EGR Cooler 적용을 통한 EURO2 디젤 차량의 NOx 저감효과 연구

Abstract

대기오염의 주원인으로 밝혀진 자동차 배출가스에 대한 관심이 증대됨에 따라 자동차 배출가스 규제가 점차 강화되고 있다. 하지만 EURO4 이전의 경유 차량은 EURO6 대비 6배 이상의 느슨한 NOx 규제치가 적용되어 NOx 배출량이 높다. 뿐만 아니라 EURO4 이전의 승용, 소형화물차는 국내 전체 경유 차량 중 약 45%의 높은 비중을 차지한다. 따라서 본 연구에서는 EURO2 경유 차량에 EGR Cooler를 적용하여 NOx 배출량 저감효과를 분석하고자 하였다. 차량 개조에 앞서 NEDC 모드와 실도로 주행을 통해 EGR 제어로직을 파악하였으며 에어컨을 켰을 때 전 운전영역에서 EGR 제어가 미적용 됨을 확인하였다. 이에 에어컨 작동조건을 개선이 필수적인 운전조건으로 판단하였으며 EGR 제어를 통한 NOx 저감효과를 분석하였다. Non-Cooled EGR system이 적용된 차량에 3가지의 개조된 System을 적용하여 각각의 NOx 저감 효과를 분석하였다. 첫 번째로 인터쿨러 팬의 효과를 파악하기 위해 Base차량에 인터쿨러 팬만 장착하여 개조 전후 비교실험을 진행하였으며 NOx는 6.1% 저감, PM 배출량은 3% 증가하였다. 두 번째로 Base 차량에 EGR Cooler만 추가 장착하였을 때 Base 대비 NOx 배출량이 6.4% 저감되었다. EGR rate을 계산해본 결과 공회전과 타행구간에서 EGR rate이 5.8% 감소하였으며 NOx 배출량이 Base대비 증가하였다. 이로 인하여 NEDC 모드 시험의 Total NOx 저감효과가 미미한 것으로 판단된다. 세 번째로 EGR Cooler, 인터쿨러 팬, 가변배압밸브 장착과 EGR 컨트롤러를 통해 EGR을 제어하였으며 NEDC 모드 시험 결과 Base 차량 대비 PM은 동등수준의 배출량을 보였으며 NOx는 22% 저감되었다. 세부적으로 NOx 배출량이 Phase 1에서 33.7% 저감되었으며 Phase 2에서는 15.2% 저감되었다. Phase 2의 NOx 저감률이 Phase 1대비 낮은 것은 차속 70km/h 이상의 구간에서 9.8%의 낮은 NOx 저감률을 보이기 때문이다. 에어컨 가동조건에서는 2종류의 제어를 수행하였다. 우선 운전성 악화가 느껴지지 않는 조건 내에서 최대한 EGR을 제어한 결과 NOx가 41.1% 저감되었으며, Base차량이 NEDC 모드(A/C off)의 배기규제 수치를 상회함에 반해 배기규제를 만족하였다. 하지만 연비가 4.4% 악화되는 결과를 보여 실제차량에 적용이 힘들 것으로 판단된다. 이를 보완하기 위해 NOx, PM, 연비를 모두 고려하여 EGR valve 개도량을 제어하였으며 NOx 28.1% 저감, 연비 1.7% 향상의 결과를 보였다. 이러한 결과는 Base 차량의 NOx, PM 배출량이 대상차종 규제수치의 128%, 31.2%로 NOx 배출량이 규제치를 상회함에 반해 NOx, PM 배출량이 대상차종규제치의 92.1%, 35.1%로 배기규제를 모두 만족하는 수치를 보였다.