엔진 냉각수에 부동액 혼합이 배출가스에 미치는 영향

Abstract

최근 승용차는 엔진의 출력이 향상되고, 승차 공간의 확대를 위하여 엔진 룸이 점점 작아지고 있다. 더불어 연비 저감을 목적으로 차량 전면의 공간이 적어지고 라디에이터 그릴이 점점 축소됨으로써, 엔진 냉각계에는 점점 더 가혹한 조건이 조성되고 있다. 또한 전 세계적으로 자동차의 보급이 확대되면서 50℃이상의 혹서 지역부터 -30℃ 혹한 지역까지 그 주행 환경도 점점 가혹해 지고 있는 실정이다. 현대는 도로망의 발달로 인해 기후 여건이 전혀 다른 지역으로의 운행이 잦아지고 지역에 따라서는 계절별로 기온 차가 60℃를 넘는 곳도 있어서, 엔진 냉각수는 과열과 동파방지라는 두 가지 목적을 수행해야 하는 어려움이 있다. 이를 위하여 국내에서 엔진의 동파방지제의 역할을 강조하여 부동액이라고 칭하고 있다. 현재, 부동액으로는 에틸렌글리콜[C2H2(OH)2]이 첨가되고 있으며 무색, 무취의 액체로 신경마비를 일으키는 물질이다. 또한, 에틸렌글리콜은 배출가스에 많은 영향을 미치고 있어 최적 부동액 혼합량을 결정하는 것이 배출가스 저감에도 큰 도움이 된다. 따라서 부동액 혼합이 배출가스에 미치는 영향에 대한 검토가 중요한 연구대상이 되고 있다. 현재 국외에서는 부동액 혼합에 따른 열전달 변화경향에 대해서 연구를 수행한 바 있고, 국내에서는 부동액 혼합이 엔진 및 차량 냉각성능에 미치는 영향에 대해서 류택용[1] 등에 의해서 연구된 바 있으나, 차량 배출가스에 미치는 영향에 대해서는 연구가 거의 없는 실정이다. 따라서 본 논문에서는 냉각수의 부동액 비율에 따른 배출가스 성분변화에 중점을 두고 부동액의 혼합 비율에 따라, CO, HC, NOx 배출량에 미치는 영향을 고찰하고자 한다.|Recently, the radiator size and front area of vehicle become smaller in order to decrease the fuel consumption. Also, the performance of cooling system is required the high COP and the operating conditions gets worse. Since the supply of the automobile is magnified whole world-wide, the vehicle operates under temperature from -30℃ to 50℃ and the environmental condition is severe. Beside, the operating conditions of vehicle are so different and the driving time get longer in dependence with the location. Hence, the engine cooling water has to be operated effectly to prevent the overheating and winter-sowing simultaneously. Generally, the anti-freezer solution addition is used essentially to the cooling system. The ethylene glycol is normally added in the anti-freezer solution. The ethylene glycol as the liquid of colorless and odorless have a nervous paralysis. The previous researches showed the optimal concentration in cooling water is the one of important factor to effect the engine performance because the cooling water temperature vary the engine metal surface. In this study, the exhaust gas were measured and analyzed with a variation of anti-freezer concentration(0%, 40%, 60%, 100%) in the cooling water. Especially, CO, HC, NOx composition analysis were carried out to study the effect of anti-freezer concentration. The experimental test was performed under ASM2525(speed=25 mile/hr, load=25% of road load) which are most popular test method in Korea. As a result, the optimal and resonable concentration of anti-freezer was 40% in consideration of the exhaust gas and the cooling system performance. However, the optimal concentration of anti-freezer should be varied with operating condition, especially the environmental temperature. In addition, the regular checking and changing of oxygen gas sensor is needed to improve the vehicle durability because the oxygen gas sensor affect to exhaust gas composition significantly. By this study, the vehicle reliability and durability can be improved by optimizing the cooling system.