선박 및 육상 디젤 엔진용 연료유에서 발생하는 입자상물질에 대한 무차원 광소멸계수 계측에 관한 연구

노범석,최재혁,조권회,박설현,이원주 해양환경안전학회 2018 해양환경안전학회지 Vol.24 No.2

It is known that he pollutant emitted from the combustion process of marine fuel oil causes air pollution and harmful effects to the human body. Accordingly, IMO regulates pollutants emitted from ships. However, the regulation of Particulate Matter (PM) is still in the process of debate, so preemptive action is needed. Fundamental research on PM is essential. In this study, the Dimensionless Light Extinction Constant (Ke) of fuel oil used in marine diesel engines was measured and analyzed to construct the basic data of the PM generated from marine-based fuel oil. The fuel oil used in the land diesel engine was measured in the same way for character comparison. Both fuel oils differ in sulfur content and density. The Ke was measured via the optical method using a 633nm laser and was determined by using the volume fraction of PM collected by the gravimetric filter method. The Ke of the PM discharged from marine fuel oil is 8.28, and the land fuel oil is 8.44. The Ke of two fuel oils was similar within the measurement uncertainty range. However, it was found by comparison with the value obtained by the Rayleigh-Limit solution that the light scattering portion could be large. Also, it was found that light extinction characteristics could be different due to the relationship between light transmittance and collected mass. 선박용 연료유가 연소하는 과정에서 배출되는 오염물질은 대기오염을 유발하고 인체에 유해한 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 그에 따라, IMO에서는 선박에서 배출되는 오염물질을 규제하고 있다. 하지만 입자상물질(Particulate matter: PM)에 대한 규제는 아직 논의단계에 있으므로 선제적인 대응이 필요하다. 그러기 위해서는 입자상물질에 대한 기초적인 연구가 필수적이다. 이번 연구에서는 해상용 연료유에서 발생하는 입자상물질의 기초 데이터 구축을 위해 선박 디젤 엔진에 사용되는 연료유의 무차원 광소멸계수(Ke)를 계측하여 분석하였다. 특성 비교를 위해 육상 디젤 엔진에 사용되는 연료유를 같은 방법으로 측정하였다. 두 연료유는 황함유량과 밀도에서 차이가 난다. 무차원 광소멸계수(Ke)는 633nm의 레이저를 이용하여 광학적인 방법으로 측정하고 중력식 필터법에 의해 채집된 입자상물질의 체적분율을 이용하여 결정하였다. 선박용 연료유에서 배출되는 입자상물질의 무차원 광소멸계수(Ke)는 8.28이고, 육상용 연료유는 8.44이다. 두 연료유의 무차원 광소멸계수(Ke)는 측정 불확도 범위내에서 거의 유사하였다. 하지만 Rayleigh limit 해법에서 구한 값과의 비교를 통해 광산란 비중이 클 수 있는 부분과 광투과율과 채집질량과의 관계를 통해 광소멸 특성이 상이할 수 있음을 확인하였다.

휘발유 연료용 함산소 첨가제 종류에 따른 성능 특성 연구 Part 2. 배출가스 및 미규제 물질, 입자상 물질 특성

이민호,김기호,하종한 한국유화학회 2016 한국응용과학기술학회지 Vol.33 No.2

대기오염에 관한 관심은 국내·외에서 점진적으로 상승하고 있으며, 자동차와 연료분야 연구자 들은 청정 (친환경 대체연료) 연료와 연료품질 향상 등을 이용하여 새로운 엔진 설계, 혁신적인 후 처리 시스템 등의 많은 방법으로 차량 배기가스를 감소시키려고 노력하고 있다. 이러한 연구들은 주로 배출 가스 및 가솔린 차량의 PM 입자 배출 두 가지 이슈로 진행되고 있다. 자동차의 배출가스 및 미규제 물 질, PM (입자상 물질) 입자는 환경오염과 인체에 악영향을 주는 많은 문제를 일으키고 있다. 자동차 배 출가스의 주요 물질인 입자상 물질은 작은 입자로 구성된다. 이러한 작은 크기 때문에, 흡입된 입자는 쉽게 폐 깊숙이 침투 할 수 있다. 이 입자의 거친 표면들은 대기중에서 다른 독성 물질과 결합하기가 쉽다. 따라서 입자흡입의 위험을 증가시킨다. 함산소 연료첨가제 유형 (MTBE, 바이오 ETBE, 바이오 에 탄올, 바이오 부탄올)에 기초하여, 본 논문은 가솔린 자동차 배출가스 및 미규제 물질, 나노입자 배출에 산소함량의 영향을 토론하였다. 또한, 본 논문은 두 가지 시험모드를 사용하여 배출가스 특성을 평가하 였다. 시험모드는 FTP-75 및 HWFET 모드이었다.전체 측정항목에서 배출가스 규제 값보다 적게 배출되고 있는 것을 볼 수 있었고, 산소함량이 증가하 면서 측정항목에 따라 증감이 다름을 알 수 있었다. Concern about air pollution is gradually rising up in domestic and foreign, automotive and fuel researchers are trying to reduce vehicle exhaust emissions, through a lot of approaches, which consist of new engine design and innovative after-treatment systems, using clean (eco-friendly alternative) fuels and fuel quality improvement. This research is proceeding by two main issues : exhaust emissions and PM particle emissions of gasoline vehicle. Exhaust emissions, non-regulated emissions and PM (particulate matter) particles of automotive are causing many problems which ambient pollution and harmful effects on the human body. The main particulate fraction of automotive exhaust emissions consists of small particles. Because of their small size, inhaled particles can easily penetrate deep into the lungs. The rough surfaces of these particles make it easier for them to combine with other toxins in the environment. Thus, the hazards of particle inhalation are increased. Based on the oxygenated fuel additive types (MTBE, Bio-ETBE, Bio-ethanol, Bio-butanol), this paper discussed the influence of oxygen contents on gasoline vehicle exhaust emissions, non-regulated emissions and nano-particle emissions. Also, this paper assessed exhaust emission characteristics at 2 type test modes . The test modes were FTP-75 and HWFET. All measurement items be verified less than the value of regulated emissions.It could be known difference increase and decrease by each measurement item depending on increase the oxygen contents.

가솔린 직분사 엔진에서 연료 성분 변화 및 윤활유 혼합에 따른 입자상물질 배출 특성

신종희(Jonghee Shin),이호승(Hoseung Yi),박성욱(Sungwook Park) 한국자동차공학회 2021 한국자동차공학회 부문종합 학술대회 Vol.2021 No.6

가솔린 직분사 엔진은 실린더 내에 연료를 직접 분사하여 연소실을 냉각시키므로 압축비와 체적 효율이 좋고 열손실이 적다. 그러나 연료 증발 시간이 짧아 불균질한 혼합기가 발생하게 되고 이러한 불균질 혼합기는 확산 화염의 원인이 되어 많은 입자상물질을 배출한다. 또한 피스톤-실린더-링 틈새를 통해 유입되는 윤활유가 함께 연소하면서 입자상물질 특성에 영향을 미칠 수 있다. 따라서 본 연구에서는 가솔린 직분사 엔진에서 윤활유 혼합에 따른 입자상물질 배출 특성에 대한 실험을 수행하였다. 본 연구에 사용한 엔진은 398cc, 압축비 10.5의 단기통 가솔린 직분사 엔진으로, AC모터를 사용하여 엔진의 속도를 일정하게 유지하였다. 흡기는 유량 조절기와 챔버를 이용하여 일정한 유량을 공급하였고, 산소센서로 측정한 람다값을 기반으로 분사기간을 제어하였다. 연료 분사시기는 NI compactRIO를 사용하여 흡기 행정 사이로 설정하였고, 연료 분사 압력은 공기압축식 펌프를 사용하여 최대 350bar까지 가압하여 연료 레일에 공급하는 방식으로 조절하였다. 점화시기는 연료 분사 시기, 분사압력 별 엔진출력이 최대가 되는 시기로 설정하였다. 입자상물질은 Pegasor사의 PPS-M, 가스상 배출물은 HORIBA사의 MEXA-9100, 입자상 물질 분포도는 EEPS를 사용하여 측정하였다. 실험 연료는 상용 가솔린과 인돌렌을 기본 연료로 하여 상용 엔진윤활유(5W20)를 각각 0, 1wt% 첨가한 4종류의 연료를 사용하였다. 실험 결과, 순수 인돌렌의 경우 가솔린에 비해 대부분의 분사시기 및 분사압력에서 입자상물질 및 배기 배출물이 많이 나타났다. 도시평균유효압력의 경우 순수 가솔린이 인돌렌보다 더 크게 나타났다. 가솔린과 인돌렌에 윤활유를 혼합한 경우 전반적으로 입자상물질 배출량이 증가하는 경향을 보였으며, 인돌렌 혼합유가 가솔린에 비해 더 많은 배기 배출량을 보였다.

Spray type과 Soot type 입자발생기별 나노입자 개수농도분포 측정특성 비교

김민식 ( M. S Kim ),권지원 ( J. W Kwon ),정명철 ( M. C. Kwon ),이진욱 ( J. W. Lee ) 한국분무공학회 2012 한국액체미립화학회지 Vol.17 No.4

Particulate matters(PM) that is generated by most diesel engine is regulated by the mass concentration measured by the conventional method it had been. Recently, Europe PMP (Particle Measurement Program) decided to start the regulation of vehicle`s nano-sized particle number (PN) from the year of 2011 because of nano-particle`s higher degree of harm to the human body. So firstly, the standard level of PN emission is introduced in the Euro 5/6 emissions regulation with a limit of 6x1011 per km for light duty vehicle. Also KPMP(Korea Particle Measurement Program) was organized to copy quickly international technical trend. In this paper, it was investigated the nano-sized PN measurement characteristics for different particle generators between spray type and soot type. And the difference ratio between particle generators, the characteristic of PN concentration, counting efficiency and linearity was analyzed. Then, we make conclusions as followed. When particle diameter is increased, counting efficiency of two generators is decreased. Also Secondary calibration method is more higher 3% than Primary calibration method. Finally, SOF which is included in soot particles is not totally removed so it have great influence on test result of counting efficiency and linearity.

저항 방식 PM 센서의 캡 구조 변경에 따른 센서 응답특성에 관한 실험적 연구

이경복(Kyoung bok Lee),오광철(Kwang chul Oh),민용호(Young-ho Min),김관수(Kwan-Soo Kim) 한국자동차공학회 2016 한국자동차공학회 학술대회 및 전시회 Vol.2016 No.11

강화되는 배기규제 대응을 위해서 후처리시스템에 대한 의존율이 계속 증대되고 있고 입자상물질의 경우는 전적으로 DPF 시스템에 의존하고 있는 상황이다. 이런 환경에서 DPF 시스템의 결함으로 PM이 배기가스로 배출되면 이는 이전 배기규제치보다 많은 양의 오염물질 배출을 초래한다. 또한 관련 배출가스 규제가 강화되는 가운데 실시간 검증까지 요구받게 되면서 기존의 차압방식에 의존한 센서로는 OBD 한계에 대한 DPF의 고장진단이 어렵다. 그에 따라 최근 이를 충족할 수 있는 센서에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있으며, 저항방식 PM센서는 상용화 되어 입자상물질 저감 후처리시스템인 DPF(Diesel Particle Filter) 후단에 장착되어 PM의 전기 저항성질을 이용하여 차량시스템의 구동 중 DPF 시스템의 작동을 감시하고 파손을 진단(OBD; On-Board Diagnostics)한다. 본 논문에서는 저항방식 PM센서에 대해서 센서의 작동원리 및 특징을 설명하고 엔진을 대상으로 DPF 하류의 PM농도에 따른 개발된 PMSensor의 출력특성을 관찰했다. 또한 센 캡의 유동해석을 통해 캡의 구조를 개선하여 그에 따른 센서의 응답 특성을 확인하였다.

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.

디젤엔진 후처리장치 통과 후의 입자상물질 특성

성용하(Yongha Sung),김화남(Hwanam Kim),정길성(Kil Sung Jung),임명택(Myung Taeck Lim),최병철(Byungchul Choi) 한국자동차공학회 2007 한국자동차공학회 춘 추계 학술대회 논문집 Vol.- No.-

Exhaust treatment devices are added to the diesel engines as stricter regulations are introduced worldwide. The objectives of this study arc to further understand the characteristics of exhaust nanoparticles from a common-rail diesel engine equipped with DOC, DPF or CPF, and to analyze the effects of ultra-low sulfur diesel fuel on the particulate emissions. Diesel fuel with sulfur supplied in engine under the conditions of various equivalence ratio, fuel supply pressure and engine speed. The particle size distribution is measured by an SMPS to investigate the influences of sulfur content of the fuel, fuel injection pressure, fuel-air equivalence ratio, engine speed and load, types of exhaust treatment devices etc.

GDI 엔진의 연료 분사 제어 로직에 따른 나노입자 배출 특성에 관한 연구

이효근(Hyokeun Lee),최관희(Kwanhee Choi),명차리(Cha-Lee Myung),박심수(Simsoo Park),박종일(Jongil Park),한승국(Seung Kook Han) 한국자동차공학회 2011 한국자동차공학회 학술대회 및 전시회 Vol.2011 No.11

Nano-particle characteristics were investigated in the gasoline direct injection engine, for various air fuel ratios, fuel pressures and fuel injection timings in the part load condition. PN concentration and size distribution were measured by the DMS-500 equipped upstream of catalyst. Nano particle emission was closely related with fuel injection timing and in-cylinder flow motion in GDI engine. As a result, PN was decreased with increasing air fuel ratio and fuel pressure. And fuel injection timing was retarded over the middle intake stroke, particle emission was increased but reduced PN during the early intake stroke. In conclusion, optimization of the ECU control strategy on the fuel injection pressure, injection timing as well as air fuel ratio was needed to improve the nano particle emissions in GDI engine.

대형디젤엔진용 Metal Foam Filter의 미세입자 특성

송호영(Hoyoung Song),이민호,김재권(Jaigueon Kim),정충섭(Choongsub Jung),박만호(Manho Park),이정민(Jungmin Lee) 한국자동차공학회 2010 한국자동차공학회 학술대회 및 전시회 Vol.2010 No.11

Fine particles have the greatest demonstrated impact on human health. Their small size allows them to get deep into the lungs and from there they can reach or trigger inflammation in the lung, blood vessels or the heart, and perhaps other organs. Recently many studies have been performed about fine particles, specially nano particle less than 100㎚ size. In this study, we have performed experimental study on SFC reduction characteristics of emission, specially PM and PN(nano particle) and confirmed whether SFC have an advantage of reduction of particulate matter. EEPS measured the sample gas directly extracted from the tailpipe and used first dilutor between tailpipe and EEPS. We found that SFC reduced PM about 49% and PN about 62% and have a high reduction performance of nano particles.

Nano Particle Emission Charataristics of Biodiesel

송호영(Song, Hoyoung),이민호(Lee, Minho),김재권(Kim, Jaigueon),정충섭(Jung, Choongsub) 한국신재생에너지학회 2010 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2010 No.11

Biodiesels are well-known as alternative fuels. also we know that biodiesels increase NOx and reduce PM(Particulate Matter) by previous many studies. But PM in most these studies was considered about the mass. In this study, We have performed experimental test for PM and exhaust emission by mixed ratio of biodiesel in heavy duty diesel engine. PM was investigated by The nano particle number and the mass. The mass of PM was evaluated by using the standard gravimetric method, The number of PM was evaluated by using the EEPS(Engine Exhaust Particle Sizer), on the ESC(European Steady Cycle) mode. Sampled gas through dilutor was directly extracted from tail pipe and EEPS measured diluted exhaust gas. Biodiesel is made up of used cooking oil. Diesel as base fuel was sold on market and contains 2% biodiesel. The mass of PM was reduced 10% and the nano particle number was increased 5%. The particle number less than 40nm was increased, but the particle number more than 40nm is decreased.