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냉간 시동 조건에서의 SCR 경유자동차의 NOx 전환 효율
NOx Conversion Efficiency of SCR Diesel Vehicle Under Cold Start Condition 원문보기

한국액체미립화학회지 = Journal of ilass-korea, v.23 no.4, 2018년, pp.244 - 253  

이동인 (한국교통대학교 자동차공학과) ,  유영수 (한국교통대학교 자동차공학과) ,  박준홍 (국립환경과학원 교통환경연구소) ,  전문수 (한국교통대학교 자동차공학과) ,  차준표 (한국교통대학교 자동차공학과)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Recently, The ministry of Environment in korea have introduced Euro-6d temp which was strengthened at the same time as Europe. Small Light-duty passenger vehicles need the SCR system of after-treatment to meet enhanced emission regulations. However, SCR system has a low conversion efficiency in a lo...

주제어

표/그림 (22)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 그리하여 본 연구에서는 배기가스 후처리시스템인 SCR 시스템의 NOx 전환 효율 변화에 대해 알아보기 위해 SCR 시스템이 장착된 소형 경유차량을 선정하였으며, 선정된 차량에 Engine Turbo 후단, DPF(Diesel Particle Filter) 후단, SCR후단에 NOx sensor를 설치하였다. 배기구 각 부에서 배출되는 NOx 배출량을 기반으로 SCR 시스템의 NOx 전환 효율을 분석하고자 하였다. 또한 추가적으로 RDE 3rd Package에 포함된 냉간 시동 조건에 대한 NOx 전환 효율에 대해 연구를 수행하였고, 선택적 환원 촉매는 냉간 시동 시 200℃ 이하의 저온영역에서 낮은 전환효율을 가지고 있으므로 이를 분석하기 위해 열간 시동 조건의 시험을 추가적으로 수행하여 실제도로 주행 배출가스 시험의 냉간 시동 조건에서 SCR의 초반 활성화온도에 따른 전환효율에 대해 연구를 하였다.
  • 본 연구에서는 RDE-LDV 규제에서 제시한 경로요건 (Trip requirement) 등을 만족하는 주행경로를 개발하여 실제도로 주행 배출가스 시험을 수행하였다. 개발한 주행경로는 국내 중소도시의 주행특성을 반영하였으며, 서울 도심 구간에 비해 차량 통행량이 적은 특징이 있다.
  • 본 연구에서는 강화되는 RDE-LDV 규제에 대응하기 위해 2017년 06월에 추가된 RDE 3rd Package 규제 중 냉간 시동 조건이 실제도로 주행 배출가스에 미치는 영향을 분석하기 위하여 NOx Sensor 및 PEMS를 이용하여 후처리 장치로 SCR이 장착된 Euro 6 경유자동차의 NOx 전환 효율에 대해 냉간 시동 조건과 열간 시동 조건에 대하여 RDE 특성 실험을 수행하였다.
  • 냉간 시동 조건과 열간 시동 조건에 대해 실제도로 주행 배출가스 비교하였을 때 냉간 시동 조건이 열간시동 조건에 비해 낮은 온도 범위에서 시험이 시작되기 때문에 열간 시동 조건 보다 실제도로 배출가스 시험 중 측정된 온도 범위가 넓다. 이에 따라 SCR 전단의 온도 기준으로 SCR 후단의 온도 대비 냉간 시동 조건 및 열간 시동 조건에서의 NOx 저감 효율을 비교해 보았다. Table 8과 9에 나타낸 바와 같이 열간 시동 조건과 냉간 시동 조건에서 다른 온도 범위를 보였으며, 열간 시동 조건에서는 SCR 전단의 온도가 150℃ 이하의 온도에서 시험이 시작 되었고 냉간 시동 조건에서는 SCR 전단의 온도는 50℃ 이하의 낮은 온도 범위에서 시험이 시작되었다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
소형 경유차에서 실제도로 주행 배출가스 시험의 규제를 만족하기 위해 각 제작사들은 후처리장치의 장착이 필수로 작용하게 되었을 뿐만 아니라 배기 후처리시스템의 기술 향상이 요구되는 까닭은? 이러한 조건 등을 반영하여 유럽연합은 2017년 9월에 Euro 6d-temp 법규를 발표하였고 국내도 동일한시기에 법규를 도입하였다(3). Euro 6d-temp는 기존 실내 인증시험 모드인 NEDC(New European Driving Cycle)에서 실제도로 주행패턴을 반영하여 개발한 WLTC(Worldwide Harmonized Light Vehicles Test Cycle)로 대체하였으며, 실내 인증시험 이외 차량에 이동식 배기가스 측정장치(PEMS)를 탑재하여 실제도로 주행 배출가스 시험하는 강화된 배출가스 규제이다.
선택적 환원 촉매의 원리는? 배기 후처리시스템 중 선택적 환원 촉매(Selective Catalytic Reduction, SCR)은 Urea를 사용하여 질소산화물(NOx)을 저감하는 원리이며, NOx 흡장촉매(Lean NOx Trap, LNT)에 비해 외기온도의 영향을 크게 받지 않는다는 연구가 발표되고 있다(5). 이러한 장점이 있지만, SCR의 촉매는 300°C 이상의 고온에서 90% 이상의 NOx를 제거하지만, 200°C 이하의 저온에서는 NOx 제거하는 활성이 매우 낮다는 연구가 발표되었다(6).
이동식 배출가스 측정 장비(PEMS)는 어떻게 구성되어 있는가? SCR 시스템에 온도에 따른 NOx 전환 효율의 영향을 보기 위해 실제도로 주행 배출가스 시험을 수행하였으며 차량에 대한 주요 제원은 Table 1에 요약하여 나타내었다. 실제도로 주행 배출가스 양을 측정하기 위하여 사용된 이동식 배출가스 측정 장비(PEMS)는 배기가스 유량계, 배기가스 샘플링 장치, 배기가스 분석기, 교정용 가스, 전원 공급 장치, 제어 및 데이터 분석 장치 등으로 구성되었다. 차속 데이터는 GPS를 통해 수신된 실시간 위치 정보 데이터와 OBD(On-Board Diagnostics) 단말기를 통하여 실시간으로 측정되며, 이 두 가지 방식의 차속 데이터를 기준으로 차량의 OBD 데이터 와 PEMS의 측정 데이터를 교정하여 취합한다.
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참고문헌 (7)

  1. COMMISSION REGULATION (EU) 2016/427 of 10 March 2016 amending Regulation (EC) No 692/2008 as regards emissions from light passenger and commercial vehicles (Euro 6), EC - European Commission, Official Journal of the European Union L82, pp. 1-98, 2016. 

  2. COMMISSION REGULATION (EU) 2017/1151 of 1 June 2017 supplementing Regulation (EC) No 715/ 2007 of the European Parliament and of the Council on type-approval of motor vehicles with respect to emissions from light passenger and commercial vehicles (Euro 5 and Euro 6) and on access to vehicle repair and maintenance information, amending Directive 2007/46/EC of the European Parliament and of the Council, Commission Regulation (EC) No 692/2008 and Commission Regulation (EU) No 1230/2012 and repealing Commission Regulation (EC) No 692/2008, EC - European Commission, Official Journal of the European Union L175, pp. 1-643, 2017. 

  3. TRANSPORT & ENVIRONMENT, "New cars tests are a big step forward-but only part of the solution", https://www.transportenvironment.org/press/new-car-testsare- big-step-forward-%E2%80%93-only-part-solution, Nico Muzi, 2017. 

  4. G. Yeo, "Automotive After Treatment Systems for the Future Emission Regulations", Auto Journal, Vol. 39, No. 4, pp. 18-26, 2017. 

  5. National Institute of Environment Research, "Evaluations of Real Driving Emissions-Light Duty Vehicles (RDE-LDV) with PEMS (Portable Emissions Measurement Systems)", NIER-SP2016-415, 2017. 

  6. S. H. Park, K. Y. Lee, S. J. Cho, "Catalytic Technology for NOx Abatement using Ammonia", Clean Technol, Vol.22, No. 4, pp. 211-224, 2016. 

  7. COMMISSION REGULATION (EU) 2017/1151 of 1 June 2017 supplementing Regulation (EC) No 715/2007 of the European Parliament and of the Council on type-approval of motor vehicles with respect to emissions from light passenger and commercial vehicles (Euro 5 and Euro 6) and on access to vehicle repair and maintenance information, amending Directive 2007/46/EC of the European Parliament and of the Council, Commission Regulation (EC) No 692/2008 and Commission Regulation (EU) No 1230/2012 and repealing Commission Regulation (EC) No 692/2008, Appendix 5, Verification of trip dynamic conditions and calculation of the final RDE emissions result with method 1 (Moving Averaging Window), EC - European Commission, Official Journal of the European Union L175, pp. 150-162, 2017. 

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