| KISTI 『글로벌동향브리핑(GTB)』 2009-12-07 | |
연구진은 2톤에 달하는 LVK 연구용 엔진이 최대 동력으로 운영되더라도 배기가스 냄새를 거의 감지할 수 없었다고 밝혔다. 이 엔진은 최저의 배기가스를 배출하는 트럭용 디젤 엔진(truck diesel engine)을 개발하는 NEMo(Niedrigst-Emissions-LKW-Dieselmotor) 연구 프로젝트의 핵심이다. 연구진은 촉매 전환기 없이 Euro 6 기준을 충족시킬 수 있는 엔진의 고안을 기대하고 있다. 2014년 발효될 Euro 6은 보다 더 엄격한 기준을 요구하고 있다. Euro 6의 지침은 거의 측정할 수 없는 수준으로 배기가스의 배출 기준을 명문화하고 있다. 예를 들며 디젤 엔진은 킬로그램 당 단 5 밀리그램(mg)의 매연 입자와 80 mg의 질소산화물(nitrogen oxide)을 배출할 수 있다. 이러한 수치는 2009년 8월까지 유효했던 Euro 4 기준과 비교했을 때 매연은 1/5, 질소산화물은 1/4 수준에 그치는 것이며, Euro 5의 기준과 비교했을 때 질소산화물은 1/2 수준에 해당하는 것이다. 그러나 배기가스 감축은 질소산화물과 매연 입자가 각각 독립적으로 삭감될 수 없다는 사실로 인하여 복잡한 국면에 놓인다. 질소산화물은 공기가 존재하는 환경 하의 연소 챔버에서 디젤 연료가 연소될 때, 엔진에서 형성된다. 공기는 21%의 산소와 78%의 질소로 구성된다. 디젤 연료는 산소와 반응하여 이산화탄소와 물을 생성시킨다. 이러한 반응은 산소가 공기 중에서 질소와 반응하기 시작하여 질소산화물을 형성할 만큼 연소 챔버의 온도가 높아질 때 매우 빠르게 일어난다. 이러한 효과를 방지하기 위하여 현대 디젤 엔진은 배기가스를 냉각시킨 후 신선한 공기와 함께 연소 챔버로 배기가스의 일부를 재순환시킨다. 이러한 혼합물에서 배기가스에서 형성되는 이산화탄소와 물은 완만한 연소 공정을 거쳐 온도를 유지한다. 그 결과 더 적은 질소산화물이 형성되고 공기-배기가스 혼합물(air-exhaust mixture)에서 산소의 비율이 낮아지기 때문에, 매연 생성 증가에 따른 비용은 증가하게 된다. 연구진이 고안한 시험용 엔진은 공기-배기가스 혼합물이 높은 압력 하에서 연소 챔버에 주입되는 방식으로 운영된다. 엔진의 터보차저(turbo-charger)는 대량으로 생산되는 자동차 엔진을 다룰 수 있는 압력의 2배 이상인 대기압의 10배까지 혼합물을 압축한다. 이러한 방식의 압축을 이용하여 공기-배기가스 혼합물은 디젤 연료가 완전히 연소되기 충분한 산소를 함유한다. 연구진은 디젤 연료를 연소 챔버에 주입하는 분사구(nozzle)에서의 또 다른 개선을 통해 혁신을 달성했다. 주사기(injector)는 연료를 미세한 방울로 분무시켜 완전 연소를 가능하게 한다. 상용 주입기에 의해 생성되는 더 큰 연료 분무 입자들은 연료 분자의 외층에서만 연소된다. 그 결과 배기가스 흄이 연료 입자를 감싸 산소로부터의 접근을 차단한다. 배기가스의 외피는 밀도가 증가하고, 결국 산소가 연료와 함께 반응하지 못하게 한다. 이 과정에서 매연이 형성된다. NEMo 주사기 분사구는 매연 없이 매우 신속하게 연소되는 연료 연무를 생성하기 위하여 3000 bar 이상의 압력에서 디젤 연료를 미립자로 만든다. 불행하게도 이것은 기온 상승을 초래하기 때문에, 배기가스 재순환, 부스트 압력(boost pressure), 분사구 형태 등의 세 가지 변수 사이에 적절한 균형이 필요하다. 아직까지 연구진이 개발한 엔진은 Euro 6 기준을 충족하지는 못한다. 연구진은 연료 방울이 연소하는 동안 매연이 수 초 내에 어떻게 형성되는지 정확하게 규명하기를 기대하고 있다. 연소 챔버에 탐측기를 단순하게 배치하는 것이 연소 과정을 방해할 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 연구진은 빠른 속도에서 연소 챔버의 중앙으로 발사될 수 있는 작은 관을 구축했다. 기체를 포집하는 밸브는 다시 연소 챔버만 남기 전 시료를 포집하기 위하여 단 1 밀리초(ms)만을 필요로 한다. 이 방법을 이용하여 13종의 시료가 매연 입자의 성장과 더 낮은 배기가스를 배출하는 엔진의 개발 연구에 이상적인 조건이 단일 점화 동안 수거될 수 있었다. | |
| 출처 : http://www.eurekalert.org/pub_releases/2009-12/tum-mld120409.php | |
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