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Abstract
목차
제1장 서론 21
제2장 디젤엔진의 排氣排出物 低(抵)減 기술 동향 24
제1절 대책기술 일반 24
제2절 燃燒改善의 전망 25
1. 煤煙微粒子와 窒素酸化物의 상관관계 25
2. 직접분사식 엔진의 대책 28
3. 間接噴射式 엔진의 대책 31
제3절 승용차 디젤엔진의 排出가스에 대한 問題點과 對策 31
1. 排出가스 對策技術 33
2. 今後의 課題 39
제4절 大型車 디젤엔진의 排出가스에 대한 問題點과 對策 40
제5절 排氣改善技術 42
1. EGR(exhaust gas recirculation) 42
2. 금후의 과제 46
제6절 建設機械用 디젤엔진의 排出가스에 對한 問題點과 對策 47
1. 建設機械用 엔진의 使用方法과 排氣規制 48
2. 건설기계用 엔진의 排出가스 대책 49
3. 금후의 과제 54
제7절 선박용 디젤엔진의 배출가스에 대한 문제점과 대책 54
1. 선박용 디젤엔진의 현황 55
2. 선박용 디젤엔진의 排氣規制 57
3. 排出가스의 低減對策 62
4. 排氣量 規制의 遵守 66
5. 금후의 과제 75
제8절 熱倂合 發電用 디젤엔진의 排出가스에 대한 문제점과 대책 75
1. 내연기관을 이용한 熱倂合 發電의 보급상황 76
2. 熱倂合 發電用으로서의 課題 76
3. 低NOx化 대책 및 금후의 과제 78
4. 초저NOx 연소방식에 대한 연구개발 79
5. 今後의 전망 81
제9절 배출가스처리의 현상 및 전망 82
1. 酸化觸媒 83
2. NOx還元 85
3. 微粒子 트랩(particulate trap) 89
4. 금후의 과제 92
제10절 종합 93
제3장 선뱍용 디젤기관의 대기오염방지에 대한 규제 95
제1절 IMO의 규제 동향 95
제2절 선진국의 지역규제 100
제4장 排氣排出량의 生性理論 考察 102
제1절 배기배출물의 영향 102
1. 이산화탄소(CO₂)의 영향 102
2. 일산화탄소(CO)의 영향 102
3. 未燃 탄화수소(HC)의 영향 102
4. 질소산화물(NOx)의 영향 103
5. 매연(Soot)의 영향 103
제2절 배기배출물의 생성원리 103
제3절 배기 배출물의 생성과정 104
1. 이산화탄소(CO₂) 104
2. 일산화탄소(CO)의 생성 과정 105
3. 未然 탄화수소(HC)의 생성과정 107
4. 질소산화물(NOx)의 생성과정 108
5. 매연(Soot)의 생성과정 110
제4절 NO生性濃度 計算 111
1. 化學平衡 計算 112
2. 斷熱火炎溫度 計算 115
3. 燃燒엔진의 NO生性濃度 計算 121
제5장 EGR 運轉조건에서의 性能豫測 125
제1절 서론 125
제2절 배기가스조성 예측계산 127
1. 平衡 계산방법 127
2. EGR율을 고려한 가스조성계산 136
3. 平衡計算例 137
제3절 배기가스중 NOx 발생량의 예측계산방법 139
1. NOx 生性經路 139
2. 非平衡 計算方法 140
3. 비평형 계산 예 146
제4절 성능예측 프로그램 147
1. 성능예측 계산에 있어서의 가정 148
2. 성능예측 계산 149
제5절 NOx 생성에 미치는 운전인자의 영향 153
1. EGR율에 의한 영향 153
2. 열발생형태에 의한 영향 153
3. 연료분사시기에 의한 영향 158
제6절 결론 158
제6장 排氣가스 再循環(EGR) 시스템 160
제1절 槪要 160
제2절 EGR시스템설계 160
제3절 EGR밸브 설계·제작 162
제7장 물 噴射式 煤煙 濾過裝置 設計·製作 166
제1절 시스템설계·제작 166
제2절 매연여과 장치 성능실험 169
제8장 EGR에 의한 실린더·피스톤 磨耗 영향 174
제1절 서론 174
제2절 실험 장치 및 방법 175
1. 실험장치 175
2. 물 噴射式 煤煙 除去裝置 177
3. 실험방법 177
제3절 실험 결과 및 고찰 180
1. 실린더 라이너 磨耗量 180
2. 피스톤 磨耗量 184
3. 피스톤 링 磨耗量 188
제4절 결론 190
제9장 실제 엔진에의 실용화 192
제1절 서론 192
제2절 실험장치 및 실험방법 193
1. 실험 장치 193
2. 물분사식 매연제거장치 199
3. 배기 분석기 201
4. 실험방법 204
제3절 실험결과 및 고찰 206
1. 엔진 연소성능 206
2. 연료소비율 217
3. 배기 배출물 221
제4절 결론 251
제10장 결언 253
參考文獻 256
표 2-1. 1989년도 규제치와 중앙공해대책심의회안의 비교(직접분사식 디젤엔진의 境遇) 41
표 2-2. 건설기계용 엔진의 排出가스 규제치(1991年 12月 現在) 49
표 2-3. 디젤엔진 排出가스 低減技術의 建設機械에 대한 適用 51
표 2-4. IMO와 CARB의 排氣規定에 대한 提案 58
표 2-5. 슬라이드型 燃料밸브의 使用에 의한 NOx低減 68
표 2-6. 各種 金屬-알루미나觸媒의 活性 88
표 2-7. 산업용 디젤엔진에의 NOx저감 적용기술 94
표 3-1. IMO의 배출가스 규제 목표치 97
표 3-2. 미국의 CARB(California Air Resources Board)의 선박용 규제치 98
표 3-3. 미국의 자동차 규제기준 98
표 5-1. 평형상수의 상관관계 132
표 5-2. Engine Specifications 138
표 5-3. Rate constants for NO formation mechanism 142
표 6-1. ECU 제작사양 163
표 6-2. EGR 밸브의 제작 사양 165
표 8-1. 실험엔진의 사양 175
표 9-1. 엔진의 주요사양 193
표 9-2. 사용 연료의 사양 198
표 9-3. 배기가스분석기의 사양 202
그림 2-1. PM과 NOx 배출 상관관계 27
그림 2-2. 運轉條件에 대한 trade-off(直接噴射式 過給엔진) 27
그림 2-3. 微粒子低減의 戰略(直接噴射式의 大形車) 28
그림 2-4. 間接噴射式 엔진의 微粒子와 NOx의 關係 32
그림 2-5. 디젤엔진의 CO₂ 排出量 33
그림 2-6. Pujo社의 3밸브 엔진 34
그림 2-7. 新豫燃燒室 및 渦流室 35
그림 2-8. 電子制御 噴射펌프 36
그림 2-9. EGR制御系의 例 36
그림 2-10. VW社의 環境디젤엔진(觸媒附着) 37
그림 2-11. 觸媒淨化溫度 및 SOx 轉化率 38
그림 2-12. 微粒子 필터시스템의 例 38
그림 2-13. 低硫黃輕油의 微粒子 排出特性 39
그림 2-14. EGR에 의한 NOx(G/Kw·h) 低減比率(D13모드, 大形試驗用 엔진) 43
그림 2-15. EGR의 影響에 의한 톱링(top ring)과 실린더 라이너(cylinder liner)의 摩耗 43
그림 2-16. 운동밸브系 마모에 미치는 煤煙의 영향 44
그림 2-17. 蓄壓式 인젝터 시스템의 例 45
그림 2-18. 微粒子의 構成成分 47
그림 2-19. 建設機械와 大形自動車의 試驗모드 比較 48
그림 2-20. 舶用 推進 엔진의 推移 56
그림 2-21. 燃料消費率의 推移 57
그림 2-22. 엔진속도에 따른 NOx規制에 대한 EURMOT 및 日本의 提案 값 61
그림 2-23. NOx의 排出現狀値 및 規制値(案) 62
그림 2-24. 燃料過程에 있어서 NOx低減技術과 燃料消費率의 關係 63
그림 2-25. 給氣加濕에 의한 NOx低減 64
그림 2-26. 多口噴霧 槪念圖 65
그림 2-27. 슬라이드型 燃料밸브 68
그림 2-28. 1 L42MC型 試驗엔진에 關한 排氣再循環 實驗 70
그림 2-29. 低速 디젤엔진에 대한 槪略的인 SCR 흐름圖 71
그림 2-30. SCR장치를 장착한 MAN B&W社 6S50MC 73
그림 2-31. 觸媒交換 順序 74
그림 2-32. 10 L80MC型 엔진에 탑재한 촉매장치 74
그림 2-33. 熱倂合 發電施設의 年度別 推移 77
그림 2-34. 固定型 디젤엔진의 指導基準 77
그림 2-35. 低NOx化 對策과 初期 및 補修費用 78
그림 2-36. 小形의 熱倂合 發電시스템의 例 80
그림 2-37. 新給.氣 冷却시스템 81
그림 2-38. 微粒子 組成(美國, HDD·FTP mode) 84
그림 2-39. 酸化觸媒의 效果(美國, HDD·FTP mode) 84
그림 2-40. 암모니아+觸媒 脫室酸化物 裝置 85
그림 2-41. 金屬지오라이트 및 알루미나의 觸媒活性과 溫度 87
그림 2-42. 버너方式 트랩裝置 90
그림 2-43. 電氣爐方式 트랩裝置 91
그림 3-1. IMO의 선박용 디젤기관의 최대 NOx 배출허용기준 97
그림 3-2. 일본 동경만에서의 NOx배출 예측 100
그림 3-3. 미국의 캘리포니아 주 연안의 NOx배출 규제해역 101
그림 4-1. 디젤연소 원리 104
그림 4-2. Physical description of Eq.(4-21) 116
그림 4-3. (1) 단열화염온도 계산을 위한 흐름도(계속) 118
그림 4-3. (2) 단열화염온도 계산을 위한 흐름도 119
그림 4-4. 정암연소시의 단열화염온도 120
그림 4-5. 정적연소시의 단열화염온도 122
그림 4-6. 단열화염온도를 파라메터로 한 당량비변화에 의한 NOx 생성온도 124
그림 5-1. 연소가스의 평형계산예 138
그림 5-2. 연소가스의 비평형 계산예 147
그림 5-3. EGR율에 따른 열효율, 연소가스온도, 최고압력, 및 NOx의 계산결과(phi : constant시)(이미지 참조) 154
그림 5-4. EGR율에 따른 열효율, 연소가스온도, 최고압력, 및 NOx의 계산결과(mf : constant시)(이미지 참조) 155
그림 5-5. 연소함수지수 m의 변화에 따른 열발생율 형태 156
그림 5-6. 연소함수 지수 m의 변화에 따른 계산결과 156
그림 5-7. 예혼합연소율 alpha 변화에 따른 열발생 형태 157
그림 5-8. 예혼합연소 alpha의 변화에 따른 계산결과 157
그림 5-9. 연료분사 시기 변화에 따른 계산결과 158
그림 6-1. EGR 시스템 개략도 161
그림 6-2. EGR 시스템 제어 개략도 162
그림 6-3. EGR 밸브의 조립도 164
그림 7-1. 물분사식 매연 여과장치 전체도 167
그림 7-2. 매연 농도(물유량 100ℓ/min, /EGR율 20%) 170
그림 7-3. 매연농도(물유량 150ℓ/min, /EGR율 25%) 171
그림 7-4. EGR율 및 물유량 변화에 따른 매연제거기의 Soot여과 효과 173
그림 7-5. 엔진의 회전수 1600rpm일 때 순환가스의 온도변화 173
그림 8-1. 실험장치도 176
그림 8-2. 스크러버 단면도 178
그림 8-3. 실린더 라이너, 피스톤, 피스톤 링의 계측위치 179
그림 8-4. 실험前後의 라이너 內徑을 前後位置에서 1番 및 2番 실린더의 경우에 대해 計測한 값 181
그림 8-5. 실험前後의 라이너 內徑을 前後位置에서 1番 및 2番 실린더의 경우의 마모량 비교 181
그림 8-6. 실린더 라이너의 좌우측 직경방향에서의 마모량 계측 182
그림 8-7. 실린더 라이너의 좌우측 직경방향에서의 마모량 비교 183
그림 8-8. 前後左右에 대한 平均 磨耗量값 183
그림 8-9. 피스톤 상부 좌우 전후위치에서의 마모량 184
그림 8-10. 피스톤 상하부의 전후위치점에서의 마모량 비교 186
그림 8-11. 피스톤 상하부의 좌우 위치점에서의 마모량 비교 187
그림 8-12. 피스톤의 평균 마모율 187
그림 8-13. 피스톤 링 두께의 마모율 189
그림 8-14. 피스톤 링 폭의 마모율 189
그림 9-1. 실험 장치도 195
그림 9-2. 실험장치 사진 196
그림 9-3. 배기가스 분석기(분서기) 사진 196
그림 9-4. 스크러버 사진 197
그림 9-5. 실린더내 연소해석장치 197
그림 9-6. 스크러버의 단면도 200
그림 9-7. 배기가스 측정장치도 203
그림 9-8. 실험엔진의 성능특성곡선 205
그림 9-9. EGR율별 연소압력 변화(Load 25%, 1400rpm) 209
그림 9-10. EGR율별 연소압력 변화(50%, 1400rpm) 210
그림 9-11. EGR율별 연소압력 변화(Load 75%, 1400rpm) 211
그림 9-12. EGR율별 연소압력 변화(Load 100%, 1400rpm) 212
그림 9-13. EGR율별 연소압력 변화(Load 25%, 1600rpm) 213
그림 9-14. EGR율별 연소압력 변화(Load 50%, 1600rpm) 214
그림 9-15. EGR율별 연소압력 변화(Load 75%, 1600rpm) 215
그림 9-16. EGR율별 연소압력 변화(Load 100%, 1600rpm) 216
그림 9-17. 엔진부하변화에 따른 EGR율별 연료소비울(1400RPM) 219
그림 9-18. 엔진부하변화에 따른 EGR율별 연료소비율(1600RPM) 220
그림 9-19. wet EGR과 dry EGR에 대한 NOx배출량의 비교(1400rpm) 223
그림 9-20. wet EGR과 dry EGR에 대한 NOx배출량의 비교(1600rpm) 224
그림 9-21. wet EGR과 dry EGR에 대한 soot배출량의 비교(1400rpm) 225
그림 9-22. wet EGR과 dry EGR에 대한 soot배출량의 비교(1600rpm) 226
그림 9-23. EGR율 변화에 따른 NOx와 매연, 연료소비율 관계(1400rpm) 229
그림 9-24. EGR율 변화에 따른 NOx와 매연, 연료소비율 관계(1600rpm) 230
그림 9-25. EGR율 변화에 따른 엔진부하별 CO₂ 배출특성(at 1400rpm) 234
그림 9-26. EGR율 변화에 따른 엔진부하별 CO₂ 배출특성(at 1600rpm) 235
그림 9-27. EGR율 변화에 따른 엔진부하별 CO 배출특성(at 1400rpm) 239
그림 9-28. EGR율 변화에 따른 엔진부하별 CO 배출특성(at 1600rpm) 240
그림 9-29. EGR율 변화에 따른 엔진부하별 NOx 배출특성(at 1400rpm) 244
그림 9-30. EGR율 변화에 따른 엔진부하별 NOx 배출특성(at 1600rpm) 245
그림 9-31. EGR율 변화에 따른 엔진부하별 Soot 배출특성(at 1400rpm) 249
그림 9-32. EGR율 변화에 따른 엔진부하별 Soot 배출특성(at 1600rpm) 250
Photo 7-1. 물분사식 매연 여과장치 168
Photo 8-1. 실험장치 176
Photo 8-2. 내구시험후의 실린더 라이너 180
Photo 8-3. 내구시험후의 피스톤 모양 186
Photo 8-4. 내구시험 후의 피스톤 링 190
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