75 ㎾급 비도로용 디젤엔진의 질소산화물 저감장치 평가

정용진(Yongjin Jung),신영진(Youngjin Shin),조종표(Chongpyo Cho),고아현(Ahyun Ko),장진영(Jinyoung Jang),우영민(Youngmin Woo),표영덕(Youngdug Pyo) 한국자동차공학회 2021 한국자동차공학회 부문종합 학술대회 Vol.2021 No.6

건설기계등과 같은 비도로용 디젤엔진에서 배출되는 일산화탄소, 탄화수소 등을 제거하기 위해 디젤산화촉매 (Diesel oxidation catalyst; DOC)를 장착하거나, 입자상 물질을 제거하기 위해 필터(Diesel particulate filter; DPF), 질소산화물(Nitrogen oxides; NOx)을 제거하기 위한 De-NOx 촉매를 이용하여 배기정화 장치가 구성된다. De-NOx 장치 중에 우레아(urea)를 사용한 선택적촉매환원(Selective Catalytic Reduction; SCR) 장치는 백금 등의 귀금속(noble metal) 등을 사용하여 질소산화물을 저감하는데, 이과정에서 NO_x가N₂O로 전환되는 반응이 진행되어 부가적으로 N₂O가 발생할 수 있다. 온실가스의 이동형 발생원은 수송용과 비수송용으로 나눌 수 있으며, 비수송용 이동원으로는 농기계, 건설기계 등이 있다. 2011년 기준으로 미국의 경우 수송용과 비수송용 이동원에서 발생되는 온실가스 (Greenhouse gases; GHG)의 양은 각각 전체 온실가스 발생량의 약 27%와 3% 정도에 해당된다. 상대적으로 비수송용은 적은 수가 운행되고 있는 것을 감안하면, 비수송용 이동원에서 발생되는 온실가스의 양은 무시할 양은 아니다. 온실가스 중에 CO₂는 연료의 사용량을 토대로 산출할 수 있는 반면에 N₂O와 같은 Non-CO₂ 배출량은 엔진의 운전조건 및 후처리장치의 종류에 따라 달라질 수 있다. 본 연구에서는 75 kW급 비도로용 디젤엔진을 대상으로 엔진동력계 상에서 운전조건에 따른 질소산화물 저감장치의 저감성능을 평가하였다.

경유차 매연저감장치에 의해 비활성화된 DOC촉매의 재제조 효과에 관한 연구

박해경(Hea-Kyung Park) 한국청정기술학회 2010 청정기술 Vol.16 No.4

경유차 매연저감장치에서 비활성화된 디젤산화촉매(DOC)를 대상으로 여러 가지 조건에서 재제조한 후, 재제조된 DOC의 일산화탄소(CO)와 탄화수소화합물(THC)의 저감효율과 촉매물성 특성을 분석하여 비활성화된 DOC 촉매에 대한 재제조 효과를 관찰하였다. 재제조된 DOC촉매에 대한 오염물질 저감성능 평가는 디젤엔진 다이나모 장치를 이용, 배기가스를 일부 우회시켜 온도와 공간속도조절이 가능한 촉매반응장치로 수행하였으며, 촉매물성 분석은 광학현미경, EDX, ICP, TGA 그리고 porosimeter를 이용하였다. 연구수행 결과 비활성화된 DOC 촉매를 본 연구에서 적용된 고온배소세정, 산성/염기성용액에 의한 초음파세정, 세정 후 촉매활성성분 재함침에 의한 재제조를 수행할 경우, 재제조된 DOC 촉매의 성능이 신품 성능의 90% 이상으로 회복되는 것을 확인하였으며, 광학현미경, EDX, TGA와 ICP등의 분석을 통해 본 연구조건에서의 재제조 과정으로, 촉매의 활성 저하 원인이 되었던 각종 불순 성분 대부분이 비활성화된 DOC 촉매로부터 제거되는 것을 확인하였다. The deactivated diesel oxidation catalyst(DOC) was remanufactured by ultrasonic wave treatment with various solutions, followed by active component re-impregnation. The catalytic performance and surface properties of remanufactured DOC were studied at various remanufacturing conditions. The proper ultrasonicwave cleaning time at various solutions and optimal re-impregnation amounts of active component for the best catalytic performance were investigated. The catalytic performance tests on the conversions of CO and THC(total hydrocarbon) were also carried out at various temperatures by catalytic reaction test unit using bypass gas from the diesel engine dynamo system. It was found that the catalytic performance of DOC remanufactured with the high-temperature air washing, ultrasonic wave cleaning at acidic/basic solutions and active component re-impregnation method was recovered to 90% level of its activity compared to that of the fresh DOC, which was caused by removing the deactivating materials from the surface of the DOC through the analyses of catalyst performance test and their characterization by Optical microscope, EDX, ICP, TGA, and porosimeter.

다양한 금속이 도입된 페로브스카이트 촉매 상에서의 일산화탄소 산화반응에 대한 황 피독 저항성 향상

신해빈,백민성,노영수,송창열,김도희 한국공업화학회 2018 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2018 No.0

금속을 담지하지 않고 낮은 온도에서 높은 산화능력을 나타내는 LaCoO₃ 페로브스카이트 촉매는 현재 귀금속이 필수적인 디젤 산화 반응의 새로운 촉매계로 각광 받고 있다. 그러나 LaCoO₃ 페로브스카이트 촉매는 디젤 연료 및 첨가제에 포함되어 있는 다양한 황 화합물에 의해 산화능력이 급격하게 감소하는 문제를 갖고 있어 이를 극복하기 위한 연구가 필요하다. 다양한 황 화합물은 강한 산성을 나타내며 페로브스카이트 촉매의 활성점과 결합하여 활성을 감소시킨다. 따라서 본 연구에서는 LaCoO₃ 페로브스카이트 촉매에 다양한 금속을 도입하여 촉매의 피독 저항성을 향상시키고자 하였다. 다양한 금속이 도입된 LaCoO₃ 페로브스카이트 촉매를 일산화탄소 산화반응에 적용하였고 BET, XRD, TPR 및 XPS 등을 통하여 촉매의 물리화학적 특성이 황 피독에 끼치는 영향을 규명하였다. ^** 이 연구는 2018년도 정부(미래창조과학부)의 재원으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행된 연구사업임(NRF-2016R1A5A1009592)).

연료 개질장치의 적용에 따른 디젤 LNT 환원성능 개선 특성

박철웅(Cheol Woong Park),김창기(Chang Gi Kim),김관태(Kwan Tae Kim),이대훈(Dae Hoon Lee),송영훈(Young Hoon Song) 대한기계학회 2010 大韓機械學會論文集B Vol.34 No.7

디젤엔진은 높은 열효율과 우수한 연비 성능 등의 장점을 가지고 있으나, 기화된 연료와 주변 공기가 혼합된 후 착화되는 과정을 거치기 때문에 이론 공연비 영역에서는 질소산화물(NOx) 배출이 증가되는 문제점을 가지고 있다. 최근 활발히 연구되고 있는 높은 정화 효율을 가진 LNT촉매는 희박 분위기 조건에서는 NOx를 흡장하게 되고 과농한 분위기에서는 환원 분위기 형성을 통하여 를 NOx저감시키게 된다. 희박 공연비에서 동작하는 디젤 엔진에서는 이러한 환원 과정을 이루기 위해 주기적으로 과농한 분위기를 형성해주어야만 하는데, 이러한 연구는 NOx저감을 위해 HC를 포함한 환원제의 농도를 제어하는 기술로서 본 연구에서는 디젤을 연료로 하는 수소농후가스 발생장치를 이용하여 LNT 촉매에 환원제로서 수소농후가스를 직접 공급하는 방식으로 LNT촉매의 NOx저감 특성을 파악하였다. The Because of its high thermal efficiency, the direct injection (DI) diesel engine has emerged as a promising potential candidate in the field of transportation. However, the amount of nitrogen oxides (NOx) increases in the local high-temperature regions and that of particulate matter (PM) increases in the diffusion flame region during diesel combustion. In the de-NOx system the Lean NOx Trap (LNT) catalyst is used, which absorbs NOx under lean exhaust gas conditions and releases it in rich conditions. This technology can provide a high NOx-conversion efficiency, but the right amount of reducing agent should be supplied to the catalytic converter at the right time. In this research, the emission characteristics of a diesel engine equipped with a micro-reformer that acts as a reductants-supplying equipment were investigated using an LNT system, and the effects of the exhaust-gas temperature were also studied.

디젤 연료의 황농도에 따라 배출되는 입자상물질의 산화촉매에서 반응특성

김화남(Hwanam Kim),성용하(Yongha Sung),정길성(Kil Sung Jung),강한용(Hanyong Kang),최병철(Byungchul Choi),임명택(Myung Taeck Lim) 한국자동차공학회 2006 한국자동차공학회 춘 추계 학술대회 논문집 Vol.- No.-

Diesel particulate matters are one of a major harmful component of the emission under strict regulations. Diesel oxidation catalyst (DOC) is using to reduce hydrocarbon and carbon monoxide in current diesel engines. The objectives of this study are to further understand the formation characteristics of nano-particles in nuclei mode, for the purpose we examined formation of nano-particle with various sulfur concentrations in diesel fuel in both of a common-rail diesel engine and a boiler for household heating equiped with DOC. Experimental parameters adopted equivalence ratio, dilution air temperature, fuel injection pressure and engine speed. The particle size distribution and the number concentration were measured by SMPS. PM nano-particle number in boiler exhaust gas was increased by diesel fuel with 500 ppm sulfur, and when the exhaust gas temperature is more than 300℃, the particles range of 20 to 40 ㎚ increased greatly in the rear of the DOC. Number of the particle smaller than 30 ㎚ size increased as the sulfur concentration in the diesel fuel increased in the common-rail diesel engine.

2.2 L 직접분사 디젤 엔진에서 LNT 흡장률이 NOx 정화 효율에 미치는 영향

천봉수,한만배 한국마린엔지니어링학회 2019 한국마린엔지니어링학회지 Vol.43 No.3

디젤엔진은 가솔린엔진 대비 우수한 열효율 및 적은 CO2 배출과 더불어 우수한 토크 성능을 지닌다. 그러나 디젤엔진은 국부적인 고온 반응에 의해 발생하는 질소산화물(NOx) 및 확산연소에 의한 입자상물질의 배출이 높다. 이러한 NOx배출 저감을 위하여 흡장형 NOx 촉매(lean NOx trap, LNT)는 실차 장착의 용이성으로 배기가스재순환 기술 및선택적 환원 촉매와 같이 사용할 경우 디젤엔진의 NOx 저감 성능을 극대화할 수 있다. 본 연구에서는 2.2 L 직접분사커먼레일 디젤 엔진에서 NOx 흡장률에 따라 재생을 실시하여 LNT 촉매의 NOx 정화 효율을 분석하였다. LNT 재생 시의 촉매 전단 공기과잉률은 0.92 ~ 0.97의 범위를 갖으며, CO 농도는 약 1.6 ~ 2.6 %, O2 농도는 1.1 ~ 1.4 % 수준이었다. 엔진 운전 조건에 관계없이 NOx 흡장률이 높을수록 NOx 정화 효율이 감소하였다. 또한 NOx 흡장률 50 % 이하로 흡장 후 재생 하였을 때 운전조건에 관계없이 NOx 전환 효율은 60 % 이상이었다. 흡장률이 낮은 영역에서의 촉매재생은 연료소모율이 증가하므로, 연료소모율의 최소화 및 NOx 정화 효율의 극대화를 동시에 고려하여 LNT 재생제어를 실시하여야한다. Diesel engines have higher thermal efficiency and lower CO2 emissions than gasoline engines, as well excellent low-to-medium speed torque characteristics. However, diesel engines produce higher levels of nitrogen oxides owing to the local high temperature reactions and the higher amount of particulate matter produced by diffusive combustion. To reduce NOx emissions, a lean NOx trap (LNT) maximizes its effectiveness to minimize NOx emissions from the diesel engine when used with exhaust gas recirculation and selective catalytic reaction technologies owing to its ease to mount on the actual vehicle. In this study, NOx conversion efficiency of an LNT catalyst was analyzed via the LNT regeneration according to the NOx adsorption fraction in a 2.2 L direct-injection common-rail diesel engine. The lambda values of the exhaust gas during the regeneration of the LNT were within the range of 0.92 ~ 0.97, the CO concentration was approximately 1.6 ~ 2.6%, and the O2 concentration was approximately 1.1 ~ 1.4%. Regardless of the engine operating conditions, the NOx conversion efficiency decreased as the NOx adsorption fraction increased. When the LNT was regenerated at less than 50% of the NOx adsorption fraction, the NOx conversion efficiency was observed to be more than 60%, regardless of the operating conditions. Because the LNT regeneration at the lower NOx adsorption fraction leads to an increase in the fuel consumption, the LNT regeneration strategy should consider the simultaneous minimization of the fuel consumption rate and the maximization of the NOx conversion efficiency.

DOC 배플 위치에 따른 담체 입구에서의 유동균일도 평가

정석윤(Seokyoon Jeong),이우(Woo Lee),이기수(Gisoo Lee),김경훈(Kyunghun Kim),배상현(Sanghyun Bae),김혜삼(Hyesam Kim) 한국자동차공학회 2006 한국자동차공학회 춘 추계 학술대회 논문집 Vol.- No.-

The technologies reduction in exhaust emissions from diesel engines are simply defined as two; one is quality control of improvement fuel system and the other is development of diesel exhaust aftertreatment. An aftertreatment devices reduce exhaust gas of diesel engine, diesel oxidacatalyst(DOC) with high reduction efficiency for harmful matter and particulate matter. We carried out the evaluation of flow uniformity in substrate inlet on location Diesel Oxidation Catalysts (DOC) for heavy duty diesel engine vehicles. It was found that better conversion efficiency depends on the condition of temperature and shape of DOC inlet. In this study, the location of baffle inside DOC was analyzed in order to show the flow distribution and uniformity research as well as the effects of flow analysis.

Urea-SCR 시스템을 기반으로 하는 상용디젤엔진의 EURO-5 배기규제 대응 기술 개발

이천환(Chunhwan Lee),오광철(Kwangchul Oh),김덕진(Deokjin Kim),이종인,이춘범(Chunbeom Lee) 한국자동차공학회 2008 한국자동차공학회 춘 추계 학술대회 논문집 Vol.- No.-

승용디젤차량의 백연저감 DPF 촉매시스템 개발

정희찬(Heechan Jeong),최성무(Sungmu Choi),서정민(Jungmin Seo),주기형(Kihyeong Joo) 한국자동차공학회 2015 한국자동차공학회 부문종합 학술대회 Vol.2015 No.5

White smoke from the diesel vehicles with DPF using high sulfur fuel (> 50 ppm) are not being selling up to now. The emerging markets like BRIC’s are using quite stringent emission regulations like EU4 and EU5. But their fuel qualities are not higher than their emission regulation. Their poor fuel qualities are preventing car makers from using DPF system to reduce particulate matter. To prevent emitting white smoke and meet EU4 and EU5 emission regulation with DPF in these countries that have poor fuel quality, DOC+DPF system that suppresses white smoke was newly developed. Based on this development, DOC+DPF system that meets Chinese emission regulation like KUK 4 and KUK 5 or India emission regulation like BS4 and BS5 were developed and the mechanism of white smoke was also investigated. By applying this white smoke suppression system, diesel vehicle with DPF can be sold in BRIC’s market. Therefore it is expected that this DOC+DPF that suppresses white smoke can contribute to increasing sales of diesel vehicles in BRIC’s market a lot.

디젤엔진의 매연저감장치개발 기술동향

김덕호(Duckho Kim),하재기(Jaekee Ha) 한국자동차공학회 2008 한국자동차공학회 춘 추계 학술대회 논문집 Vol.- No.-

Air pollution has recently become more serious, and the most critical factor for air pollution is the exhaust gas from diesel engines. It is proved that the exhaust gas in the air has bad influence on human body, so new technology has been developed to reduce the exhaust gas. Among the new technology an exhaust gas aftertreatment system is the most efficient way for exhaust gas, compared to the engine improvement in quality. In this study, trends of technology which reduces the exhaust gas mostly from diesel engines and prospects of future studies were investigated.