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Evap Carbon CanisterEvap. Carbon Canister 관련 기술

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•미래엔진주식회사

FutureCommon Senses!!!

목차

1 – 증발가스와 배출가스

2 – 액체 연료와 연료 증발가스

3 – 증발가스 제어 시스템

4 – 카본 캐니스터

5 – 연료 증발가스 제어 기술

6 – 강화 증발가스 규제와 시험 방법

7 – 연료 증발가스 시스템 모델링

8 – ORVR 요구 조건과 시험 방법

9 – 캐니스터로 인한 저항의 문제

10 – 관련 자료

활동에 대한 제안11 – R&D 활동에 대한 제안

•미래엔진(주), www.future-engine.com, 031-355-7218, [email protected] 2

1. 증발가스와 배출가스1.2 차량으로부터의 증발가스 및 배기 가스 배출 부위

증발가스

연료 탱크 액체

연료펌프

배기가스 연로


1.3 증발가스의 종류증발가스의 종류증발가스의 종류

Diurnal Emissions(주간증발손실)

Hot Soak Emissions

(고온주차 손실)

Running Loss Emissions

(주행중 손실)

Resting Loss Emissions

(투과 손실)

Refueling Emissions

(주유 손실)(고온주차 손실) (주행중 손실) (투과 손실) (주유 손실)자동차가 주차되어 있는동안 외기온도의 변화에의해 연료탱크 내부온도가 상승함으로써증발가스가 발생되고 이증발가스가 외부로

차량의 통상적인주행에 의해상승한 연료 탱크내부 온도의영향으로증발가스가

자동차가 주행하는동안 연료 탱크 내부의온도가 상승하고 그로인해서 발생되는증발가스가 외부로누출되는 현상

연료 혹은 연료의증발가스와 접촉하는부품을 통해서 연료증발가스 혹은 연료성분이 외부 대기로방출되는 현상

연료 탱크에 연료를주입하는 동안 주입된연료에 의해 외부로밀려 나오는 공기에혼합되어 외부로누출되는 연료증발가스가 외부로

누출되어 발생증발가스가발생되어 외부누출되는 현상

누출되는 현상 방출되는 현상 누출되는 연료증발가스


1.5 증발가스 규제의 역사

Model Mandated Test Cert RemarksYear Sales Area Methods Standards

1970 California Carbon Trap 6 g HC 1-Hour Test1970 California Carbon Trap 6 g HC 1 Hour Test

1971 49 States Carbon Trap 6 g HC 1-Hour Test

1972 50 States Carbon Trap 6 g HC 1-Hour Test

1978 50 States SHED 6 g HC 1-Hour Testg

1980 California SHED 2 g HC 1-Hour Test

1981 50 States SHED 2 g HC 1-Hour Test

1995 California VT SHED 2 g HC 3-Day Testg y

1995 California Running Loss 0.05 g HC/mile

1996 50 States VT SHED 2 g HC 3-Day Test

1996 50 States Running Loss 0.05 g HC/mileg g

1998 50 States ORVR 0.2 g/Gal Passenger Car

2001 50 States ORVR 0.2 g/Gal Lt Duty Trucks


2.1 액체 연료와 연료 증발가스-증류 곡선연료의 증류 특성 측정 및 증류 곡선2.1 연료의 증류 특성 측정 및 증류 곡선

증류 성상은 일정 백분율의 연료가얼음-물

증류 성상은 일정 백분율의 연료가증발하는 온도로 표시하는 수가 많다. 예를 들면:

T10%, T10, T10% 등은 ASTM D 86이정하는 방법으로 시험하였을 때정하는 방법으로 시험하였을 때연료의 10%가 증발하는 온도를말한다.

메스실린더열

Final Boiling 반대로, 어떤 온도까지 연료를가열하였을 때 그 때까지 증발한연료의 백분율로 표시하기도 한다. 예를 들면,

Point

온도

℃

150

100

50 E70℃ , E70℃, E70 등은 연료를 70 ℃까지 가열하는 동안 증발된 연료의백분율을 말한다.

50

0

증발분 백분율 (%)

0 50 100


3. 증발가스의 발생 및 제어 계통


3.2 증발가스의 퍼지 시스템도


4.5 Canister Aging, Heel 의 개념Canister Aging, Heel

캐니스터 Aging – 23 사이클, 가솔린 Aged, 4K

흡착질량

Heel, 20-30 g/liter

스텝 수

활성탄에 흡착된 증발가스를 탈착시키는데 필요한 시간과 에너지는 제한되어 있기 때문에 연료증발가스는 완전히 퍼지되지 않는다 이렇게 활성탄에 남는 증발가스를 HEEL이라고 부른다증발가스는 완전히 퍼지되지 않는다. 이렇게 활성탄에 남는 증발가스를 HEEL이라고 부른다.

(무효 잔량)

이 HEEL은 대부분 활성탄 표면의 소형 PORE에 부착된 분자들이지만 시간이 지나면서 HEEL은고분자 성분의 증기압이 낮은 성분으로 대체된다. 결국, 캐니스터는 이 무효 잔량이 일정 수준을유지하면서 ki i 가 안정된다


유지하면서 Working Capacity가 안정된다.

4.5 Canister Purge/Loading

니 터 체적 /

Table 1. 부탄 유량과 조성에 따른 카본 캐니스터의 로딩 용량

/ / /캐니스터 체적

공급 농도 (%부탄) 100%50%(50%Air) 100%

40%(60%Air) 100%

40%(60%Air) 100% 50%Air)

0 92 리터 6 1 32 2 31 2 6 32

50 g/min40 g/hr 7 g/min 12.5 g/min

0.925 리터 65.4 45 47.1 32.5 44.2 31.4 42.6 32.41.0 리터 88.2 65.9 64.1 46.5 59 40.4 53.6 44.31.5 리터 153.7 115.3 99.7 76.7 96.2 72.7 87.4 66.92.0 리터 (모듈식) 182.4 134.2 137.3 106.4 127.6 99.8 117.4 96.32 0 리터 (원통형2.0 리터 (원통형,소형 포트) 156.6 101.7 106.2 75.4 103.9 74 97.6 772-1.0 리터 직렬 199.4 150 127.8 94.5 119.4 92 118 90.12.8 리터 242.4 161 162 113.8 151.9 109.5 139.7 111.5


4.6 카본 캐니스터

캐닉스터

항목 기능

플라스틱캐닉스터입출구

플라스틱하우징

고강도 나일론, 경량, 내구성

입출구 Snap-Fit O-링 실 커넥터에적합한 일반 구조

활성탄

메

Foam 필터붙이플라스틱스크린

Foam 필터붙이플라스틱스크린

- 캐니스터 안에 활성탄 유지

- 공기 배치에 필요한 공기통로 역할

활성탄 W t P l ti d

플라스틱하우징

메탈스크린

활성탄 - Westvaco Peletized내구성 및 저저항성

- 일반형, 고급형

메탈 스크린 캐니스터 바닥의 공기 통로 역할징

메탈스크린 스프링 클립

스프링 클립 활성탄을 압축된 상태로유지하여 내구성 확보

베이스 Linear Vibration Welding

내구성 탁월


내구성 탁월

4.7 캐니스터 내부의 공기 유속캐니스터 내부의 공기 흐름 분포


5. Activated Carbon

활성탄의 재료 활성탄의 형태 활성탄의 성능 인자

1) Wood

2) Coconut Shell

3) Coal

1) Powder

2) Granular

3) Pellet

1) 생산 방식(Thermal Activation,Chemical Activation)

2) 원재료

3) 사용 목적에 맞도록 특성을 조절하는3) 사용 목적에 맞도록 특성을 조절하는R&D 공정


5.1 활성탄의 생산/활성화 공정

• Thermal Activation: Heating/Gasification (고온),

• Chemical Activation: Chemical Dehydration (저온)

1) Thermal Decomposition, Carbonization(산소, 수소를 제거하여 Pore 생성)

2) Gasification, Activation(산화성 분위기(스팀 등)에 노출시켜 Pore

1)Chemical Activation Agent (인산 처리)

2)450-700 ℃가열 (활성공정 Kiln 안에서)(산화성 분위기(스팀 등)에 노출시켜 Pore 면적을 증가시키고 탄소 알갱이를 태운다)

3) Direct Fire Rotary Kiln 안에서 진행

4) 노출 온도 1000 ℃이상

) 가 ( 성공정 에서)

3)산 제거 (물을 이용)

4)Filter 장치를 화학 장치에 통과시켜 리사이클링

5)카본 건조

스크리닝 사이즈 고르기


6)스크리닝 – 사이즈 고르기

증발가스 관련 시험의 종류

시험의 명칭 Source Remarks

1 규제에 의한 증발 가스 시험 1) 1-hr DBL + 1 Hr Normal HSL 한국/유럽 S1. 규제에 의한 증발 가스 시험 1) 1 hr DBL + 1 Hr Normal HSL 한국/유럽 SHE

2) 1-, 2-, 3-Day DBL with VV-VT SHED 유럽/일본/미국

3) Running Loss Test (US Enhanced) 미국

2 규제에 의한 기타 증발가스 1) Evaporative DF (Vehicle Driving) 일반 ED

2. 규제에 의한 기타 증발가스인증 시험

1) Evaporative DF (Vehicle Driving) 일반

2) Evaporative DF (Components Bench Aging) 미국 (캘리포니아)

3) ZEVAP Demonstration Test 상동

4) Evaporative OBD Demonstration 미국

3. 캐니스터 퍼지/로드 시험 1) Canister aging with Purge Load Test 미국

2) Canister Working Capacity Determination 미국

4. 연료 탱크 관련 시험 뒷 장 참조 뒷 장 참조


캐니스터 관련 시험의 종류

시험의 명칭 소요 시험 장치 Remarks

1. Canister Purge/Soak 실차, P/G, Public Road

2. Canister Grade Soak 상동

3. Mountain Drive Test 상동, 산악로

4. Commercial Refueling/Canister Purge 시가지 주행

5. City Cycle Test 시가지 주행

6. Canister Aging 캐니스터 퍼지 로딩 테스트시스템시스템

7. Canister Purge Loading Test 상동


캐니스터 및 증발가스 시스템 모델링캐니스터 관련 시스템 모델캐니스터 관련 시스템 모델

활성탄의 흡착 특성 모델 연료 증발가스 시스템 모델

1차원 C b B d 흡착 모델• 1차원 Carbon Bed 흡착 모델

- Isotherm

- Convection

Diffusion of Organic Species

• 연료 증발가스 시스템의 거동 예측모델

- 설계 변수별 / 연료 성상별 / 운전 환경별

•모델 활용도:- Diffusion of Organic Species

- Energy Balance

- Temperature Dependencies

• 모델 활용도:

- 설계 적합성 예측

- 증발가스 시험 예측 (강화증발가스시험,ORVR 시험) 인자별 설계 평가

- 고장 진단• 모델 활용도:

- 캐니스터 형상 결정

- 흡입구 유속 및 조성이 캐니스터의 로딩속도 및 퍼지 속도에 미치는 영향

고장 진단

- 선행 설계 평가

- 증발가스 시험중 증발가스 발생량 예측

- 운전 사이클-퍼지 능력-캐니스터 시스템

- 경쟁사 제품, 기존 제품의 평가

- 향후 개발품에 대한 예측 및 평가

운전 사이클 퍼지 능력 캐니 터 시 템상관관계의 예측

- 시스템 증발가스 Migration, 배출 수준예측

- 증발가스 시스템 성능에 미치는 연료 성상및 운전 조건


및 운전 조건

10-4 ORVR 시험중 온도의 변화

Canister Temperature Profile During ORVR


10-5 캐니스터 온도와 로딩량

C i C i Th l MCanister Capacity vs Thermal Management


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