승용 디젤차량에서 Urea-SCR 시스템의 NOX 저감 특성에 관한 실험적 연구 Experimental Study on Characteristics of NOX Reduction with Urea-Selective Catalytic Reduction System in Diesel Passenger Vehicle원문보기
LNT(Lean $NO_X$ Trap), LNC(Lean $NO_X$ Catalyst), SCR(Selective Catalytic Reduction)과 같은 $NO_X$ 저감기술은 상용차뿐만이 아닌 승용차량 성능향상을 위해 지속적으로 개발이 진행되고 있다. 특히 Urea-SCR 시스템은 연료손실 없이 이론상 100%에 가깝게 $NO_X$를 저감하는 가장 효과적인 기술로 환원반응으로 배기가스를 $N_2$와 $H_2O$로 배출하기 위해 환원제인 요소수를 분사해야한다. 하지만 엔진에서와는 달리 실제차량에서의 적용은 SCR 효율이 떨어지게 된다. 따라서 실제차량에서의 SCR 효율을 극대화하는 기술 개발이 요구되고 있는 실정이다. 본 연구에서는, Post EURO-6 배기가스 규제에 대응하기 위한 디젤승용차량에서의 Urea-SCR의 $NO_X$ 저감 성능에 의한 저감효율의 극대화를 목적으로 실차용 Urea-SCR 시스템 위한 기초자료로 제시하고자 한다.
LNT(Lean $NO_X$ Trap), LNC(Lean $NO_X$ Catalyst), SCR(Selective Catalytic Reduction)과 같은 $NO_X$ 저감기술은 상용차뿐만이 아닌 승용차량 성능향상을 위해 지속적으로 개발이 진행되고 있다. 특히 Urea-SCR 시스템은 연료손실 없이 이론상 100%에 가깝게 $NO_X$를 저감하는 가장 효과적인 기술로 환원반응으로 배기가스를 $N_2$와 $H_2O$로 배출하기 위해 환원제인 요소수를 분사해야한다. 하지만 엔진에서와는 달리 실제차량에서의 적용은 SCR 효율이 떨어지게 된다. 따라서 실제차량에서의 SCR 효율을 극대화하는 기술 개발이 요구되고 있는 실정이다. 본 연구에서는, Post EURO-6 배기가스 규제에 대응하기 위한 디젤승용차량에서의 Urea-SCR의 $NO_X$ 저감 성능에 의한 저감효율의 극대화를 목적으로 실차용 Urea-SCR 시스템 위한 기초자료로 제시하고자 한다.
$NO_X$ reducing technique such as LNT, LNC, and selective catalytic reduction (SCR) have been developed and applied, especially on heavy-duty vehicles. However, it is expected that $NO_X$ reduction techniques will also be applied to diesel passenger vehicles. The urea-SCR syste...
$NO_X$ reducing technique such as LNT, LNC, and selective catalytic reduction (SCR) have been developed and applied, especially on heavy-duty vehicles. However, it is expected that $NO_X$ reduction techniques will also be applied to diesel passenger vehicles. The urea-SCR system is receiving attention as the most effective $NO_X$ reduction technology without a fuel penalty. Thus, many advanced countries are developing this technology. The urea-SCR system sprays an aqueous urea solution that separates $NO_X$ into $N_2$ and $H_2O$, which are harmless and emitted into the atmosphere. The urea injected in front of the SCR catalyst should be changed to 100％ $NH_3$, which is required for $NO_X$ reduction in the SCR system to maximize the reduction efficiency. The purpose of this study was to determine the basic data for the urea-SCR system to maximize the $NO_X$ reduction efficiency by understanding the $NO_X$ reduction characteristics in a real passenger vehicle to comply with the post EURO-6 emission regulation.
$NO_X$ reducing technique such as LNT, LNC, and selective catalytic reduction (SCR) have been developed and applied, especially on heavy-duty vehicles. However, it is expected that $NO_X$ reduction techniques will also be applied to diesel passenger vehicles. The urea-SCR system is receiving attention as the most effective $NO_X$ reduction technology without a fuel penalty. Thus, many advanced countries are developing this technology. The urea-SCR system sprays an aqueous urea solution that separates $NO_X$ into $N_2$ and $H_2O$, which are harmless and emitted into the atmosphere. The urea injected in front of the SCR catalyst should be changed to 100％ $NH_3$, which is required for $NO_X$ reduction in the SCR system to maximize the reduction efficiency. The purpose of this study was to determine the basic data for the urea-SCR system to maximize the $NO_X$ reduction efficiency by understanding the $NO_X$ reduction characteristics in a real passenger vehicle to comply with the post EURO-6 emission regulation.
이에 본 연구에서는 승용 디젤 차량에서 UreaSCR 시스템을 구축하고 엔진 회전속도 및 부하에 따른 NOX 저감특성을 파악하여 NOX 저감율을 최대화하고 실제 차량에서 Euro-6 이후의 규제에 대응하기 위한 Urea-SCR 시스템 연구의 기초자료를 제시하고자 한다.
제안 방법
본 연구에서는 Euro-5a 배출규제 기준을 만족시키는 승용 디젤차량에 Urea-SCR 시스템을 적용하여 기관 회전속도 및 부하 따른 승용 디젤기관실험을 통하여 엔진 작동조건 및 배기가스 온도변화로부터 NOX 저감특성과 저감효율 등을 파악하고 실제차량에 설치 및 적용하였다.
대상 데이터
본 연구에서는 요소수를 환원제로 사용하는 Urea-SCR system을 사용한다. SCR 촉매 상에서의 NH3와 NOX의 화학반응이 지배적이며 3가지의 주요 반응이 있다.
성능/효과
(1) Urea-SCR system에서 촉매의 효율을 높이기 위해 유동균일도를 높이는 배기관형상, Mixer와 Diffuser를 사용하여 NEDC 주행모드 실험을 통해 배기가스를 규제대비 NOX는 37%, THC+NOX는 17%를 저감할 수 있었다.
(2) SCR system의 하드웨어 등이 지배적인 영향을 주었다고 보이며, 촉매에서의 암모니아 흡착률을 증가하기 위한 Feedback control의 추가적인 분사로 SCR의 효율을 극대화 할 수 있었다.
후속연구
(3) 본 연구를 통해 승용디젤차량에서 UreaSCR system을 구축하는 자료로 제시하며, 앞으로의 Post EURO-6c, d등 배기규제를 충족시키기 위해한 앞으로의 실험 및 연구의 자료로 제시하고자 한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
디젤기관의 단점으로 인하여 개발이 요구되는 것은 무엇인가?
내연기관 중 디젤기관은 가솔린기관에 비해 열효율이 높고, 연료소비율이 낮아 현재 및 미래의 동력원에서 가장 유효한 기관중 하나임이 분명하다.(1) 하지만 디젤기관은 입자상물질(PM)과 질소산화물(NOX)이 생성되는 단점이 있어 Euro-6c, Euro-6d 등,(2) 점차 강화되는 규제를 만족하기 위해서 DPF와 Urea-SCR (Selective Catalytic Reduction,이하 SCR)과 같은 배기가스 후처리 시스템의 개발 및 적용이 불가피 할 것으로 예상되고 있다. 특히 강화되는 배기규제에 대응하기 위한 가장 유리한 기술로 평가되고 있는 SCR은 유럽을 중심으로 중대형 상용차량에 적용되고 있고 승용차량에도 적용이 되고 있다.
내연기관 중 디젤기관의 특징은 무엇인가?
따라서 세계 여러 기업은 화석연료를 대신할 수 있는 대체에너지 개발과 화석연료의 사용량 및 배기가스를 저감할 수 있는 기술 개발에 초점을 두고 있다. 내연기관 중 디젤기관은 가솔린기관에 비해 열효율이 높고, 연료소비율이 낮아 현재 및 미래의 동력원에서 가장 유효한 기관중 하나임이 분명하다.(1) 하지만 디젤기관은 입자상물질(PM)과 질소산화물(NOX)이 생성되는 단점이 있어 Euro-6c, Euro-6d 등,(2) 점차 강화되는 규제를 만족하기 위해서 DPF와 Urea-SCR (Selective Catalytic Reduction,이하 SCR)과 같은 배기가스 후처리 시스템의 개발 및 적용이 불가피 할 것으로 예상되고 있다.
실제차량의 작동조건에서 SCR의 환원반응에 영향을 끼치는 인자를 파악해야 하는 이유는 무엇인가?
특히 강화되는 배기규제에 대응하기 위한 가장 유리한 기술로 평가되고 있는 SCR은 유럽을 중심으로 중대형 상용차량에 적용되고 있고 승용차량에도 적용이 되고 있다. SCR기술은 이론상 100%에 가까운 저감 효율을 보일 수 있는 시스템이지만, 실제차량에서의 저감 효율은 실험적 기관에서의 환경과는 달라 저감율의 차이가 발생하게 된다. 실제차량의 작동조건에서 SCR의 환원반응에 영향을 끼치는 배출가스 온도, 공간속도(SV, Space Velocity), α ratio(NH3/NOX)와 같은 인자들이 어떻게 저감 성능에 영향을 미치는지 파악해야한다.
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