는 환원 분위기 형성을 통하여 NOx를 저감시키게 된다. 희박 공연비에서 동작하는 디젤 엔진에서는 이러한 환원 과정을 이루기 위해 주기적으로 농후한 분위기를 형성해 주어야만 하는데,3) 이를 위해서 환원제를 배기관에 직접 분사해주는 2차분사계를 필요로 한다.
- 3) 3개 인젝터 모두 분사압력, 펄스 폭, 분사횟수, 분사기간에 따른 정화효율의 변화가 크게 나타 났으며, 환원제의 분무 평균입경도 NOx의 정 화효율에 영향을 미치는 것으로 판단된다.
- 3.1~3.3까지 인젝터의 기초분무 특성결과를 기반으로 2차 분사에 대한 분사조건을 용이하게 선정할 수 있었다. Fig.
- 4) 인젝터 A, B, C는 각기 다른 조건에서 최적화 되었고, 그때의 NOx저감 효율은 약 70%이상 이며 연료소비율은 A, C의 경우 약 1.7~1.9 g/min , B의 경우 약 2.5g/min이었다.
- 각 인젝터별 정화 효율을 먼저 측정·비교하였고, 그 결과를 토대로 각각의 인젝터가 최소의 분사량으로 최대의 효율을 낼 수 있는 최적조건을 찾았다.
- 인젝터 특성 평가 결과 대기분무 평균입경이 A는 50~60μm 정도였으나, B는 110~120 μm 정도로 2배 정도로 크게 측정되었다. 결과적으로 분무 평균입경이 실제 NOx 정화 특성에 영향을 미치는 것으로 판단된다.
- 11은 인젝터 C에 대한 그래프이며, 이 결과로부터 분사 압력 변화에 대하여 분사주기 30Hz에서 NOx 저감 효과가 가장 우수하게 나타났다. 그리고 인젝터C는 분사압력 4.0bar에서 분사량을 증가시켜야 정화효율이 상승하였으며, 압력에 따른 정화효율은 5.0bar와 6.5bar가 비슷하므로 5.0bar 이상의 압력으로 가압할 필요는 없다는 사실을 알 수 있다.
- 12는 NOx 정화효율이 높으며, 환원제(연료)의 소비율도 적은 최적 조건을 만족 시키는 인젝터를 찾아낸 그래프이다. 그림의 결과와 같이 인젝터 B는 최적조건을 만족하지 못했으며 다른 두 인젝터A와 C는 적은 분사량으로 70%이상의 효율을 보이는 최적조건을 만족했다.
- 한편, C 인젝터는 중공 형태의 분무이고, 분무각이 다른 두 인젝터에 비해서 크게 나타났으며, 농도의 편중됨 없이 미립화가 잘 일어났다. 또한, 분무의 대칭성도 비교적 양호하게 나타났다.
- 전체적으로 분당 분사횟수가 많은 30Hz와 40Hz에서 NOx 정화 효율이 높음을 알 수 있으며, 고압으로 분사할수록 적은 분사량임에도 저감효과가 우수함을 확인할 수 있다. 또한, 약 1.7~1.9g/min의 분사량에서 NOx 정화 효율이 높게 나타났다.
- 인젝터 A의 경우 2-Spray 형태의 분무 축을 확인할 수 있으며, 액주의 바깥쪽에서 SMD값이 크게 나타남을 알 수 있다. 또한, 연료 분사 압력이 증가할수록 분무입경이 작아짐을 확인할 수 있다.
- 또한, 인젝터 C에서도 고주파일수록 NOx 정화효율이 높게 나타나는 경향성을 보였다. Fig.
- 60초를 주기로 2초씩 환원제를 분사하여 LNT재성모드를 진행하였고, 이때의 배기가스 중의 산소농도는 7%였다. 실험결과 LNT에서 Rich조건을 만들기 위한 별도의 엔진 제어 없이도 NOx의 환원이 가능하며, 이는 DFC에서 생성된 H2 및 CO의 환원력에 기인한 것으로 파악된다.9) 환원제를 분사할 인젝터는 LNT촉매 전단의 곡관부에 수직으로 설치하여 배기관의 중심으로 분사하도록 하였다.
- 인젝터 A의 NOx 저감 효과가 가장 우수했으며, 환원제의 분사량이 동일하더라도 인젝터의 종류별로 다른 효율을 보였다. 이 결과로 부터 인젝터의 분무 특성에 따라 높은 효율을 낼 수 있는 분사 조건이 서로 다름을 알 수 있다.
- 10은 인젝터 B에 대한 그래프이다. 인젝터 B는 인젝터 A에 비해 비교적 적은 분사횟수(20~30Hz)와 분사량이 인젝터 A에 비해 약 125% 많은 조건에서 NOx 정화 효율이 높게 나타났다. 이는 인젝터 B가 인젝터A에 비해 2차 분사계에서 적합성이 낮음을 의미한다.
- 인젝터 특성 평가 결과 대기분무 평균입경이 A는 50~60μm 정도였으나, B는 110~120 μm 정도로 2배 정도로 크게 측정되었다.
- 9는 인젝터 A의 각 분사조건에 대하여 분사량 순으로 NOx 정화 효율을 나열한 그래프이다. 전체적으로 분당 분사횟수가 많은 30Hz와 40Hz에서 NOx 정화 효율이 높음을 알 수 있으며, 고압으로 분사할수록 적은 분사량임에도 저감효과가 우수함을 확인할 수 있다. 또한, 약 1.
- 인젝터A와 B는 2-spray 형식이지만, A는 분무각이 크고 액주가 뚜렷하게 나타났고, B는 A보다 분무각이 작으며 액주간의 간섭현상이 크게 나타났다. 한편, C 인젝터는 중공 형태의 분무이고, 분무각이 다른 두 인젝터에 비해서 크게 나타났으며, 농도의 편중됨 없이 미립화가 잘 일어났다. 또한, 분무의 대칭성도 비교적 양호하게 나타났다.
- 반면, 인젝터 B의 경우 분무입경이 한쪽으로 치우친 경향성을 나타냈다. 한편, 인젝터 C는 비교적 고른 입경크기의 분포가 보이며 평균 입경의 크기도 A, B에 비해서 작은 것으로 나타났다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.