1. 서 론
배출가스 규제와 온실가스 저감요구에 대응하 기 위해 제안된 직접분사식 가솔린 엔진(GDI;
기술은 기존의 포트 분 Gasoline Direct Injection)
사(MPI; Multi-point port-injection) 방식의 가솔린
엔진과 비교했을 때 출력 향상 및 연비 개선뿐 아니라 정밀한 연소제어를 통한 고효율 초희박 연소가 가능한 장점이 있다.(1) 기존의 연소방식에 비해 높은 공기과잉률을 이용하는 희박연소 GDI 기술은 세대와 세대로 나뉘는데1 2 , 1세대는 벽면 유도 방식(Wall-guided) 또는 공기 유도 방식
세대는 분무 유도 방식 으
(Air-guided), 2 (Spray-guided) 로 구분된다. 1세대 기술은 운전 시 연소실 내에 학술논문
< > DOI http://dx.doi.org/10.3795/KSME-B.2015.39.4.351 ISSN 1226-4881(Print) 2288-5324(Online)
종류에 따른 직접분사식 가솔린 엔진의 입자상 물질 저감특성 GPF
이의형* · 박철웅** · 이선엽**· 임종한*
가천대학교 기계공학과 한국기계연구원 그린동력연구실
* , **
PM Reduction Characteristics of Gasoline Direct Injection Engines with Different Types of GPFs
Ui Hyung Yi*, Cheolwoong Park** , Sunyoup Lee** and Jong Han Lim*
* Dept. of Mechanical Engineering, Gachon Univ.,
** Engine Research Team, Korea Institute of Machinery and Materials
(Received November 4, 2014 ; Revised December 22, 2014 ; Accepted January 17, 2015)
Key Words: GDI(가솔린 직접 분사), GPF(가솔린 입자상 물질 필터), Lean Burn(희박 연소), Particle
입자상 물질 개수 입자상 물질 질량
Number( ), Particle Mass( )
초록 세계적인 배출가스 규제의 강화와 함께 화석 연료의 매장량 감소와 유가 상승은 새로운 엔진 기: 술 개발을 촉진시켰다 가솔린 직접 분사. (GDI; Gasoline Direct Injection) 엔진은 연료를 직접 연소실에 공급하고 정밀한 연소제어를 통해 공연비가 희박한 혼합 상태에서도 연소가 가능하게 하였는데 이러한 , 방식은 기존 포트 분사 엔진보다 연비와 출력을 모두 향상시킬 수 있다 하지만 . GDI엔진은 디젤 엔진 의 경우와 마찬가지로 soot 발생률이 높아짐에 따라 입자상 물질의 배출이 증대되는 문제를 안고 있다. 이러한 문제를 해소하고자 본 연구에서는 가솔린 입자상 물질 필터(GPF; Gasoline Particulate Filter)를 개 발하여 입자상 물질의 배출정도를 저감시키고자 하였다 필터의 설계 효율에 따라 가지의 . 3 Metal foam 필터와 단일 Metal fiber 필터를 실험에 적용하여 PM과 PN의 저감률을 비교하였다.
Abstract: In the recent times, the use of gasoline direct injection (GDI) engines has been regarded as a means of enhancing conformance to emission regulations and improving fuel efficiency. GDI engines have been widely adopted in the recent years for their better engine performance and fuel economy compared to those of conventional MPI gasoline engines. However, they present some disadvantages related to the mass and quantity of particulate matter generated during their use. This study investigated the nanoparticle characteristics of the particulate matter exhausted from a GDI engine vehicle installed with different types of gasoline particulate filters, after subjecting it to ultra-lean burn driving conditions. Three metal foam and metal fiber filters were used for each experimental condition. The number concentrations of particles were analyzed for understanding their behavior, and the reduction characteristics were obtained for each type of filter.
Corresponding Author, [email protected]
2015 The Korean Society of Mechanical Engineers
Ⓒ
공기 유동을 이용하여 점화플러그 근처에 혼합기 를 형성한다 이러한 방식은 넓은 구간에서 희박. 연소를 위한 성층 연소를 구현하기 어렵고 벽면 에 연료가 침착하여 미연탄화수소를 배출시키기 도 하는 단점이 있다 그러나 고압분사 시스템을 . 요구하지 않기 때문에 이론공연비 연소를 구사하 는 GDI 엔진으로 상용화되었다.(2) 2세대 분무유 도방식(Spray-guided) 기술은 최근 출시되는 대부 분의 희박 GDI 엔진에 적용된 기술로서 디젤 엔, 진과 마찬가지로 고압연료분사기가 연소실 내 중 앙부에 위치하고 스파크 플러그가 근접하여 위치 한다 실린더 내부유동에 영향을 많이 받지 않기 . 때문에 안정적이고 효율적인 성층 희박연소가 가 능하다.(3) 연료의 성층화를 이용한 연소 제어는 저부하 조건에서 연료소비율를 개선시키고 전체 적인 배기배출물을 줄여주지만 고온 고압의 연,
소실 분위기에서 연료를 직접 분사하기 때문에 연소 시 입자상 물질의 배출이 증가하는 단점이 있다.
엔진은 입자상 물질의 질량뿐만 아니라 GDI
개수농도도 기존의 MPI 방식에 비해 크게 증가 하는 문제점을 안고 있다 유럽에서는 . 2017년부 터 가솔린엔진의 입자개수를 규제하기로 하였기 에, 향후 GDI엔진은 입자개수 기준을 만족하지 못하는 경우 입자상물질 저감용 필터의 장착이 필요할 것으로 예상된다 이에 높은 정화율을 갖. 는 필터 개발이 요구됨에 따라 본 연구에서는 희 박연소를 구현하는 GDI 엔진 개발을 목적으로 설계된 입자상 물질 저감 필터를 적용하여 그 성 능을 평가하였다. 필터의 전후단에서 배출되는 입자상 물질의 양과 개수 변화를 비교 분석함으, 로써 필터별 저감특성을 관찰하였다.
Fig. 1 Schematic diagram of experimental apparatus
실험 장치 및 실험 방법 2.
실험 장치 2.1
은 본 연구에 사용된 시험장치의 전체적 Fig. 1
인 구성을 나타낸 것으로 크게 엔진동력부 제어, 부 그리고 배기가스 측정부로 구성되어 있다 본 . 실험은 GPF(Gasoline particulate filter; 가솔린 입자 상 물질 필터 의 입자상 물질 저감 성능 분석을 ) 목표로 초희박 연소가 가능한 분무유도방식의 엔진을 사용하였다 자세한 엔진의 제원은
GDI .
에 명시하였다
Table 1 .
해당 엔진은 저 중 부하 조건에서 통상적으로 · 희박연소모드로 운전되고 연소에 관계되는 센서 등에 이상이 있을 경우에는 이론공연비(λ = 1.0) 연소모드로 작동된다 본 연구에서는 . GPF 전후단 의 공기과잉률에 따른 입자상 물질의 배출 경향 을 알아보고자 연소제어를 통해 이론공연비 조건 과 희박연소조건으로 나누어 실험을 진행하였다.
실험에 사용된 피에조 인젝터는 빠른 응답속도를 갖는 것으로서 사이클당 최대 회 분사가 가능하3 다 또한 축 피스톤형 고압연료펌프를 이용하여 . 3
의 고압으로 연료를 연료레일에 공급한다
20 MPa .
엔진의 입자상 물질 배출을 저감하기 위 GDI
해 시제 설계된 GPF를 배기부에 장착하여 필터 후단에서 입자상 물질의 개수와 중량을 측정하였 다 필터의 전단과 후단에서 추출한 배기가스를 .
장비로 일정비율 희 Diluter (DEED-100, TSI co.)
석하여 SMPS(Scanning Mobility Particle Sizer, 장비를 이용해 입자상물질의 개수를 GRIMM co.)
측정하였다 또한 입자상물질의 중량을 측정하기 . 위하여 동일한 방법으로 희석된 배기가스를 Dust-Trak Aerosol Monitor (8533, TSI co.) 장비로
주입시켜 측정하였다. 입자상 물질의 여과 정도 에 따라 필터의 효율을 계산하여 가장 최적화된 모델을 비교 분석하였다.
는 필터와 필터를
GPF Metal Foam Metal Fiber
이용하여 비교 실험하였다. Metal Foam 필터는 다공성의 금속 필터로써 열충격에 강하고 열전, 도성이 높으며 기공비가 높아 낮은 배압을 갖는 다 또한 필터 전체 체적에서 입자상 물질들이 . 포집되는 구조이기에 체적대비 효율이 높은 편이 다. Metal Foam 필터의 설계상의 필터링 효율에 따라 각각 50%, 60%와 70%의 필터를 시제 제작 하였고 각각을 A, B, C로 명기하여 나타내었다. Engine type 6-cylinder in-line
Displacement 2,996 Stroke/bore 85 / 88
Cylinder spacing 91
Max. Power 200 / 6700
Max. Torque 320 / 2750
Firing order 1-5-3-6-2-4 Compression Ratio 12.0
Table 1 Specification of BMW N53 engine
Fig. 2 Prototype metal foam and metal fiber filter for GDI engine
Fig. 3 The flow of exhaust gas in metal foam filter
Fig. 4 The structure and filtering principle of metal fiber filter
필터 내의 는 기공의 형 Metal Foam Porous media
태나 크기가 성형방법에 따라서 매우 불균일하여 내부 유동도 매우 불균일하기 때문에 필터링 효, 율은 Porous media 내부의 복잡한 유동을 공간 평균 기법으로 간단화한 Porous model의 해석을 통해 예측될 수 있다 기준이 되는 실제 . Metal
형상을 이용한 유속에 따른 압력 저항에 Foam
대한 실험을 통해, Porous media의 압력 강하 특 성 및 필터링 효율을 도출하게 된다.(4,5) 엔진실험 에서의 유량조건에서 필터 전후에서의 압력강하 를 실험값과 비교하여 model을 검증한 뒤 검증, 된 metal foam 필터의 압력강하 및 포집효율을 바탕으로 성형 방법을 달리하여 설계된 필터를 실험에 사용하였다
필터는 단일 모델로 마이크로 미터 Metal Fiber
단위의 얇은 metal filaments가 방향성 없이 결합 된 구조를 갖는다 입자상 물질의 저감 성능을 . 필터 내부 원리에 따른 차이로 비교 분석하고자 하였다.
는 각 필터 모델의 형태를 나타낸 것이고 Fig. 2
은 의 단면도로서 배기가스
Fig. 3 Metal foam filter
의 흐름을 보여준다 전단으로 유입된 배기가스. 가 중앙부를 통해 측면을 감싸고 있는 다공질의
로 여과된 뒤 후단 배출구를 거 Metal foam filter
치게 된다 이에 반해 . Metal fiber filer는 Fig. 4에 나타낸 것과 같이 다공성이 뛰어난 금속섬유를 적층하여 이를 지나는 배기가스 내의 입자상물질 이 금속섬유의 표면에 포집하도록 하는 구조를 갖는다 단 본 연구에 사용된 . Metal fiber filter는 약 50% 정도의 입자상물질의 저감이 가능한
로서 방식을 이용한다
partial filter open channel . 따라서 배압이 과도하게 증가하거나 필터가 막히
는 현상은 발생하지 않지만 정화효율이 낮고 필, 터에 쌓였던 입자상물질이 고유량 조건에서 순간 적으로 대량 방출될 가능성이 있다 본 연구에서. 는 Metal foam filter가 50-70%의 낮은 필터효율을 갖도록 기공 크기를 선정하여 설계하였기 때문에
의 결과와 비교할 때 비슷한 수
Metal fiber filter 준
을 보일 것으로 예상하였다.
필터는 과 로 구성된
Metal foam Ni Cr, Fe, Al
다공성의 금속 필터로서 소재의 특성상 열충격에 강하고 열전도성이 높으며 체적대비 높은 기공비 를 통해 낮은 배압특성을 갖는다.(6) 기존의 세라 믹 계열의 필터와는 달리 필터의 체적 전체에서 입자상물질의 포집이 수반되어 체적대비 활용효 율 높다 실험에 사용된 필터 시제품의 경우 최. 대 차압이 20000 Pa (Metal fiber : 1010.9 Pa / Metal foam - A : 1688.8 Pa; B : 1276.8 Pa; C : 이하로서 일반 디젤엔진용 입자상물질 1225.4 Pa)
필터에 비해 낮기 때문에 재생이 원활하게 일어 날 경우 엔진의 성능에 미치는 영향은 크지 않을 것으로 예상된다.
실험 방법 2.2
본 연구에서는 승용 가솔린 엔진에서 자주 사 용되는 운전영역인 2000 rpm BMEP(Brake Mean
와 의
Effective Pressure) 0.2 MPa BMEP 0.4 MPa 두 부하 조건을 실험조건으로 선정했다. Table 2 는 실험 조건을 보여주고 있으며 각각의 운전조 건에 대한 연료 분사시기와 점화시기를 정리하였 다. GDI엔진의 희박연소 특성에 따른 입자상 물 질 배출의 경향을 비교 분석하기 위해 각 부하, 별로 이론공연비 연소 조건과 희박 연소 조건으 로 나누어 실험을 진행하였다 이론공연비 조건. 에서 지각된 연료분사 조건에서 형성된 국부적인 농후한 영역은 입자상물질의 생성을 촉진하고 탄 화수소 등의 첨가에 의한 표면에서의 입자상물질 의 성장이 활발하게 일어나는 것으로 보고되고 있다.(7) 토크를 유지한 상태에서 가장 좋은 효율 을 보이는 MBT(Maximum brake torque)의 연소 상태로 점화시기와 연료 분사시기를 각각 맞추었 으며, BMEP 0.4 MPa 희박조건의 경우 연료성층 화의 정도 차이에 따른 불안정한 연소를 방지하 기 위해 다단분사를 적용하였고 이를 통해 상대, 적으로 저부하 조건과 유사한 연소안정성을 확보
하였다.(8~10)
(Crank Angle Degree, Before top
dead center)
Stoichiometric Lean-burn
Fuel injection
timing
Spark advanced
timing
Fuel injection
timing
Spark advanced
timing
2000 rpm BMEP 0.2
MPa
330 33 28 22
2000 rpm BMEP 0.4
MPa
330 25 40 29 22 Table 2 Experimental condition
냉각수 온도는 냉각수 온도 제어기를 통해 를 유지하도록 제어하였고 연료 분사 압 80±3 ℃
력은 20 MPa로 제어하였다. 가솔린연료를 사용하 는 직접분사식엔진의 경우 연료의 분사압이 증가 할수록 실린더에 분사되는 연료의 미립화 특성이 향상되어 엔진에서 배출되는 입자의 수농도가 감 소하는 것으로 알려져 있다.(11) 이러한 관점에서 본 연구는 고압연료분사조건에 해당하는 연료분 사압력 20 MPa 조건에서 실험을 진행하였고 최, 저 연료소비율을 나타내는 BTDC 330 CAD로 연 료분사시기를 선택하였다. 입자상 물질의 입경별 분포 개수 및 농도 측정은 각 운전 조건별로 회3 의 데이터를 수집하여 평균값을 사용하였고 입자 상물질의 중량은 분 동안 측정한 평균값을 사용3 하였다. 모든 입자상 물질 측정 장비는 Diluter
에서 일정 비율로 희석된 배 (DEED-100, TSI co.)
기가스를 사용하였으며 희석비(Dilution Ratio)는 으로 설정하였다
100 .
실험 결과 3.
입자상 물질 배출 특성 3.1 Engine out
필터를 장착하지 않은 상태에서 엔진에서 배출 되는 입자상물질의 배출특성을 파악하기 위해 연 소전략의 변경에 따른 입자상물질의 개수농도와 질량을 Fig. 5와 Fig. 6에 각각 나타내었다. BMEP
조건에서 상대적으로 더 많은 입자상 물 0.2 MPa
질이 배출되었고 이러한 경향은 개수와 질량 결, 과에서 동일하게 나타났다 디젤엔진에서 상대적. 으로 높은 부하조건에서 입자상물질 및 soot의 배 출이 증가하는 것과는 반대의 경향으로 보다 높, 은 분위기 온도 조건이 입자상물질의 산화에 영 향을 미쳐 나타난 결과로 판단된다.
본 연구에서 적용된 분무유도방식의 GDI엔진 의 경우 연료 성층화를 통해 희박연소를 구현한 다 이때 연료가 . 성층화된 영역은 점화플러그를 이용한 점화가 가능할 정도로 농후하거나 이보다 과농한 영역을 형성하게 된다.(12) 점화플러그에 의해 화염이 생성된 이후 이런 과농한 영역을 지 나 전파되면서 기존의 디젤엔진과 유사한 연소가 일어나게 되고 이러한 현상은 입자상물질의 생, 성을 촉진하게 된다 결과적으로 . Fig. 5와 Fig. 6 에 나타난 것과 같이 동일 부하조건에서는 희박 연소 시 입자상물질의 배출이 높게 나타난다 단. ,
부하의 이론 공연비 연소 조건에 BMEP 0.2 MPa
서 입자상물질의 질량이 희박연소 조건보다 높게 나타났는데 이는 발생된 입자상물질의 전체 개, 수는 작지만 질량에서 높은 비율을 차지하는 상 대적으로 큰 입자의 비율이 높음을 의미한다.
은 입자상물질의 입경에 따른 개수농도분 Fig. 7
포를 각 운전조건에 대해서 나타낸 결과이다 상. 기 언급한 입자의 크기별 분포비율을 보여주는
Fig. 5 Total particle number characteristics for each load and air/fuel ratio condition at 2000 rpm
Fig. 6 Particle mass characteristics for each load and air/fuel ratio condition at 2000 rpm
Fig. 7 Comparison of particle size distribution for engine out at each operating condition at 2000 rpm
Fig. 8 Total particle number of each filter at 2000 rpm, BMEP 0.2 MPa
Fig. 9 Total particle mass of each filter at 2000 rpm, BMEP 0.2 MPa
결과로서 BMEP 0.2 MPa 부하 조건에서 희박연 소 시 발생되는 입자상물질은 10 nm 이하의 입 경이 작은 구간에서 이론공연비 연소조건에 비해 높게 나타나는 반면 상대적으로 입경이 큰 입자, 의 농도는 낮은 경향을 나타내고 있다 예혼합기. 의 연소가 일어나는 이론공연비 조건에서의 상대 적으로 큰 입경의 입자상물질의 증가는 이른 연 료분사시기에 의한 연료의 벽면 및 피스톤 상부 의 적심현상에 의한 것으로 Seong 등에 의해 보 고된 것과 유사한 결과이다.(7)
이에 반해 상대적으로 높은 부하의 BMEP 0.4 부하 조건에서는 공기과잉률에 관계없이 MPa
부하 조건에 비해 전체적으로 낮 BMEP 0.2 MPa
은 값을 보이고 높은 분위기 온도 및 연소 온도 , 조건에서의 입자상물질의 산화 촉진에 의해 이론 공연비 조건에서의 입경별 개수농도 값도 크지 않다.
필터 종류에 따른 입자상물질의 저감 특성 3.2
필터의 종류 및 운전조건의 변화에 따른 입자
(a) Stoichiometric mixture (=1.0) combustion
(b) Lean-burn mixture (=3.5) combustion Fig. 10 Particle size distribution for various kinds of
filters at each operating condition at 2000 rpm
상물질 배출 변화를 살펴보기 위해 Fig. 8과 Fig.
에 부하 조건에서 각각의 필터
9 BMEP 0.2 MPa
적용 시 필터의 후단에서 측정한 입자상물질의 개수농도와 질량을 엔진에서 배출되는 값과 비교 하여 나타내었다 대부분의 필터에서 입자상 물. 질들이 상당량 저감되었다 연소전략에 따라서는 . 이론공연비(Lambda = 1.0) 혼합기 운전 시 필터 를 장착하기 전과 비교할 때 Metal fiber filter는 약 89%의 개수농도 저감 효율을 보이고 Metal
의 경우 최고 에 가까운 저감 효율 foam filter 98%
을 보였다 희박연소 . (Lambda = 3.5) 조건에서도 비슷한 수준의 개수농도 저감 경향을 확인할 수 있다. 실험 조건의 엔진회전수 및 부하가 높지 않은 저유량 조건이며 작은 크기의 입경을 갖는 입자상물질의 비율이 높은 가솔린엔진의 배출특 성 때문에 낮은 정화효율을 갖도록 설계된 필터 라 하더라도 평균기공의 크기에 대한 영향이 작 은 입자상물질이 대부분 저감되었음을 보여주는 결과로 볼 수 있다 필터 내에 입자상물질이 포.
집되면 포집입자의 크기가 점점 성장하게 되고 공극의 크기가 감소하면서 총 필터의 효율도 증 가하는 특징이 있다.
의 경우 시제품 별로 각각 설 Metal foam filter
계 목표치와는 다르게 효율 50%를 기준으로 설 계한 가 보다 높은 효율을 기준으로 설계된 다A 른 필터에 비해 저감효율이 높게 나타났다 각각. 의 시제품이 동일한 기공 크기와 평균 1.45 m2/L 의 일정한 비표면적을 갖고 필터의 크기만을 변, 경하여 설계 효율을 달리하였기 때문에 설계 목 표치와 동일한 경향을 보일 것으로 예상한 것과 는 다른 결과이다. Metal foam filter의 경우 기공 의 foam에 의해 필터의 효율 및 배압이 결정되는 것이 일반적이지만,(6,13) 길이의 변화에 의한 형상 변경 또한 필터의 차압에 영향을 미칠 수 있다.
실험 시 필터의 설계효율이 낮을수록 차압이 가 장 높은 수준을 유지하였고 이는 상대적으로 배, 기가스의 입자상물질이 필터에 머무르는 시간이 증가하였음을 의미한다. 결과적으로 정상상태의 일정한 운전조건에서 필터의 길이가 감소할수록 필터 효율이 증가하였다.
의 경우 입자상물질의 질량 저 Metal fiber filter
감은 Metal foam filter의 와 유사한 수준을 보이C 고 있으나 입자상물질의 개수농도 저감율은 가, 장 낮다.(14,15)
은 각각의 운전조건에서 필터를 적용했 Fig. 10
을 때 배출되는 입자상물질의 입경별 분포를 나 타낸 것이다. 운전조건에 관계없이 전체적으로
이하의 작은 입경크기의 입자상물질이 높 50 nm
은 저감률을 보인다 입자상물질의 포집이 배기 . 유량과 관계가 높은 상대적으로 큰 입경크기의 입자상물질의 저감률이 높지 않은 것은 평균기공 의 크기에 대한 영향이 크지 않음을 보여주는 결 과이다. 금속섬유가 적층되어 있는 Metal fiber
의 경우 배기가스 내 입자의 움직임이 섬유 filter
층 사이에서 상대적으로 자유로운 반면 다공질, 의 Metal foam filter의 경우 입경 크기가 작은 입 자상물질들의 브라운운동에 의한 필터 표면에서 의 포집 가능성이 높다 이로 인해 입경의 크기. 가 작아질수록 Metal fiber filter의 입자상물질 저 감률이 Metal foam filter에 미치지 못하는 것으로 보인다 이러한 결과는 . Choi 등(16)에 의해 보고된 확산에 의한 포집효율은 입자상물질의 크기가 증 가함에 따라 급격히 감소하고, 200 nm 이하의 입
자상물질의 간섭 및 충격에 의한 포집도 효과적 이지 않은 결과와 상통하는 것이다. 이에 비해 질량비율이 높은 큰 입경 크기의 입자상물질의 저감률의 차이는 필터종류에 따라 차이가 크지 않고 이러한 경향이 Fig. 9에 나타낸 질량 결과에 반영된 것으로 판단된다. 희박연소조건에서 10
이하의 작은 입자상물질의 배출이 높기 때문 nm
에 저감률은 예혼합연소조건과 비슷하지만 104-105 #/cm2 수준의 배출을 보이고 있다 희박연. 소조건의 경우 예혼합연소조건에 비해 배기유량 이 많기 때문에 입경의 크기가 증가할수록 필터 후단에서의 필터 종류에 따른 입자상물질의 배출 차이가 감소하는 것을 확인할 수 있다.
4. 결 론
본 연구에서는 분무유도방식(Spray-guided)의 초 희박 GDI 엔진 시제품을 이용하여 초희박 연소 시 발생되는 입자상물질의 배출 특성을 살펴보았 다 입자상물질의 저감을 위해 개발된 필터 들을 . 장착하여 이에 대한 각각의 여과 성능 및 입자상 물질의 입경별 분포를 측정하였다.
희박연소조건에서 연료가 성층화된 영역은 (1)
점화가 가능할 정도로 농후하거나 이보다 과농한 혼합기를 형성하기 때문에 입자상물질의 배출이 예혼합연소 조건에 비해 높게 나타났다.
저부하 운전 조건의 경우 예혼합연소 시 발 (2)
생된 입자상물질의 전체 개수는 작지만 질량에서 높은 비율을 차지하는 상대적으로 큰 입자의 비 율이 높기 때문에 입자상물질의 질량이 희박연소 조건보다 높게 나타났다.
입자상물질의 입경에 따른 개수농도분포는 (3)
저부하 조건에서 운전 시 10 nm 이하의 입경이 작은 구간에서 이론공연비 연소조건에 비해 높게 나타나는 반면 상대적으로 입경이 큰 입자의 농, 도는 낮았다.
이론공연비 혼합기 운전 시 필터를 장착하 (4)
기 전과 비교할 때 Metal fiber filter는 약 89%의 개수농도 저감 효율을 보이고 Metal foam filter의 경우 최고 98%에 가까운 저감 효율을 보였으며, 희박연소 조건에서도 비슷한 수준의 개수농도 경 향을 확인하였다.
필터 장착 시 입자상물질의 입경별 분포를 (5)
살펴보면 운전조건에 관계없이 전체적으로 50 이하의 작은 입경크기의 입자상물질에 대한 nm
높은 저감률을 얻었다. Metal fiber filter의 경우 배기가스 내 입자의 움직임이 섬유층 사이에서 상대적으로 자유로운 반면 다공질의 , Metal foam
의 경우 브라운운동에 의한 필터 표면에서의 filter
포집 가능성이 높기 때문에 입경의 크기가 작아 질수록 Metal fiber filter의 입자상물질 저감률이
에 비해 감소하였다 Metal foam filter .
참고문헌
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