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[공학]자동차 배출가스 제어기술 평가A+최고예요

Ⅰ. 후처리 기술 ( After treatment Technology )? 삼원촉매 ( Three Way Catalytic converter )⑴ 삼원촉매의 정화작용삼원촉매는 HC, CO, NOx의 3가지 유해물질을 동시에 산화 및 환원시켜 정화하는 작용을 하는 촉매를 말한다. 자동차에 사용되는 촉매는 CO와 HC를 산화시켜 CO2와 H2O로 변환시키며 동시에 NOx를 환원시켜 N2로 만들어 준다.촉매의 공연비에 따른 각 유해물질에 대한 정화효율은 아래 그림과 같이 이론공연비 부근에서 가장 높으며, 촉매입구온도와 관련이 깊다.이론공연비 부근에서 정화효율이 가장 높은 이유는 NOx의 환원에 의해 생긴 산소가 CO, HC를 산화시킬 정도로 충분하기 때문이다.이론공연비 보다 농후하게되면 CO와 HC의 발생량이 너무 많아지고, 반대로 이론공연비 보다 희박하게 되면 산소과잉으로 CO, HC의 발생량은 작아지지만 질소산화물의 발생량은 많아지게 된다.이론공연비 부근에서 공연비를 제어하기 위해서는 산소센서와 ECU를 이용한 Closed loop control이 필수적이며, 현재 대부분의 자동차에서 삼원촉매가 사용되고 있다.공연비폭(lambda window)이란, 삼원촉매가 이상적인 전환효율을 갖기 위한 공연비 범위를 말하며 다음과 같은 식으로 나타 낼 수 있다.< 삼원촉매의 전환효율 > < 삼원촉매 전후의 배출가스 농도 >⑵ 삼원촉매의 구조촉매의 구조는 외부는 금속제 하우징으로 되어있고, 내부는 담체와 담체표면의 중간층(Wash-coat)으로 되어 있으며, 담체와 하우징 사이는 진동이나 충격으로부터 담체를 보호하기 위한 금속섬유가 채워져 있다.담체는 촉매의 골격으로서 펠릿형, 세라믹모노리스형, 금속모노리스형이 있으며 현재는 내열성이 높은 마그네슘-알미늄 실리게이드가 주성분으로된 세라믹모노리스가 가장 많이 사용된다.세라믹모노리스 담체의 중간층은 다공질의 수천개의 구멍이 뚫려있어서 표면적을 약7000배 이상 확대하는 효과를 내고, 또 표면에는 실제로 촉매작용을 하는 백금과 로듐반에 발표된 삼원촉매기술은 획기적인 저배기기술로 각광받았으나 최근의 저연비기술개발에서 요구하는 희박연소의 경우 삼원촉매가 정상 작동하지 않기 때문에 새로운 개념의 정화기술이 요구된다.? 예열촉매 ( Pre-heat Catalyst )승용차 배출가스를 측정하는 운전모드인 CVS-75 모드에서 측정된 HC는 최초 시동 2분 이내에 전체의 80%이상이 배출되며 CO 배출량도 상당히 많다. 아래 그림에서도 엔진시동 2분 이내에 대부분의 HC가 배출됨을 보여주고 있다.엔진은 초기운전기간 (initial warm-up)중에 연료가 농후한 상태로 운전되며 온도가 낮을수록 공연비는 더욱 농후하다. 따라서 저온 시동시 엔진으로부터 NOx는 적게 배출되나 CO와 HC는 다량 배출된다.엔진 배출가스에 의해 촉매가 정상 동작하는 온도까지 상승하여야 HC 및 CO를 산화시킬 수 있는데 엔진이 충분히 가열되는데 걸리는 시간과 배기관으로부터 촉매장치까지 거리가 있어 배기가스가 촉매장치를 “light-off"온도까지 상승시키는데 어느 정도의 시간이 소요된다.< 엔진시동시의 HC 배출량 >저온 시동시의 CO와 HC 저감대책으로 산화반응이 일어나도록 적절한 산소를 공급하는 방법과 촉매를 반응온도까지 신속하게 가열시키는 방법 이 있다.구체적 기술로는 엔진 연소를 제어하거나 배출가스에 2차공기를 공급하는 등 “연소제어방법”과, 전기히터나 버너 등으로 촉매를 가열시키는 “촉매예열방식”이 있으며 이들은 상호 보완적으로 사용된다.⑴ 연소제어엔진시동시 점화시기를 지연시키고 아이들속도를 높여 촉매를 빨리 가열시키거나 분사되는 연료를 보다 미립화하여 연료가 공기와 잘 혼합되게 한다.가감속시와 같이 엔진속도나 부하가 바뀔 때는 흡기관에 젖는 연료(wall-wetting)양이 변하고 람다센서에서 공연비를 감지하는 시간 차이에 의해 정밀한 공연비제어가 어렵다. 따라서 엔진속도 및 부하, 온도에 따른 흡기관내의 공기와 연료량의 시간적 영향을 고려한 transient control이 필요하다.공연비의 농후와 희박만(EHC)전기에너지로 촉매의 담체를 가열시키는 장치로서 가장 효율적인 방법으로 평가되고 있으며 EHC(electrically heated catalysts)로 통칭된다. 미국, 유럽, 일본에서는 EHC를 실차에서 평가 및 최적화하고 있는 상황이며, 생산시설도 대량생산체제로 접어들고 있다.그러나 히터를 가열시키기 위해서 3-4kw의 전력이 필요하여 엔진 발전기(generator)나 밧데리 크기가 커지는 등 추가 전력공급 장치가 필요하며 고가인 것이 결점이다.② 버너식장치버너를 사용하여 촉매 담체를 가열시키는 장치로서 추가로 연료를 공급하기 때문에 연료소비가 증가하며 구조가 복잡하고 가격이 높아 전기히터식에 비해 불리한 것으로 평가되고 있다.③ HC Adsorber냉간 시동시 발생하는 HC를 별도의 트랩(adsorber; HC trap)에 흡착시켜 두었다가 촉매가 light-off 온도에 도달하면 adsorber에 흡수된 HC를 방출하여 촉매장치를 통과시키는 방법이다.흡착제로는 제올라이트계(zeolite-based)가 주로 사용되며 촉매와 adsorber의 배열방식에 따라 크게 passive 방식과 by-pass 방식이 있다.미국의 엥겔하드(Engelhard)사, 독일 BMW사 등에서 성능이 우수한 방식이 개발되고 있으며 미국 코닝(Corning)에서도 PUMA 시스템으로 ULEV를 통과할 수 있다고 발표하여 관심을 끌고 있다.< 촉매예열 방식 >④ Close Coupled Catalyst(CCC)삼원촉매를 엔진 배기관 가까이에 설치하여 촉매온도가 빨리 가열되도록 하는 방법으로 경제적인 방법이다. 그러나 엔진에 가깝기 때문에 촉매가 과열되어 성능이 저하되거나 손상되기가 쉬워 이에 대한 방지책이 필요하다.이에 대한 방안으로, 별도의 pre-catalyst를 엔진 배기관 가까이에 설치하여 엔진 초기시동시(warm-up)만 사용하게 하고 엔진이 충분하게 데워지면 pre-catalyst로의 배출가스 통로는 막고 삼원촉매로 배출가스가 흐르도록 하는 시스템도 있다.이외에도 -80%를 제거한다. 그러나 전체 PM 중 SOF 비율이 적어 TPM의 20-40% 정도를 저감시킨다.< DOC의 배기가스 저감성능 예 (US Transient Mode) >DOC의 PM 저감율이 높지 못하기 때문에 PM 규제의 안전율을 확보하기 위해 주로 사용되며 PM 저감율이 80% 이상 되는 기술이 개발되기 이전의 임시 또는 과도기 기술 역할을 하고 있다.DOC는 또한 디젤악취(diesel odor)와 흑연(black smoke)도 감소시키며 촉매로는 백금(platinum;Pt)이나 팔라듐(palladium;Pd)을 사용한다.배기가스 온도가 300oC 이상의 고온이 되면 배출가스중의 산소와 반응하여 sulfur dioxide(SO2)가 SO3와 H2SO4를 생성하는 산화반응을 일으키며 이는 특히 인체에 유해하기 때문에 문제시 된다. 이를 방지하기 위한 가장 중요한 조치로는 연료에 유황 함유율 0.05%(중량) 이하의 저유황화가 선행되어야 하며 향후 0.01% 까지 요구할 것으로 예상되고 있다.< 배기가스온도에 따른 DOC의 SOF 저감특성 >< 산화촉매의 온도에 따른 CO, HC 전환성능 >< 산화촉매의 온도에 따른 SOF, TPM 전환성 능과 SO2의 sulfate 생성율 >Ⅱ. 신형 내연기관과 대체연료기술? 전기자동차 ( Electric Vehicle : EV )⑴ 전기자동차 개발 배경전기자동차(Electric vehicle ; EV)는 주로 밧데리의 전원을 이용하여 AC 또는 DC모터를 구동하여 동력을 얻는 자동차로서 가솔린 자동차가 출현되기 훨씬 이전인 1873년 영국의 R. Davidson에 의해 최초로 제작되었으나 1차 세계대전 후 가솔린 자동차의 급속한 진보로 일반의 관심에서 멀어져 자취를 감추게 되었다.80년대에 들어서 자동차 배출가스에 의한 공해문제가 대두되면서 그 해법으로 전기자동차의 사용이 제시되었으나 축전지기술부족으로 상용화가 미루어져왔다. 그러나 90년대 초반에 들어서면서 축전지 신기술의 가능성이 창출되면서 미국을 중심으로 급속하게구성.① 전기자동차용 주요부품의 특성부 품 명특 성축 전 지주로 연축전지 사용에너지 밀도 34wh/kg, Ni-Fe, Na-S 등 신형전지 개발완료전 동 기직류 타여자전동기, 직류분권전동기 사용제어장치트랜지스터 및 SCR 사용 및 회생제동, 개별적 기능기타장치제어장치, 변환기, 충전기 분리제작 사용② 전기자동차의 장?단점장 점단 점?무공해 또는 저공해 이며 초 저소음?운전 및 유지보수 용이?수송에너지 다변화 가능( 원자력, 수력, 석탄화력, 풍력등으로 발전된 전기를 사용 )?충전부하로 수요창출 (심야전력 이용)?주행성능이 나쁨(가속성능, 등판능력,최고속도등)?1회 충전주행거리가 짧다.?고가 (소규모 시험생산 3배정도)?전기자동차 사용여건미비(법령, 충전시스템, 전기료 우대등 부수적 여건 미비)③ 축전지 기술현황전기자동차의 가장 핵심기술은 성능이 우수한 축전지의 개발이다. 물론 축전지 이외의 주변 기술로는 구동장치의 개발이나 system controller 및 경량화기술이 문제가 되고 있지만, 이들 기술은 향후 몇 년 이내에 현재의 기술들을 집약시켜서 개선해 나아갈 수 있을 것으로 낙관하고 있다.축전지 성능을 결정하는 가장 중요한 인자로는 에너지밀도(energy density, specific energy)와 출력(power density, specific power)가 있으며, 이외에도 안정성, 수명, 충전 용이성, 충전효율, 충전시간, 저온성능 등 다양한 요구를 만족하여야 한다.에너지밀도(energy density, specific energy)는 1회 충전시 주행할 수 있는 운행거리와 관계되며, 단일전지에 저장되는 에너지량으로 결정된다. 충돌시의 안전성과 승객이나 화물을 실을 수 있는 공간확보를 위하여 축전지를 탑재할 수 있는 공간은 제한된다. 따라서 축전지의 에너지밀도가 높고 콤팩트하며 경량화가 중요하다.출력(power density, specific power) 또는 파워밀도는 가속력과 최고속도를 결정하게 되며, HEV용으로 특히 중요하다.현재 전기자동odno

공학/기술| 2007.06.07| 24페이지| 1,500원| 조회(635)

자동차, 배기가스, 제어기술, 후처리, 배출가스

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입자상 오염물질의 물리화학적 특징과 입경분포

▶ 목 차 ◀1. 입자상 물질의 정의2. 입자상 물질의 분류3. 입자상 물질의 물리적 특성(형상, 밀도, 입자크기, 입경분포)(1) 형 상(2) 밀 도① 겉보기 밀도 (bulk density)② 입자 밀도 (paricle density)③ 진 밀도 (true density)(3) 입자 크기(4) 입 경 분 포4. 입자상 물질의 화학적 특성5. 그 밖의 물리 ? 화학적 특성(1) 계면 에너지(2) 흡 착(3) 산 화(4) 응 집(5) 음파와 분진(6) 광선과 입자(7) 입자의 대전(8) 열과 분진6. 대기배출허용기준(Permissible Air Discharge Standards)-입자상물질■ 참고자료 및 Site1. 입자상 물질의 정의입자상오염물질(particulate pollutants), 분진, 먼지라고도 한다.대기오염물질을 특성에 따라 나눌 때 가스상 오염물질에 대비되는 형태로서, 발생한 뒤 일정기간 대기 중에 흩어져 존재한다.크기는 지름 0.0002의 단일분자보다는 크고 500보다는 작은데, 0.001~100크기의 것은 에어로졸이라 부른다. 이 크기의 입자들은 대기 중에 짧게는 수초에서 길게는 몇 달 동안 머무는데, 크기가 0.1보다 작은 입자들은 대기 중에서 자유 브라운운동을 하여 각각의 분자들과 충돌한다.발생원은 화산폭발이나 지면의 먼지등이 바람에 날려 생성되는 자연적 발생원과 공장이나 자동차의 매연등에서 발생되는 인공적 발생원으로 나뉜다.또한, 입자상 물질은 그 크기로 분류하면 부유입자상 물질과 강하분진으로 나눌 수 있고, 생성 과정으로 보면 1차 입자와 2차 입자로 나뉜다.구분자연적 발생원인위적발생원1차입자?토양, 해양, 화산, 산불, 꽃가루 등에 의한 입자, 우주진?공장, 발전소등의 대규모 발생 원?가정등 소규모 발생원?수송수단(자동차, 항공기, 선박 등)의 배출 입자?공사장 비산먼지2차입자?SO₄2- : 해양, 미생물 활동 유래 의 H₂S, DMS(CH₃SCH) 등에서 전환?NO₃?, NH₃: 미생물 활동 유래의 NOX, NH₃등에서 전환?유기탄소화합물 : 식물의 테르펜 등의 VOC에서 전환?SO₄2- : 연소 유래의 SO₂에서 전환?NO₃?, NH₃: 연소 유래의 NOX, NH₃등에서 전환?유기탄소화합물 : 연소, 산업활동 유래의 VOC에서 전환부유입자상 물질은 대기 중에 부유하는 입자상 물질 중에서 10이하의 것을 말하며 비교적 장기간에 걸쳐 대기 중에 부유하며, 강하분진이란 입자상 물질 중에서 중력 또는 강우에 의하여 쉽게 강하하는 분진을 말한다.그리고 1차입자는 발생원에서 대기 중으로 직접 방출되는 것으로, 해염입자·토양입자·연소입자 등이 있다. 2차입자는 발생원에서 대기 중에 방출된 가스상물질이 광화학·열화학 반응을 하면서 생긴 입자로서 성분은 주로 황산염·질산염·암모늄염 및 유기물질이다.환경보전법상 입자상 물질의 종류는 분진, 매연, 검댕 및 미스트(mist)를 말하며 그 외에도 연무질(aerosol), 먼지(dust), 안개(fog), 비산재(fly ash), 훈연(fume), 연하(smaze), 공중알레르기물질(aero alergen) 등이 있다.분류특징직경(dp,)에어로졸(aerosol)? 대기중으로 분산된 작은 입자상 물질의 총칭0.001

공학/기술| 2006.11.20| 14페이지| 1,000원| 조회(852)

대기, 입자, 물리적, 먼지, 분진

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