기술번호
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KST2014065523
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자료제공기관
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미래기술마당
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기술공급기관
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한국기계연구원
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기술명
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LPG 액상분사 차량의 연료누설 방지 및 배기가스 저감을위한 장치
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기술개요
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본 발명은 LPG연료가 수용된 봄베와, 상기 LPG연료를 공급받는 엔진과, 상기 엔진에서 발생된 연소가스를 배출하는 머플러를 포함하는 LPG 액상분사 차량의 연료누설 방지 및 배기가스 저감을 위한 장치에 관한 것으로, 상기 봄베에 수용된 연료를 펌핑하는 연료펌프와; 상기 연료펌프에 의해 펌핑된 연료가 상기 엔진에 공급되도록 연결된 연료공급라인 및 상기 엔진에 과잉공급된 연료를 회수하기 위한 연료회수라인과; 상기 연료공급라인 및 연료회수라인의 일측과 연결되며 LPG 연료를 엔진에 액상으로 공급하기 위한 인젝터와; 상기 연료공급라인 및 연료회수라인의 일측에 연결되는 제1 압력조정기와; 상기 엔진과 머플러를 연결하며 산소센서, 연료흡착제, 산화촉매가 구비된 배출부; 및 상기 연료회수라인의 일측과 상기 연료흡착제의 일측에 연결되며 솔레노이드 밸브와 제2 압력조정기가 구비된 배출라인;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 LPG 액상분사 차량의 연료누설 방지 및 배기가스 저감을 위한 장치에 관한 것이다.연료누설, 누설, 배기가스, LPG, 자동차
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개발상태
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유사환경 테스트
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기술의 우수성
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가. 기술의 특징 및 장점
1) LPLI 시스템을 이용하는 차량에 있어서 엔진 운전 후 흡기 매니폴드로 누설될 수 있는 연료를 연료흡착제로 연결되는 배출라인과 상기 배출라인에 구비된 솔레노이드 밸브와 압력 조정기를 이용하여 연료흡착제에 흡착시키고, 엔진 시동 후 냉시동시 재생이 가능하도록 해줌으로써 고온 재시동 및 냉시동 초기에 발생하는 과도한 미연소 탄화수소의 배출을 억제하여 대기오염을 방지하는 장점이 있다.
2) 또한, LPG 차량의 시동성을 향상 시킴은 물론 간단하게 구현되는 내부구조를 통해 삼원촉매의 빠른 정상 작동을 돕는 효과가 있다.
나. 기술의 경쟁력
1) 일반적으로, LPLI시스템의 연료공급 장치는 가솔린 분사 방식과 동일한 방식을 채택하고 있으며 가솔린 엔진에서 사용하는 바텀 피드 방식의 인젝터를 사용하고 있다. 이러한 LPLI 엔진은 믹서타입의 엔진과 동일하게 시동 종료시 봄베로부터 연료 공급이 차단된다. 이때, 연료공급 라인에는 잔류하는 연료가 액상으로 존재하게 되고, 그러한 잔류 연료가 흡기관 내에 누설되면 재 시동시 많은 탄화수소 및 일산화탄소와 같은 유해성 대기오염 물질을 다량 방출하게 되며, 연료의 과다 공급에 의한 공연비 제어의 불안정으로 인해 연비에 악영향을 미치게 된다. 이러한 연료 누설 현상을 방지하기 위해서는 LPLI 전용의 인젝터를 별도로 개발하는 것이 가장 이상적이나 비용 등을 고려시 효과적이지 못하며, 현재의 LPLI 시스템에서 누설되는 LPG 연료는 인젝터 팁에서 누설되는 순간 액상에서 기상으로 급속히 팽창하여 흡기관 및 연소실 내부에 기체 상태로 분포되기 때문에 시동 초기시 기체 상태로 분포된 가스는 다량의 미연소 탄화수소를 방출하여 대기오염은 물론, 향후 더욱 강화될 배기가스 규제에 대응하지 못하는 문제가 있다.
2) 따라서, 본 마케팅 대상 기술은 LPLI 시스템의 연료공급 계통에 있어 인젝터가 설치되는 연료레일과 연료를 흡착/재생하는 연료흡착제에 연결되는 배출라인을 통해 공급된 연료를 흡착 및 재생함과 동시에 냉시동시 촉매의 온도 상승을 위한 기술을 적용하여, 시동 초기 발생되는 과도한 미연소탄화수소의 배출을 억제하여 대기환경오염을 방지하고, 향후 더욱 엄격하게 적용될 배출가스 허용기준에 효과적으로 대응할 수 있어 종래 기술대비 경쟁력이 있다.
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응용분야
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1) LPG자동차
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시장규모 및 동향
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가. 국내 시장규모 및 전망
LPG 차량 등록 대수는 집계가 이뤄진 1999년(78만6천72대) 이후 해마다 증가했다. 2000년 121만4천83대로 처음으로 100만대에 진입하였고 2006년(204만7천402대)에는 등록 대수 200만대 시대를 열었다. 이후에도 꾸준한 증가세를 보여 2010년에는 245만5천696대로 최고치를 보였다. 저공해 LPG엔진개조 사업의 시장규모는 “수도권 대기환경관리 기본계획”과 “2007년 국고보조사업 신청지침”에 따라 아래 표와 같이 2005년부터 2014년까지 총 230,429대로 9,412억원 (국비 4,706억원 + 지방비 4,706억원) 의 예산이 계획되어 있다.
나. 해외 시장규모 및 전망
세계 70여개국에서 운행 중인 LPG자동차 보급대수가 큰 폭으로 늘어나 1,800만대를 돌파한 것으로 발표됐다. 세계LPG협회(WLPGA)가 발간한 'Statistical Review of Global LP Gas'에 따르면, 2010년말 기준 전세계 LPG자동차 보유대수는 1,813만대로 전년(1,653만대) 대비 9.7% 증가하여 가파른 성장세를 보여주고 있다. 2000년 이후 LPG자동차 보급대수는 매년 평균 9% 성장했으며, 충전소 운영개소 및 수송용 LPG 사용량도 각각 7%, 5%씩 증가했다. 2000년 750만대 수준이던 LPG자동차는 2010년 1,813만대로 두 배 이상 늘어났다. 세계 LPG협회는 LPG가 기후변화 대응 에너지로 부각되면서 터키, 폴란드, 독일 등 유럽지역에서 LPG차량이 증가 추세이며, 인도 등에서도 삼륜차 개조 정책 및 가격경쟁력에 힘입어 LPG차가 급증하고 있다고 설명했다.
또한, 시장조사 기관인 프로스트 앤 설리번은 ‘세계 LPG/CNG 차량 시장 분석보고서'를 통해 이탈리아, 한국을 LPG 차량의 최대 시장으로 평가했으며 앞으로 터키와 폴란드 시장이 크게 성장할 것이라고 예상했다. 또 경쟁연료 대비 뛰어난 경제성이 LPG차 시장의 확대를 견인할 것이며, LPG차 매출 부문에서 현재 인도가 선두를 달리고 있으나 2016년에는 이탈리아 시장이 LPG/CNG 차량의 최대 시장이 될 것이라고 덧붙였다. 특히, 유럽의 LPG제작차 판매는 자동차 제작사의 EM모델 확대와 저렴한 개조비에 힘입어 유럽시장에서 LPG차량 판매가 2018년에는 87만대에 이를 것으로 전망됐다. 글로벌 시장조사기관인 프로스트 앤 설리반은 최근 발표한 ‘유럽 및 북미의 LPG 및 CNG차 OEM 시장 분석’ 보고서에서 이같이 밝혔다. 자동차분과 연구위원 Aggarwal의 분석에 따르면 2010년 유럽시장에서 OEM LPG차량 판매대수는 28만대 수준으로, 아직은 개조차량이 대다수를 차지하고 있다. 그러나 제작사의 OEM 모델 확대 및 대체연료 차량에 대한 정부지원에 힘입어 2018년에는 87만대에 이를 것으로 전망됐다.
이는 경쟁연료인 CNG 대비 개조비용이 저렴하고, 충전인프라 구축이 용이하며 이미 유럽 각국에 보급 기반이 구축되어 있기 때문이라고 설명했다. 또 유럽 중 핵심시장은 프랑스 이탈리아 터키 등이며, 폴란드와 독일에서도 LPG차 시장이 확대될 것으로 예상했다.
1) 세계 LPG 공급량 전망 싱가포르의 에너지 컨설턴트사 퍼빈&거츠는 최근 카타르 도하에서 개최된 세계LPG포럼 천연가스전의 개발 속도가 빨라짐에 따라 LPG 생산량도 2030년까지 큰 폭으로 증가할 것이라고 발표했다. 발표자료에 따르면, 2011년 2억5천만톤 수준인 세계 LPG 생산량은 단기(2~5년) 및 장기(20년) 전망치 모두 큰폭으로 증가해, 2030년경 3억7천만톤에 이를 것으로 예상됐다. 이는 천연가스에 대한 수요량이 증가하여 가스전 개발이 확대됨에 따른 것이다. 세계 LPG 생산량 중 천연가스전 및 원유전의 가스처리 과정에서 60%, 원유의 정제 과정에서 40%가 나온다. 천연가스전을 통한 생산량은 현재 36% 수준으로, 천연가스 수요 증가율이 석유 수요 증가율보다 높아짐에 따라 이를 통한 LPG 생산량이 늘어날 것으로 보인다. 퍼빈&거츠는 LPG 가격은 국제시장의 상황에 따라 가변적이나, 2015년까지 안정세를 보일 것으로 내다봤다.
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희망거래유형
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사업화적용실적
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도입시고려사항
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