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문제 정의
- 이러한 상황에서 본 연구에서는 가솔린 엔진의 점화 2차 파형과 배기가스 측정과 분석을 통하여 노후차량의 배기가스 저감을 도모하고자 하였다.
제안 방법
- Table 3은 본 연구에서 수행한 차량의 운전 조건을 나타낸다. 속도 20km/h, 60km/h, 100km/h의 주행조건으로 센서의 파형, 배기가스를 측정하였다.
- 차량의 상태에 따라 점화 2차 파형과 배기가스와의 상관관계를 분석하기 위하여 섀시다이너모미터를 이용한 주행 실험을 하였다. 점화 2차 파형은 유효방전에너지로 특성을 나타내므로 그 값과 배기가스의 값과 변화율을 분석하여 상호 연관성을 파악하였다.
- 차량의 상태에 따라 점화 2차 파형과 배기가스와의 상관관계를 분석하기 위하여 섀시다이너모미터를 이용한 주행 실험을 하였다. 점화 2차 파형은 유효방전에너지로 특성을 나타내므로 그 값과 배기가스의 값과 변화율을 분석하여 상호 연관성을 파악하였다. 이들 인자들 간의 관련성을 분석하여 유효방전에너지가 최적화되면 배기가스는 저감된다.
대상 데이터
- 실험에 사용된 파형 측정 장비는 Fluke사의 199C 장비를 사용하였으며, 독일 Mach사의 섀시다이너모미터(Chassis dynamometer)에서 파형을 측정하였으며, 자스텍사의 CGA-6000 HE로 배기가스를 측정하였다.
- 섀시다이너모미터는 주행속도를 변화시키면서 관련 파형, 파형측정이 끝나면 배기가스농도를 측정하였다. 본 실험에 사용된 배기가스 실험장치의 구성은 Fig. 1과 같다.
- 실험은 ASM(Acceleration Simulation Mode) 2525 모드5)에 의해 섀시다이너모미터에서 수행하였다.
- 측정조건은 Table 3의 산소센서, 맵 센서, 점화 플러그 불량 시와 정비 전･후의 차량 조건에서 실험을 하였고 Table 4는 불량 조건을 나타낸다. 측정차량은 2001년식 1997cc DOHC 가솔린 자동차로 정비전은 20,000km주행 후 장착 부품을 그대로 사용한 경우, 불량 센서를 장착한 경우, 정비 후는 불량 센서, 엔진오일, 에어클리너, 배터리 등을 신품으로 교체한 경우에 대하여 파형과 연비를 측정하였다.
성능/효과
- 포물선이 되는 이유는 점화 2차파형의 스파크라인의 길이차이 때문이다. 차량속도 증가에 따라 배기가스는 CO증가, NOX, CO2 감소, HC는 60km/h에서 가장 낮게 나타났다.
- 5% 감소한다. 60km/h에서 100km/h로 증가하면 유효방전에너지증가율은 43.11%, 연비 증가율은 41.55%, CO2는 9.1% 감소한다. 모든 시험조건의 평균 유효방전에너지 변화율은 60km/h, 20km/h, 100km/h의 순서로 크고 차량속도의 증가에 따라 CO, NOX의 평균 변화율은 감소하고 HC, CO2의 평균 변화율은 증가한다.
- 1% 감소한다. 모든 시험조건의 평균 유효방전에너지 변화율은 60km/h, 20km/h, 100km/h의 순서로 크고 차량속도의 증가에 따라 CO, NOX의 평균 변화율은 감소하고 HC, CO2의 평균 변화율은 증가한다. 유효방전에너지의 변화율은 100km/h에서 가장 크고 60km/h에서 가장 적게 나타났다.
- 일정한 속도에 유효방전에너지의 변화가 크면 CO2증가율은 크고 유효방전에너지의 변화가 적으면 CO, HC, NOX의 변화 감소율이 커진다. 차량속도 100km/h에서 연비는 높지만 정비 불량에 의한 CO, HC, NOX, CO2의 변화율이 가장 작게 나타났다.
- 6은 차량속도 20km/h일 때 유효방전에너지와 배기가스 측정치를 나타낸다. MAP불량, 점화 플러그불량일 때는 변화가 크고 정비 전･후는 비교적 안정된 값으로 측정되었다. 유효방전에너지가 증가하면 NOX, CO증가, HC, CO2감소의 경향을 나타내고 유효방전에너지 증가에 따라 CO, CO2, NOX, HC의 순서로 값의 변화가 커졌다.
- MAP불량, 점화 플러그불량일 때는 변화가 크고 정비 전･후는 비교적 안정된 값으로 측정되었다. 유효방전에너지가 증가하면 NOX, CO증가, HC, CO2감소의 경향을 나타내고 유효방전에너지 증가에 따라 CO, CO2, NOX, HC의 순서로 값의 변화가 커졌다. 20km/h일 때 유효방전에너지의 값은 0.
- 48J로 가장 적게 측정되었다. HC의 변화는 MAP 불량, 점화플러그 불량일 때의 HC는 정비 전보다 낮게, 정비 후보다 높게 측정되었다. 이는 센서불량이면 정확한 측정이 되지 않음을 의미한다.
- 7은 차량속도 60km/h일 때 유효방전에너지와 배기가스 측정치를 나타낸다. Fig. 6과 마찬가지로 MAP불량, 점화 플러그불량일 때 가장 변화가 크고 정비 전･후는 비교적 안정된 값으로 측정되었다. 유효방전에너지 증가에 따라 CO, CO2, NOX는 변화가 크고 HC의 변화는 거의 없었다.
- 60km/h일 때 유효방전에너지의 값은 1,342J로 가장 크게 측정되었다. Fig. 8에서 유효방전에너지가 증가하면 CO2는 포물선 변화를, MAP불량, 점화 플러그 불량일 때 CO는 높게 나타나고 Fig. 9에서 MAP불량, 점화 플러그 불량일 때 NOX는 높고, HC는 불량과는 관련이 없이 안정된 값을 보였다. 유효방전에너지가 증가에 따라 변화가 큰 배기인자는 CO, NOX, CO2, HC의 순서로 나타났다.
- 정비 전･후를 분석해 보면 유효방전에너지는 100km/h에서 가장 적고 60km/h에서 가장 큰 값으로 측정되었다. 유효방전에너지가 증가하면 MAP 불량, 점화플러그 불량을 제외하면 CO, NOX, HC는 감소를, CO2는 증가의 경향을 나타내고 변화가 큰 인자는 CO, NOX이고 변화가 적은 인자는 HC, CO2이었다.
- 791J로 측정되었다. CO2는 차량속도가 증가하면 증가하고 정비 후가 비교적 많이 발생되고 점화 플러그불량, 정비 전, MAP불량의 순으로 적게 측정되었다. 이는 정비에 의해 연소상태가 좋아지면 CO, HC, NOX는 적어지고 CO2는 약간 증가함을 알 수 있었다.
- 1) 유효방전에너지 변화율은 60km/h, 20km/h, 100km/h의 순서로 크고 차량속도의 증가에 따라 CO, NOX의 평균 변화율은 감소하고 HC, CO2의 평균변화율은 증가하였다.
- 2) 유효방전에너지, CO, NOX, 연비는 차량속도에 관계없이 MAP불량, 점화 플러그불량일 때 가장 나쁘고 정비 전･후가 가장 좋은 값으로 측정되었다.
- 3) 차량속도증가에 따라 유효방전에너지 값은 포물선 형태이고 유효방전에너지가 증가하면 NOX, HC, CO2는 감소를, CO는 증가하고 변화가 큰 배기가스 인자는 CO, NOX이고 변화가 적은 인자는 HC, CO2인자이었다.
- 4는 차량속도 20km/h, 60km/h, 100km/h일 때 정비 전･후, MAP 불량, 점화플러그 불량의 시험 조건에서 유효방전에너지, CO, HC, NOX, CO2, 연비 값의 평균 변화율을 나타낸다. 차량속도가 20km/h에서 60km/h으로 증가하면 유효방전에너지 증가율은 19.08%, 연비증가율은 72%, CO2는 8.5% 감소한다. 60km/h에서 100km/h로 증가하면 유효방전에너지증가율은 43.
- 정비 전･후를 분석해 보면 유효방전에너지는 100km/h에서 가장 적고 60km/h에서 가장 큰 값으로 측정되었다. 유효방전에너지가 증가하면 MAP 불량, 점화플러그 불량을 제외하면 CO, NOX, HC는 감소를, CO2는 증가의 경향을 나타내고 변화가 큰 인자는 CO, NOX이고 변화가 적은 인자는 HC, CO2이었다. 100km/h일 때 유효방전에너지의 값은 0.
후속연구
- 유효 방전 에너지로 특징 지워지는 점화 2차 파형과 배기가스 배출량의 분석연구는 노후 차량의 배기가스를 줄이는데 큰 역할을 할 것으로 기대된다.
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