[논문]기계식 부압발생장치를 이용한 매연여과장치의 성능비교

이한성; 김경현; 정석호; 고대권

doi:10.9726/kspse.2015.19.1.013

기계식 부압발생장치를 이용한 매연여과장치의 성능비교
Performance Comparison of Soot Filtration Apparatus Using a Mechanical Negative Pressure Generating Device 원문보기

한국동력기계공학회지 = Journal of the korean society for power system engineering, v.19 no.1, 2015년, pp.13 - 18

이한성 (동주대학교 자동차.기계과) , 김경현 (부경대학교 탐양호) , 정석호 (부경대학교 기계시스템공학과) , 고대권 (부경대학교 기계시스템공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Over the past years, many research works have been carried out to investigate the factors which govern the performance of diesel engines. The air pollutant emissions from the diesel engines are still significant concerns environmentally in many countries. In the present study, a novel smoke filtration system of diesel engine is proposed. This novel system is composed of filtering elements and vacuum pump driven by exhaust gases emitted from engine cylinders for capturing smoke. In order to verify the excellency of the novel filtration system, the differential pressure across the filtration system is investigated experimentally comparing with other systems which are used commercially in diesel vehicles. As a result it is founded that the differential pressure of the novel system is the smallest among them.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 이전 연구에서 제안했던 SFS와 DOC 및 DPF의 배압특성을 측정하고 분석한 결과 아래와 같은 결론을 얻었다.
제품이 갖는 특성에 따라 차압이 형성되고 이에 따라 엔진의 출력 및 연비에 영향을 미치기 때문에 본 연구에서는 제안된 기계식 부압발생장치를 이용한 매연여과장치와 기존 DPF에 있어서 차압을 측정하여 배기성능에의 영향력을 조사하였다.

제안 방법

Table 3은 1000rpm 조건으로 엔진을 시험가동시DPF, DOC, SFS, Muffler의 장치에 발생하는 차압의 크기를 기계식 부압발생장치를 이용한 DPF의 차압을 기준으로 하여 정량화 하였다.Table 2와 Table 3은 각각 1500rpm과 2000rpm으로 실험한 결과이다.
7에 실험개략도를 나타내었다. 매연측정방식은 보쉬스모크메터를 이용하였고 Table 2에 나타낸 동력계(HE-130)을 이용하여 부하와 회전수를 조절할 수 있도록 구축하였다. 실험은 기관회전수 1000, 1500, 2000rpm에 있어서 25, 50, 75, 100%로 부하를 변동시키며 매연여과장치의 전후단에서의 배압을 측정하였다.
매연측정방식은 보쉬스모크메터를 이용하였고 Table 2에 나타낸 동력계(HE-130)을 이용하여 부하와 회전수를 조절할 수 있도록 구축하였다. 실험은 기관회전수 1000, 1500, 2000rpm에 있어서 25, 50, 75, 100%로 부하를 변동시키며 매연여과장치의 전후단에서의 배압을 측정하였다.

대상 데이터

일반적으로 DPF는 입자상 물질의 제거에만 효과가 있기 때문에 THC와 CO, SOx의 제거를 위해 디젤산화촉매장치(DOC;Diesel Oxidation Catalyst)와 함께 사용된다. 본 실험에 사용된 DPF는 RSM(Renault Samsung Motors)社의 QM5에 적용된 제품으로 Fig. 1에 제품 사진을 나타내었으며 Fig. 2에는 작동원리에 대해서 나타내었다. 상용 DPF는 벌집모양의 필터를 배기가스가 통과하면서 입자상 물질이 필터에 쌓이게 되는 원리이다.
실험에 사용한 엔진의 사양을 Table 1에 나타내었다. 소형화물차와 승합차에 적용된 비과급식 2,500cc급 디젤엔진으로 H사의 모델이다. Fig.
일정한 회전수를 유지하기 위해 엔진 다이나모미터를 이용하였다. 위 그림들의 결과에서 보듯이 각각의 일정한 회전수에서 차압의 크기는 DPF, DOC, 기계식 부압발생장치를 이용한 DPF 그리고 소음기의 순으로 작아지고 있다.

성능/효과

1) SFS는 부압을 이용하여 배기가스를 흡입하는 구조이기 때문에 배압이 낮았고 필터 막힘에 따른 배압 증가가 없다.
2) DPF의 경우 PM을 걸러내기 위한 구조로 인한 기본 저항과 가동 후 매연의 축적으로 인하여 차압이 크게 형성되기 전에 초기 상태에서도 상당히 높은 차압이 발생하는 것을 알 수 있었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	디젤엔진에 가솔린 엔진에 적용되는 3원 촉매를 사용할 수 없는 이유는 무엇인가?	1-2) 또한 산업용 엔진이나 대형화물차 또는 건설장비, 그리고 선박에서는 디젤엔진이 주로 사용되는 등 산업 전반에 걸쳐 없어서는 안되는 동력원이다. 디젤엔진은 과잉공기 조건에서 연소가 진행되기 때문에 배기가스 중에도 산소가 다량 존재하여 가솔린 엔진에 적용되는 3원 촉매를 사용할 수 없다. 또한 확산연소형태의 연소특성 때문에 질소산화물(NOx)을 다량 생성뿐만 아니라 부분적 과농 지역에서는 매연(soot)이 다량 생성되는 문제를 근본적으로 안고 있다.
	현재 시중에 판매되고 있는 디젤 입자상 물질 여과장치가 가지는 문제점은 무엇인가?	현재 매연 및 입자상 물질의 저감기술로는 디젤 입자상 물질 여과장치(DPF ; Diesel Particulate Filter)가 가장 효과적이며, 정부는 일부지역에 대해서 이를 차량에 장착하도록 의무화하였다. 하지만 현재 시중에 판매되고 있는 DPF는 장착 후 시간이 지남에 따라 입자가 DPF에 쌓이게 되어 엔진에서 나온 배기가스의 흐름을 방해하여 연비 및 출력효율을 떨어뜨린다. 따라서 6개월을 주기로 DPF를 탈착하여 에어룸에서 청소를 하고 있는 실정이다.
	매연 및 입자상 물질의 저감기술 중 가장 효과적인 것은 무엇인가?	최근 들어 입자상 물질(PM)의 유해성이 대두되면서 이에 대한 관심이 늘어나고 있다. 현재 매연 및 입자상 물질의 저감기술로는 디젤 입자상 물질 여과장치(DPF ; Diesel Particulate Filter)가 가장 효과적이며, 정부는 일부지역에 대해서 이를 차량에 장착하도록 의무화하였다. 하지만 현재 시중에 판매되고 있는 DPF는 장착 후 시간이 지남에 따라 입자가 DPF에 쌓이게 되어 엔진에서 나온 배기가스의 흐름을 방해하여 연비 및 출력효율을 떨어뜨린다.

참고문헌 (12)

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http://blog.naver.com/cogram?RedirectLog&logNo140169201316
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H. S. Lee, S. W. Ki and D. G. Koh, 2011, "An Experimental Study on the Smoke Filtration System of Suction Type of Exhaustic Gas using Vaccum", The Korean Society for Power System Engineering, Vol 15, no 6, pp. 16-21.
H. S. Lee, K. H. Kim, S. H. Jung and D. G. Koh, 2013, "An Experimental Study on the Smoke Filtration System of Suction Type of Exhaustic Gas using Vaccum", The Korean Society for Power System Engineering, Vol 17, no 3, pp. 17-22.
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