디젤엔진 연료에 바이오부탄올 혼합시 배출가스 및 입자상 물질 배출 특성 :Characteristics of Exhaust Emissions and Particulate matter of Biobutano Blended Diesel Fuel in Diesel engine.

강효룡

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자료유형: 학위논문

저자정보: 강효룡 (전남대학교, 전남대학교 대학원)

지도교수: 최병철

발행연도: 2015

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이용수2

이 논문의 연구 히스토리 (2)

2015

디젤엔진 연료에 바이오부탄올 혼합시 배출가스 및 입자상 물질 배출 특성

강효룡 기계공 2015.01 학위논문

2014

부탄올 혼합연료 사용 시 CRDI 디젤 엔진의 입자상물질과 배출가스 특성

강효룡 , 최병철 , 이춘희 외 1명 한국자동차공학회 추계학술대회 및 전시회 2014.11 학술대회자료

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디젤 엔진은 내구성이 좋고, 연비가 높아 승용 및 상용자동차용으로 널리 사용되고 있다. 그러나 디젤 엔진의 높은 PM의 배출량은 도시의 탄소 에어로졸의 큰 원인으로 되고 있으며, 이는 인간의 호흡기에 큰 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 바이오 부탄올은 매연 배출 및 배출가스를 줄일 수 있는 특성을 가지고 있으며, 디젤 연료의 대체연료로서 관심을 모으고 있다. 바이오 부탄올은 높은 발열량 및 세탄가, 디젤연료와의 양호한 혼합성, 그리고 메탄올 및 에탄올에 비해 낮은 휘발성 등의 연료 성질이 있어 디젤연료로 사용하기가 용이한 특성이 있다.
이 연구의 목적은 함산소 연료인 바이오 부탄올을 디젤연료에 다양한 혼합 비율로 혼합할 경우 디젤엔진에서 배출되는 배출가스 특성을 파악하는 것이다. 이 연구에서 사용한 연료는 순수 디젤과 혼합연료 부탄올 BU5(부피 기준으로 5% n-부탄올과 95%의 디젤연료 혼합), BU10, BU20(숫자는 부탄올의 혼합 비율)로 엔진 성능과 배출가스 및 PM 배출특성을 유럽 기준 사이클(ESC)에서 측정 하였다. 이 연구에서 측정한 배출가스 측정 성분은 IHCs, CO, NOx, HCHO 및 HCOOH이며, 이들은 FT-IR을 이용하여 측정하였다. 그리고 입자상 물질(PM)의 개수와 질량 분포는 SMPS로 측정하였다.
그 결과, 각 부피비율로 n-부탄올을 디젤연료에 첨가했을 경우 NOx의 배출량은 약간 감소하였다. THC와 CO 배출량은 약간 증가되었으며, HCHO 및 HCOOH는 혼합연료 BU20에서 운전조건 1850, 2025, 2200rpm, 25%의 저부하 조건에서 소폭 증가하는 경향을 보였다. 각종 혼합연료의 PM의 입자수는 40~80%를 줄일 수 있었으나, PM의 직경 50nm이하의 입자수는 디젤 연료보다 높은 배출특성을 보였다.

Diesel engines are widely used in both mobile and stationary applications due to their reliability, durability and high fuel efficiency. However, high emissions of air born particulate matter (PM) form diesel engines represent a major contributor to urban carbonaceous aerosols. This had known to cause adverse human health effects. Biobutanol, one of the second-generation biofuels, can be produced in a similar process to that of ethanol production. It has recently drawn considerable research attention as an alternative fuel for diesel engine due to its unique properties.
The objectives of this study are to investigate the effect of diesel fuel blend with n-butanol on the emission of turbocharged common rail direct injection (CRDI) diesel engine and to compare the results with the neat diesel fuel operation case. The blends considered here were blends of diesel fuels with 10 and 20% (by volume) n-butanol. Engine performance and emission characteristics were measured by the European stationary cycle (ESC) test. Emissions of HCs, CO, NOx, HCHO, HCOOH and NH3 were measured by Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR). Size and number distribution of particulate matter (PM) were measured by the Scanning Mobility Particle Sizer (SMPS). From the results, it was found that NOx emission of the n-butanol/diesel blends were slightly decreased compared with the neat diesel fuel case. At the case of 20% butanol, both THC and CO emissions increased significantly, and both HCHO and HCOOH increased modestly under the low loading of ESC 7, 9 and 11 mode compared with the neat diesel fuel case. The PM number in the nano-sized diameter range from 10 to 50nm increased as the n-butanol ratio of the blended fuels increased. Higher blending ratio (>20%) of n-butanol fuels could contribute to the precursor of PAHs formation such as toluene and benzene in diesel combustion. It was found that this phenomenon related to emission of the individual HC and PM surface TEM images of diesel and 20% of n-butanol blended fuel. It was found that BU5 blend could be a better option to reduce the PM mass and the emissions of Nano sized PM under 50nm.

#diesel engine #butanol #particulate matter #HCHO #individual hydrocarbons

1.INTRODUCTION 1
1.1 Background 1
1.1.1 Exhaust Emissions 4
1.1.1.1 Nitric Oxide (NO) 4
1.1.1.2 Nitrogen Dioxide (NO2) 5
1.1.1.3 Carbon Monoxide (CO 6
1.1.1.4 Carbon Dioxide (CO2) 7
1.1.1.5 Hydrocarbon Emissions (HC) 7
1.1.1.6 Particle Matter (PM) 8
1.1.2 Emission Standards 11
1.2 Objective 13
2. EXPERIMENTAL METHODS AND APPARATUS 15
2.1 Experimental methods 15
2.2 Experimental apparatus 18
2.2.1 Exhaust Gas Analyzer 19
2.2.2 Dynamometer 20
2.2.3 SMPS and ejector type diluter 20
2.3 Experimental test mode 22
3. RESULTS AND DISCUSSION 24
3.1 Engine performance and brake specific fuel consumption 24
3.2 Exhaust emissions 27
3.3 Particulates distribution 40
4. CONCLUSIONS 56
REFERENCES 58
ABSTRACT IN KOREAN 62
ACKNOWLEDGMENTS 64

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