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문제 정의
- 하지만 이러한 기술로 자동차 매연 측정 시 차종마다 각기 다른 배기구 형상과 각도에 따른 배기가스 온도와 매연 흡입량의 차이가 일부조건에서 발생할 수 있어 정확한 검사부적합차량이 선별되지 않아 자동차검사제도의 실효성에 문제가 제기될 수 있다. 따라서 본 연구는 매연 프로브의 효율에 관한 것으로 배기관 형상의 각도가 45도, 90도, 또는 불규칙한 조건에서 매연 측정 효율이 떨어지는 현상에 따른 개선방향으로, 매연 측정프로브를 개선하여 흡입 효율을 높이는 방향으로 진행하였으며 그 효과가 있음을 증명하고자 한다.
제안 방법
- 검사모드는 예열모드 1모드, 2모드, 3모드로 구성되며, 예열모드는 차대동력계상에서 엔진정격출력의 40% 부하에서 50±6.2km/h의 속도로 주행하여 40초 동안 예열한다.
- 2모드는 1모드 상태에서 차대동력계의 부하마력에 의하여 엔진회전수를 엔진정격회전수의 90%에 해당하는 회전수가 되도록 하고, 측정된 회전수가 엔진정격회전수의 90%에 해당하는 회전수의 ±5% 이내로 안정되고 나서 5초 후부터 검사모드가 시작되어 10초 동안의 엔진 최대출력, 엔진회전수, 자동차 주행속도, 매연농도, 엔진구동토크 등을 측정하여 이를 각각의 산술평균 값으로 나타낸다.
- 검사결과의 판정은 엔진최대출력은 1모드에서 측정하여 다음의 계산식에 의하여 표준상태로 보정한 엔진출력이 측정대상자동차의 엔진정격출력의 50% 이상이면 적합, 50% 미만이면 부적합으로 판정한다.
- 배기관 형상의 각도가 0도, 30도, 45도, 70도, 90도 조건에서 기존의 매연 측정프로브와 개선된 매연 측정프로브를 삽입 후 Lug-down 3모드 검사 기술로 진행하였으며, 이에 따른 매연 흡입량과 온도를 그래프로 확인하는 방법과 배기관에 삽입 시 매연 측정프로브의 위치를 일부조건에서 확인하는 방법으로 진행하였다. Fig.
- 우측 사진은 실제 매연 측정프로브를 30도각도로 장착한 사진이다. 실제실험은 실험차량에 매연 측정프로브를 0도, 30도, 45도, 70도, 90도의 임의의 정해진 각도를 설정하여 특수제작한 배기관 팁에 장착하여 Lug-down 3모드 검사 기술로 배기가스인 매연, 온도를 측정하여 두 프로브의 성능을 비교분석하는 방법으로 진행하였다. Fig.
- 위 표로 알수 있듯이 3회 측정 시부터 매연측정량이 일정하게 측정되어 측정값이 일정해지는 것을 알 수 있다. 실제 실험 또한 배기가스 온도와 매연량을 일정하게 하기 위해 잔류매연 제거 후 연속하여 각도별로 두 프로브를 교체하며 진행하였으며, 셋팅 타임은 5분을 유지하면서 진행하였다.
- 엔진회전수 제어방식의 Lug-down 3모드(부하검사방법)는 대형 승합·화물·특수자동차, 중형 화물·특수 자동차 중 일반형에서 특수용 도형으로 구조를 변경한 자동차, 한국형 경유147(KD147) 부하검사방법을 적용할 수 없는 경유사용자동차의 엔진정격회전수, 엔진정격출력 및 매연농도를 측정하는데 적용한다. 측정원리는 차대동력계상에서 주행하는 상태에서 측정대상자동차의 엔진정격회전수에서 1모드, 엔진정격회전수의 90%에서 2모드, 엔진정격회전수의 80%에서 3모드로 구성하여 1모드에서 엔진정격 출력, 엔진정격회전수 및 매연농도를, 2모드와 3모드에서 각각 엔진회전수 및 매연농도를 측정하며, 매연농도는 부분유량채취방식의 광투과식매연 측정기를 사용하여 측정한다. 또한 매연 측정프로브를 배기관의 벽면으로부터 5㎜ 이상 떨어지도록 설치 하고, 5㎝ 정도의 깊이로 삽입 설치한다.
- 자동차의 배기시스템은 배기매니폴드, 배기가스 정화장치(DOC, DPF, SCR) 시스템, 1차, 2차 소음기 배기관 등으로 구성되어 있으며, 주행거리와 사용 시간에 따라 잔류매연이 쌓이게 되어 매연측정량의 편차를 유발한다. Fig. 11은 이러한 배기 시스템 내의 잔류매연을 제거하기 위해 실험 차량은 5회의 Lug-down 3모드를 진행하였으며, 각 모드별 셋팅 타임은 5분씩 유지하면서 진행하였다. 위 표로 알수 있듯이 3회 측정 시부터 매연측정량이 일정하게 측정되어 측정값이 일정해지는 것을 알 수 있다.
대상 데이터
- Table 1은 실험 검사장의 실험 조건이며, 국토교통부에서 지정한 지정정비사업자의 종합검사소에서 진행하였으며, Table 2는 실험 차량인 350,000km를주행한 실험차량의 스펙을 나타내고 있다.
- 6의 좌측은 별도의 배기관 팁을 제작하여 실험 차량에 임의의 각도로 매연 측정프로브를 삽입할 수 있도록 특수 제작한 배기관 팁을 설치한 사진이다. 우측 사진은 실제 매연 측정프로브를 30도각도로 장착한 사진이다. 실제실험은 실험차량에 매연 측정프로브를 0도, 30도, 45도, 70도, 90도의 임의의 정해진 각도를 설정하여 특수제작한 배기관 팁에 장착하여 Lug-down 3모드 검사 기술로 배기가스인 매연, 온도를 측정하여 두 프로브의 성능을 비교분석하는 방법으로 진행하였다.
성능/효과
- 사진으로 알 수 있듯이 각도변화가 클수록 기존 프로브는 배기관에 프로브가 이격되지 못하는 것을 알 수 있으며, 개선된 프로브는 소정의 이격거리를 유지하는 것을 알 수 있다.
- 17의 흡입 온도의 그래프 결과는 두 프로브 모두 각도변화가 클수록 낮아지는 것을 알 수 있었으며, 기존 프로브는 70도, 90도 조건의 각도변화가 클수록 변화의 폭이 크게 나타나고 특히 90도 조건에서는 변화의 폭이 컸으며, 매연의 농도 값 또한 크게 낮아지는 것을 알 수 알 수 있었다. 개선된 프로브는 각도 변화에 따라 일정하게 온도가 낮아지는 특성을 보였으며, 45도 70도 조건에서는 기존 프로브보다 온도가 낮게 측정되는 특성을 보였지만 매연 농도의 차이는 나타나지 않고 일정하게 측정되는 것을 알 수 있었다.
- 45도 70도 조건의 온도가 낮아지는 특성은 개선된 프로브의 형상에 따른 것으로 프로브 측면의 관통 홀의 영향으로 배기가스의 유속의 차이 때문에 나타나는 결과로 판단된다. 위의 측정결과로 알 수 있듯이 개선된 프로브가 각도의 변화의 큰 조건일 수록 매연의 농도를 일정하게 측정하는 것을 알 수 있었으며, 모든 조건에서 매연의 농도를 일정하게 측정하였고, 기존 프로브보다 성능이 우수한 것을 알 수 있었다.
- 1. 자동차 배기관 형상에 따른 매연 측정프로브의 삽입 위치 및 형상에 따라 매연 측정값의 차이가 나타남을 알 수 있었다.
- 2. 배기관 형상의 각도가 클수록 배기가스 온도와 매연 농도의 차이가 남을 알 수 있었다.
- 3. 배기관 형상의 각도가 클수록 두 제품 모두 온도의 차이를 나타내는 것을 알 수 있었다.
- 4. 45도 70도 조건에서는 개선된 프로브가 기존 프로브보다 온도가 낮게 측정되는 특성을 보였지만 매연 농도의 차이는 나타나지 않고 일정하게 측정되는 것을 알 수 있었다.
- 5. 배기관 형상의 각도가 70도이전보다 90도에서 온도의 차이와 매연 농도의 차이가 크게 나타남을알 수 있었다.
- 6. 기존 매연 측정프로브 보다 개선된 매연 측정프로브의 각도변화가 클수록 매연측정 성능이 향상됨을 확인할 수 있었다.
- Fig. 15, - Fig. 17의 흡입 온도의 그래프 결과는 두 프로브 모두 각도변화가 클수록 낮아지는 것을 알 수 있었으며, 기존 프로브는 70도, 90도 조건의 각도변화가 클수록 변화의 폭이 크게 나타나고 특히 90도 조건에서는 변화의 폭이 컸으며, 매연의 농도 값 또한 크게 낮아지는 것을 알 수 알 수 있었다.
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