냉각수 첨가제를 이용한 엔진 성능 향상과 배기가스 저감에 대한 실험적 연구 = Experimental study on engine performance improvement and exhaust gas reduction using coolant additives

국문 초록 (Abstract)

현재 자동차 기술 개발에 있어서 엔진의 성능 향상과 배기가스 및 연비 개선이 요구되고 있으며, 지구온난화에 따른 환경오염이 심각한 문제로 대두되면서 자동차 산업의 규제 역시 강화되고 있다. 미국의 캘리포니아 대기 자원위원회 (California Air Resources Board (CARB))는' 공해 자동차 규격'을 채택하였다. 이 규격에서는 저공해 자동차를 몇 가지 분류로 나누어 규정하였는데, TLEV(Transitional Low-Emission Vehicle), LEV(Low-Emission Vehicle), 유럽의 EURO-Ⅲ,Ⅳ,Ⅴ와 같은 배기가스 규제는 ULEV(Ultra-Low-Emission Vehicle), SULEV, ZEV(Zero-Emission Vehicle)및 LEV2 등이며, 이 규제의 주목적은 배기가스 중 NOx 와 HC의 저감이다. 본 논문은 자동차 엔진의 성능 향상과 배기가스 및 연비 개선이 될 수 있도록 자동차 라디에이터에 사용하는 냉각수의 열전달을 일정하게 유지되도록 만들기 위해서 열전달 효율이 개선된 냉각수 첨가제(Coolant Additive)를 이용하여 배기가스 중 NOx 와 HC의 배출가스를 줄이고자 한다.
개발한 냉각수 첨가제는 냉각수의 열전도도의 향상에 긍정적인 영향을 미치는 것을 입증하기 위하여 실제 운행하고 있는 차량에 개발한 냉각수 첨가제를 혼합한 냉각수와 일반적으로 사용하는 부동액과 물을 주입한 것에 대해서 비교 테스트를 통해 자동차에 사용하는 냉각수의 역할을 보완하거나 개선시켜 새로운 성능을 부여할 목적으로 부동액에 첨가하여 자동차의 엔진성능향상과 유해배출가스 저감이라는 두 가지 측면에 대한 우수성을 확인하였으며, 개발한 냉각수 첨가제의 방열 효과와 역할을 체계적으로 연구하는 것이 힘들고 매우 복잡하고 불가능할 수도 있지만 가능한 범위 내에서 화학적 관계와 방열 효과의 상호 관계를 성립할 것이다.
냉각성능 시험결과 개발 냉각수 첨가제와 부동액을 50대 50으로 혼합한 용액의 온도가 일반적으로 사용하는 냉각수에 비해 상대적으로 낮은 결과를 보였으며, 이는 개발한 냉각수의 열전달 효과가 크기 때문으로 사료된다. 냉각수의 열전달 효과를 비교하기 위하여 수치해석을 이용하여 열전달 효과를 고찰 하였다. 결론적으로, 냉각수 첨가제 원자 배열에 대한 미진한 부분이 있지만 개발한 냉각수 첨가제로 인하여 엔진 성능 향상 및 배기가스 중 NOx, HC의 저감과 출력을 높아지는 것에 대해서는 만족할 만한 결과를 확인하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Currently in the development of automotive technology improves engine performance and exhaust and fuel improvements are required, and by global warming as emerged as a serious problem of environmental pollution regulations in the automotive industry is also being strengthened.
U.S. California Air Resources Board (CARB) adopted the Low Emission Vehicles standards. In this specification category is divided into several low-pollution cars were regulations, TLEV (Transitional Low-Emission Vehicle), LEV (Low-Emission Vehicle), European EURO-Ⅲ, Ⅳ, Ⅴ, and the exhaust gas regulation, ULEV (Ultra-Low-Emission Vehicle), SULEV, ZEV (Zero-Emission Vehicle) and LEV2, The main purpose of its regulations for NOx and HC in the exhaust gas is reduced. This study of automotive engine performance and improved emissions and fuel consumption to be used in automotive radiator coolant to maintain a constant heat transfer efficiency and improved water and additives to make (High Cooling Water) using the exhaust gas NOx and HC emissions of the gas should reduce.
The thermal conductivity of the coolant water additive developed to improve the positive impact the actual operation to demonstrate that the vehicle was developed in a mixture of water and additives that are commonly used coolant and antifreeze and water for injection comparison test that the coolant through the car to improve or complement the role of performance for the purpose of the new antifreeze added to the car's engine performance and reduce harmful emissions on two aspects of excellence is confirmed that the developed coolant additives The systematic study of thermal effects and the role that might be impossible, but it is very complex and difficult to the extent possible chemical relationship and will give religious meaning to the correlation of thermal effects.
Development of performance test results with the cooling water additive mixture of antifreeze solution temperature of 50 to 50, the coolant typically relatively low compared to the results, which showed the size of developed water because of the heat transfer is considered as effective. To compare the effects of water transfer by numerical heat transfer effects were investigated.
In conclusion, the arrangement of atoms in the water and additives developed for coolant additives stumbling block, but due to the improved engine performance and emissions of NOx, HC and reduction of the increased output that results were satisfactory for.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서론 1
• 1.1 연구배경 및 목적 1
• 1.2 연구의 기대효과 3
• 제 2 장 자동차 엔진 점화특성인자의 관계 4
• 2.1 자동차 엔진 점화특성의 관계 4
• 2.2 자동차 배출가스 7
• 2.2.1 HC(탄화수소) 7
• 2.2.2 NOx(질소산화물) 7
• 2.2.3 SOx(황산화물) 8
• 2.2.4 CO2(이산화탄소) 8
• 2.2.5 공연비와 배기가스의 관계 8
• 제 3 장 수치 해석 및 실험 방법 10
• 3.1 열전달 해석 10
• 3.1.1 해석모델의 구성내용 10
• 3.2 지배 방정식 24
• 3.2.1 연속 방정식 24
• 3.2.2 운동량 방정식 24
• 3.2.3 에너지 방정식 25
• 3.2.4 난류 방정식 27
• 제 4 장 실험 방법 및 고찰 29
• 4.1 실험장치 및 프로그램 29
• 4.1.1 자스텍 다이나모 구성장치 29
• 4.1.2 자스텍 다이나모 교정모드 30
• 4.2 실차량 웜업시에 냉각수 온도 36
• 4.2.1 냉각수 온도 측정 36
• 4.2.2 인젝터 분사시간 측정 38
• 4.2.3 ASM2525(정속모드) 41
• 4.2.4 ASM2525(무부하 대형 승용급 실험) 42
• 4.2.5 ASM2525(부하 중형 승용급 실험) 46
• 4.2.6 Lug Down 3모드 50
• 4.2.7 한국형 경유 KD147모드 50
• 4.2.8 무부하 급가속 테스트 중형 승용급 51
• 4.3 차량에 대한 배기가스와 매연 농도 테스트 실험 테이타 55
• 4.3.1 ASM2525 무부하 테스트 중형 승용급 LPG 55
• 4.3.2 ASM2525 부하 대형 승용급 가솔린 차량 56
• 4.3.3 Lug Down 3모드 (소형 화물 2900CC) 57
• 4.3.4 무부하 급가속 모드 (중형 승용 상시 4륜) 58
• 4.4 실차 주행 테스트 실험 59
• 4.4.1 대형 승용급 시내 주행 테스트 59
• 4.4.2 대형 승용급 고속 주행 테스트 61
• 4.4.3 대형 승용급(LPG) 시내․고속 주행 테스트 63
• 제 5 장 논문 결론 65
• 5.1 요약 65
• 5.2 후속 연구 과제 66
• 참 고 문 헌 67
• ABSTRACT 75