HC-DeNOx 촉매용 인젝터의 분무 거동 특성 연구

Abstract

디젤 엔진은 가솔린 엔진보다 높은 압축비에서 운전이 가능하므로 열효율과 연료소비율이 우수하다. 또한 기후변화 협약 및 온실가스 배출 규제의 일환인 이산화탄소 배출량 규제에 대응할 수 있는 유력한 대안으로 평가되고 있다. 이러한 장점 때문에 디젤 차량의 수요가 급격히 증가하고 있으나 삼원 촉매를 사용하여 거의 완벽하게 배기가스를 처리하는 가솔린 엔진의 경우와는 다르게 현재 디젤 엔진에서 발생하는 입자상물질(Particulate matter) 및 질소산화물(NOx) 등의 배기가스는 효과적으로 처리되지 못하고 있으며, 사회 환경 문제로 심각하게 대두되고 있다. 이에 따라 전 세계적으로 자국 내 디젤 배기가스에 대한 규제를 연차적으로 강화하고 있는 실정이며, 다양한 방법으로 배기가스를 저감하기 위해 노력하고 있다. 이러한 방법으로는 크게 엔진개량에 의한 방법, 청정연료의 사용에 의한 방법 등의 전처리 기술과 선택적 촉매 저감장치, 입자상물질 여과장치 등의 후처리 기술로 구분되어 진다. 이중 선택적 촉매 저감장치는 연소된 배출가스 상류에 환원제를 분사시킴으로써 선택적으로 반응하여 NOx를 저감시켜주는 시스템이며, 최근에 HC를 환원제로 이용하는 DeNOx 촉매 시스템 연구가 활발이 이루어지고 있다. 이러한 연구는 NOx의 저감요인 중에 HC의 농도를 제어하는 것으로써, 실제 배기관에 분사된 HC의 분포를 고려하는 것은 상당히 중요한 부분이다. 본 연구에서는 실제 엔진에서의 NOx 저감 효율을 살펴보기에 앞서, HC-DeNOx촉매에 이용되는 인젝터를 이용하여 대기 중 가시화 및 배기관 형상을 모사한 시스템 내에서의 분무 거동 특성과 분포특성을 파악하였다.; Thermal efficiency and fuel consumption of diesel engine are superior to gasoline engine because the one is possible to operate in higher compression ratio than the other. Futhermore, it is placed a high value on a strong alternative plan that is able to satisfy the regulation on the amount of carbon dioxide gas emission which is a part of the UNFCCC(United Nations Framework Convention on Climate Change). Because of these merits, demand of Diesel vehicles is exponentially increased. Incomparison with gasoline engine that deal with emission gas perfectly using 3-way catalyst, PM(Particular matter) and NOx from diesel engine is not managed effectively and causes serious environment problems. For this reason, diesel exhaust emssion control is tightened annually around the world. It will not be easy to reach these low emission levels for diesel engines. A modern diesel engine has been modified to incorporate advanced air and fuel management systems which can be used with advanced emission controls. These methods is divided into before-treatment(engine improvement, clean fuel) and after-treatment(SCR, DPF). A new method that optimizes a control of hydrocarbon (HC) addition to diesel exhaust gas for HC type DeNOx catalyst system has been developed.These catalysts are calld the HC-DeNOx catalyst in this paper. The system using HC-DeNOx catalyst requires a reasonable quantity of hydrocarbon addition in the inlet gas of the catalyst, because the HC concentration in a diesel engine is so low that the HC is not sufficient for NOx conversion. Generally ambient temperature in the exhaust manifold is 250~350℃, so spray behavior in this case is different from that of any other conditions. This research shows spray behavior on injected hydrocarbons in the transparent exhaust manifold. The atomization and distribution of HC addition are key technologies to obtain a high NOx conversion, because inhomogeneous droplets of HC addition cause not only high fuel consumption but also wirsening of HC emission. This paper describes spray behavior and distribution characteristics in the flow field of injector used for HC-DeNOx catalyst system. Optical diagnostics were applied to investigate the spray characteristics. The objective of the investigation was to provide experimental data for engine test on the dynamometer.