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EHC를 이용한 Urea-SCR 후처리 시스템이 NOx 저감에 미치는 영향에 대한 실험적 연구
이상호(Sangho Lee),이경복(Kyoungbok Lee),원장혁(Janghyeok Won),이종인(Jongin Lee),오광철(Kwangchul Oh) 한국자동차공학회 2021 한국자동차공학회 부문종합 학술대회 Vol.2021 No.6
현재 국내 · 외 건설기계 및 농기계 제조사는 유럽의 Stage V 배기규제를 만족시킬 수 있는 후처리 장치 및 시스템의 개발을 완료하여 130~560kW급 건설기계/농기계 기준 NOx 배출량 0.4 g/kWh, PM 배출량 0.025 g/kWh 이하의 배출가스 수준을 만족하고 있으나, 향후 적용될 배기규제에서는 배출가스에 대한 더욱 엄격한 규제가 이루어질 것으로 예상된다. 따라서 유럽의 Post Stage V 및 미국의 Tier 5 배기규제를 대응할 수 있도록 해외기술 수준과 동등이상의 후처리 시스템 기술력을 확보할 필요가 있다. 일반 자동차에 비해 수요가 적으며, 사용 환경 및 운전 조건이 매우 다양한 건설기계/농기계의 특성에 따라 여러 환경에 적합한 패키징 설계가 필요하고, 제어의 편의성 및 적용의 용이성이 중요한 요소이다. 본 연구에서는 건설기계/농기계의 인증 운전 모드인 NRTC 운전 조건을 설정, 작성된 시험 모드를 이용하여 엔진 동력계 상에서 시험을 수행하였다. 시험 대상 엔진은 110PS, 중형 지게차용 엔진으로 Tire 4 규제를 만족하는 후처리 장치(DOC+SCR)가 구성되어 있다. 대상 엔진에 기존 SCR 장치를 이용하여 엔진시스템 초기 배기성능을 확인하였고 SCR 장치의 강화 및 환원제 doing량의 변화를 위해 개발된 SCR doing 시스템을 구성하였다. 본 연구에서는 상기 후처리 시스템에 개발 EHC를 부착하여 배출가스를 측정, 비교 및 분석을 수행하여 NOx 저감에 개발 EHC가 미치는 영향을 파악하고자 하였다. 본 연구에 사용된 대상 엔진은 4기통 커먼레일 디젤 엔진이며 Urea-SCR 시스템과 DOC, DPF 등 후처리 장치를 설치하였다. 기존 후처리 장치 구성에서 DOC 전단, DPF와 SCR 사이에 각각 EHC를 연결할 수 있도록 탈착 용이성을 고려하여 시험장치를 구성하였다. 시험 모드는 대상 차량인 건설기계/농기계 평가 모드인 NRTC 모드가 사용되었으며, 엔진 및 후처리 장치가 냉각된 상태인 Cold NRTC 시험 후 20분 정도 소킹한 뒤 Hot NRTC 시험을 수행하였다. 모드 시험에 앞서 대상 엔진의 Cold/Hot 조건에 따른 배기 온도를 측정하여 EHC가 적용되어 NOx 저감률을 향상시킬 수 있는 저온 영역을 확인하였다. NOx 배출량은 Hot NRTC 측정치의 90%와 Cold NRTC 측정치의 10%를 합산하여 배출량을 계산하였으며 0.35g/kWh 이하의 배출량을 목표로 정하였다. EHC 사용했을 때 SCR 입구 온도를 기준으로 약 2분 정도의 가열 시간을 앞당길 수 있었으며, 이와 같이 동일 시간 대비 온도 상승으로 인해 NOx의 배출량에도 차이를 보였다. EHC를 사용하여 승온 시켰을 때 Cold/Hot 조건 모두 NOx가 감소하는 경향을 확인하였으며, 특히 Cold NRTC에서 NOx 배출량의 차이가 크게 발생하였다. EHC를 사용했을 때의 최종 NOx 배출량은 0.346g/kWh로 측정되어 1차년도 목표 배출량을 달성할 수 있었다. 〈그림 본문 참조〉
Uncracked Filter와 Cracked Filter의 PM 배출 특성에 관한 실험적 연구
김종훈(Jonghun Kim),이경복(Kyoungbok Lee),오광철(Kwangchul Oh),김덕진(Deokjin Kim),이천환(Chunhwan Lee),이춘범(Chunbeom Lee) 한국자동차공학회 2010 한국자동차공학회 부문종합 학술대회 Vol.2010 No.5
Several problems with exhaust gas emitted by diesel engine must be solved. Especially particulate matter(PM) is the major concerns. To reduce emission of diesel soot, diesel particulate filter(DPF) has become widely known as an indispensable after-treatment component of the purification of the PM in the diesel exhaust gas. Recently, the many studies published concerning that the nano-particles are the harmful effect on the human body. So PM emission regulation is changed from the mass regulation to the number regulation. Due to tightening emission regulations, the monitoring for DPF is required. As monitoring term of DPF, the research is needed on the emission characteristics of PM number(PN) according to the level of crack of DPF. In this study, the experiments were performed using a 7.6L DL08S heavy duty engine, and test cycle used in this experiments is ESC mode. The experiments were conducted on the emission characteristics of PM number(PN) depending on the level of cracked DPF. Through these experiments, we can determine whether DPF is the failure. Therefore, the emission characteristics of PN is very important parameter for the monitoring about DPF.