자동차 배기가스 측정을 위한 매연프로브 효율 향상에 관한 연구

Abstract

Today, there are more than one car per household, and it has become an indispensable necessity for our lives. However, the exhausted emissions from burning on fossil-fueled vehicles have polluted the atmosphere and caused many environmental problems. Also, it has an adverse effect on the human body. Therefore, various countries are increasingly interested in the pollution of the environmental caused by exhaust gases from automobile, and they are forcing regulations to be strengthen in exhaust gas. In south korea, vehicle are inspections systems are regularly carried out by the state to ensure the emission status and safety of vehicles, thereby improving the quality and safety of life by reducing greenhouse gases and fine dust that are the main culprits of air pollution and vehicle defects. And, the vehicle inspection broadly consists of regular and total checks, and both the safety level and the amount of exhaust gas are checked simultaneously during a vehicle inspection. In this study, the probes were designed in order to improve the performance of soot probe efficiency for emission measurement of a vehicle. And, these study analyzed the smoke measuring probes used in the lug-down 3 mode and the free acceleration mode method at no load condition. First, this study deals with the efficiency of a soot probe to measure soot emissions from diesel vehicles. When the vehicle exhaust gas measurement is performed, there may be a difference between the exhaust gas temperature and the soot suction amount because of the different shape and angle of the exhaust port for each vehicle type. As the results, I could see that the difference in the value of the soot concentration measured by the shape of the exhaust pipe of the vehicle was indicated by the shape and insertion location of the soot measuring probe. And, I could see that the larger the angle of the exhaust pipe shape, the greater the difference between the soot concentration and temperature of the exhaust gases. The improved probe(B) showed the characteristics of temperature being measured lower than the existing probe(A) at 45° and 70° conditions, but the difference in the soot concentration of exhaust gases could be found to be almost constant. Second, The soot measurements changed depending on the insertion position and shape of the vehicle soot-measuring probe. The larger the exhaust pipe shape and angle, the more inclined to the wall the center hole of the soot-measuring probe became, which decreased the suction efficiency. When the soot-measuring probe hole was closer to the center of the exhaust pipe, the soot measurements showed fewer variations and higher accuracy even if the exhaust pipe angle was changed. Even when the inlet was not secured, the probe hole of the improved probe(C) was located near the center of the exhaust pipe. Consequently, probe(C) showed improvements in the soot concentration of approximately 89% and 25% relative to the mean soot concentration for the three modes of probe(A) and probe(B), respectively. The temperature of probe(C) showed improvements of approximately 193% and 56% relative to the mean temperature of the three modes of probe (A) and (B), respectively, in the 70° condition and improvements of approximately 140% and 18%, respectively, in the 90° condition. The results of this study verified the possibility of improving the inspection efficiency and lowering CO2 emissions in the transportation area when the improved probe(C) is applied to regular and general inspections. As the results, probe(C) involves a structure designed close to the center of the circumference of the exhaust pipe, and the suction efficiency was improved by adding a variable center unit. The improved (C)probe can enhance the effectiveness of the inspection when applied to regular and total checks inspections, and the possibility of contributing to the reduction of carbon dioxide emissions generated in the transportation sector has been confirmed.| 현재 수송 분야는 온실가스 배출량의 많은 부분을 차지하는 것으로 알려져 있어 정부와 자동차 제작사에서는 2030년을 기점으로 온실가스 배출 전망치를 현행대비 약 30% 내외의 감축 목표를 세우고 있다. 구체적인 감축 방안으로 친환경차 보급, 대중교통 운영 확대, 소형자동차 온실가스 규제 등이 제시되고 있다. 하지만 위와 같은 대안으로는 목표한 전망치를 달성하기 어려운 현실이다. 그래서 정부는 중 대형자동차에서 배출되는 온실가스 배출량 규제 목표를 설정하여 온실가스 감축을 계획하고 있다. 현재 자동차 정기검사 및 종합검사에서는 디젤엔진 및 디젤엔진에 가스연료를 섞어서 사용하는 엔진의 자동차 매연 측정에 KD-147 mode, Lug-down 3mode (회전수 제어방식), 무부하급가속 검사 기법을 적용하여 수행한다. 이러한 디젤엔진사용 자동차에 시행되는 검사기법 중 Lug-down 3mode (회전수 제어방식) 부하검사기법은 Chassis Dynamo에서 가속페달을 최대로 밟는 등 고 부하조건에서 고속회전상태에서 검사모드가 시행됨에 따라 매연의 과다배출차량을 선별하는데 효과적이라고 알려져 있다. 또한 도로주행 패턴이 반영되지 않은 무부하급가속 검사에 비하여 3모드로 매연을 측정하기 때문에 무부하급가속 검사의 단점을 어느 정도 보완하였으며, 엔진의 출력과 회전수를 감안하지 않는 무부하급가속 검사에서는 인위적으로 가속페달을 끝까지 밟지 않거나 엔진에 공급되는 연료량을 줄여 부적합하게 매연을 측정하는 것을 예방할 수 있다. 또 다른 부하검사방법인 KD-147 mode는 승용차, 승합차, 중소형화물차에 적용하고 있으며 Lug-down 3mode의 문제점을 보완하였으며 D-147 mode를 한국형 KD-147 mode로 개발해 도로주행 패턴을 반영하였고, Lug-down 3mode에서의 과부하로 인한 차량파손 및 소음 및 분진의 유발을 어느 정도 보완하였다. 하지만 Lug-down 3mode (회전수 제어방식), KD-147 mode 등의 부하검사기법 및 무부하급가속 검사기법으로 디젤엔진사용 자동차 매연을 측정할 때 차종마다 각기 다른 구조의 배기관 형상과 용도에 따라 튜닝 검사 후 배기관 구조와 각도가 불규칙적으로 제작적용 되고 있다. 이러한 배기관의 불규칙한 각도는 매연 측정프로브의 부정확한 삽입을 유발할 수 있으며, 이는 매연측정 시 배기관 각도에 따른 영향으로 배기가스 매연흡입량과 흡입온도의 차이가 일부 검사모드 조건에서 발생할 수 있어 정확한 매연 측정을 할 수 없다. 이러한 부정확한 매연측정은 검사시 정확한 부적합 차량이 선별되지 않는 문제점이 있어 자동차검사제도의 실효성의 문제가 제기될 수 있다. 따라서 본 연구는 매연프로브의 효율 향상에 관한 것으로 기존의 매연프로브에서 배기관 구조와 각도가 불규칙적으로 제작적용 된 자동차에서 발생할 수 있는 매연흡입 개선연구로 배기관 형상의 각도가 불규칙한 조건 및 45도, 70도, 90도 조건에서 매연 측정 효율이 떨어질 수 있는 현상의 문제를 개선하는 방향으로, 두 가지 형태로 매연측정 프로브의 형상을 개선하여 흡입효율과 매연 측정프로브 및 리브의 내구성을 향상시켜 매연측정 효율을 높이는 방향으로 진행하였다. 아울러 검사시 정확한 매연부적합차량이 선별되지 않아 자동차검사제도의 실효성에 문제가 제기될 수 있는 문제를 개선하여 검사제도의 실효성을 높이고 디젤엔진 자동차의 매연 측정시 보다 정확한 배출량을 측정하여 부적합 차량을 정확히 판별하기 위한 방안으로 연구하였으며 그 효과가 있음을 증명하고자 한다.