Urea-SCR 시스템에 의한 대형 디젤엔진의 Nox 저감 특성에 관한 실험적 연구

Abstract

자동차의 디젤기관은 CO2 배출량이 낮고 연료 경제성이 우수하여 대형 및 중형 상용차량은 물론 SUV와 디젤승용차량까지 급속한 시장팽창이 이루어지고 있다. 그러나 디젤엔진은 가솔린엔진에 비해 질소산화물(NOX) 과 입자상 물질(PM: Particulate Matters)이 다량 발생되는 특징이 있으며 이들을 동시 저감시키는 방향으로 배출가스 규제가 강화되고 있는 실정이다. 질소산화물과 밀접한 상호관계에 있는 입자상물질은 자연/강제 재생식 매연저감장치(DPF: Diesel Particulate Filter)를 장착함으로서 약 90% 의 저감수준까지 도달해 있다. 반면 질소산화물의 경우는 배기가스 재순환장치(EGR: Exhaust Gas Recirculation)나 LNT(Lean NOx Traps), LNC(Lean NOx Catalyst), SCR(Selective Catalyst Reduction) 등으로 저감하고 있으나 그 저감량이 미미한 수준이다. 이 중 질소산화물에 환원 제를 요소(Urea)로 사용하는 Urea-SCR 시스템은 연비저감 없이 높은 NOx 저감효율을 기대할 수 있으나 환원제의 인프라 구축, 환원제의 슬립, 촉매의 내구 및 성능문제 및 환원제 가격 등의 문제가 해결되면 배출가스규제를 만족시키기 위한 가장 효용적인 방법으로써 활발한 기술개발이 이루어지고 있다. Urea-SCR 시스템에 있어 높은 정화성능을 갖는 촉매의 개발과 최적화된 Urea 분사시스템 개발이 필요하다 본 연구에서는 7L 급 직접분사식 디젤엔진에 Urea-SCR 시스템을 장착하여 엔진의 회전수 및 부하에 따른 SCR 촉매 전단에서의 질소산화물의 배출특성과 환원제 공급에 따른 촉매 후단에서의 질소산화물 저 감정도 및 NH3 슬립에 대하여 조사하였고 유럽의 배출가스 시험모드인 ESC(European stationary cycle)로 질소산화물의 저감정도를 확인 하였다. 엔진의 회전수 및 토크에 따른 질소산화물의 배출량을 알아본 결과 최소 580ppm부터 최대 2400ppm까지 배출되는 것을 확인하였으며 환원 제 분사시 질소산화물 저감효율은 90%까지 확인하였으나 질소산화물 저감에 따른 NH3 슬립이 최대 250ppm 정도로 나타났다. 최종적으로 수행한 유럽 배출가스 시험모드인 ESC 시험결과 70% 이상의 저감효율을 나타내었다.