1. 서 론
전 세계적으로 화석연료의 사용량은 증가하지 만 공급량 및 매장량의 한계로 인해 국제유가는 날로 상승하고 있다 또한 대기 오염 및 온실가. 스에 대한 우려가 높아지면서 저공해 저연비 자, 동차에 대한 관심이 높아지고 있다 디젤엔진은. 가솔린 엔진보다 열효율이 높고 연비 및 이산화
책임저자 회원 고려대학교 기계공학부, , E-mail : [email protected]
TEL : (02) 3290-3368 FAX : (02) 926-9290 회원 고려대학교 대학원 기계공학부
* ,
회원 고려대학교 기계공학부
** ,
탄소 배출량 측면에서 가솔린 엔진에 비해 유리 한 면을 가지고 있어 유럽을 중심으로 디젤 엔진 의 개발 및 차량의 보급이 확대되고 있다.(9) 그러 나 디젤엔진에서 배출되는 질소산화물과 입자상 물질의 배출량이 가솔린 및 기타 엔진보다 높다 는 연구결과에 따라 세계 각국에서는 디젤엔진에 서 배출되는 질소산화물 및 입자상 물질 배출량 허용기준을 지속적으로 강화하여 환경을 보존하 고 인체에 미치는 악영향을 감소시키기 위해 노 력하고 있다.(13,14) 디젤엔진에서 배출되는 입자상 물질은 저감장치인 DPF (Diesel Particulate Filter) 의 개발로 저감장치를 장착하지 않은 엔진과 대 비하여 80% 이상 저감하는 것이 가능하지만 질 소산화물을 가솔린엔진에서의 배출량 수준으로의
학술논문
< > DOI:10.3795/KSME-B.2009.33.12.952
승용디젤엔진의 운전 조건 및 분사 조건 변경에 따른 Urea-SCR 시스템의 NOx 전환효율에 관한 연구
홍길화* 황인구* 명차리** 박심수
(2009 6 19 , 2009 10 16 , 2009 10 19 )
Investigation on the DeNOx Efficiency in Urea-SCR System at Various Operating Conditions and Injection Characteristics
for a Passenger Diesel Engine
Kilhwa Hong, In Goo Hwang, Cha-Lee Myung and Simsoo Park
Key Words : SCR( 선택적 촉매 저감법 ), Urea( 요소 ), DCU( 요소 분사 및 제어 장치 ), NOx( 질소산 화물) , Passenger Diesel Engine( 승용디젤엔진 )
Abstract
Selective Catalytic Reduction (SCR) system is a high-effective NOx reduction technology in diesel engines. As the emission standard of diesel engines is more stringent, vehicle manufactures makes efforts on emission technologies. This paper discusses the performance of Urea-SCR system according to the engine operating conditions in a passenger diesel engine. Engine test results in this paper show that it is important to consider the catalyst temperature and space velocity to obtain high NOx conversion efficiency. In condition of high catalyst temperature, over 90% NOx conversion efficiency is indicated. However, when catalyst temperature is low, NOx conversion efficiency was decreased. Also, it was shown that space velocity mainly effects on the DeNOx performance under 220 degree celsius of SCR catalyst temperature. As the urea injection pressure was decreased, NOx conversion efficiency was declined. It is concerned about urea droplet atomization. This work shown in this paper can lead to improved overall NOx conversion efficiency.
저감에는 한계가 있다 따라서 디젤엔진에서 배. 출되는 질소산화물 후처리 기술 시스템 개발이 더욱더 요구되고 있으며 기술 개발을 위해, DPF 및 NOx 저감촉매의 혼합사용 및 다양한 기술들 이 연구되고 있다.(15) 하지만 이와 같은 기술은 입자상 물질과 질소산화물의 Trade-off 관계로 인 하여 질소산화물 저감에 많은 어려움이 있는 실 정이다 디젤엔진에서 배출되는 질소산화물의 저. 감방법으로 LNT(Lean NOx Trap), EGR(Exhaust Gas Recirculation), SCR(Selective Catalytic 과 같은 저감기술이 제시되고 있으며
Reduction) ,
이러한 기술들 중 환원제를 사용하는 SCR 시스 템은 Euro-5 및 Tier 2 Bin 5 규제에서 요구되는 수준을 만족시키는 기술로써 디젤엔진의 NOx 배 출을 감소시킬 수 있는 우수한 후처리 기술로 평 가되고 있다 또한. Urea-SCR 시스템의 장점은 디 젤 엔진의 연비 측면에서 이점을 가지고 있어 최 근 대두되고 있는 이산화탄소 배출량 저감에도 유리한 점을 지니고 있다.(1~4) 더욱이 대형디젤엔 진 분야에서는 요소를 이용한 질소산화물 저감 방법이 연구되어 일부 제작사에서 상용화 되어 적용되고 있다 그러나 승용 디젤 엔진 분야에서. 는 Cooled EGR을 사용하여 배기규제를 달성하였 으나 강화되는 배기규제에서는 EGR 만으로는 질 소산화물 규제를 만족하지 못하여 Urea-SCR의 적 용을 검토 및 기술개발을 수행하고 있다.(10~12) 따 라서 본 연구에서는 승용디젤에 Urea-SCR 시스템 적용을 위한 선행연구로서 엔진 운전 조건에 따 른 NOx 배출수준을 분석하였고 촉매 온도 및 촉 매내의 공간속도 변화에 따른 NOx 정화율을 평 가하였다 또한 과도 운전 조건에서의. urea 분사 에 따른 정화율과 urea 분사 압력이 DeNOx 성능 에 미치는 영향을 분석하였다 따라서 본 논문의. 목적은 시험의 결과를 토대로 하여 향후 승용디 젤 엔진에 Urea-SCR 시스템의 최적화이다.
디젤 엔진의 환원반응
2. NOx
식 (1) ~ 식 (5)는 Urea-SCR 시스템에서 NOx가 저감되는 여러 가지의 반응식을 나타낸 것이다.
많은 연구결과에서 잘 알려진 바(5,6)와 같이 식
은 시스템에서 지배적인 반응으로
(1) SCR
이며 식 는 반응속도가
‘Standard-SCR Reaction’ , (2)
매우 빠른 ‘Fast Reaction’을 나타낸 것이다 식.
는 와
(2) NO NO2를 동시에 저감하는데 가장 효 율이 좋은 것으로 나타나 있다 위. 2개의 반응식 보다 느리며 NO2를 저감시키는 반응으로 식 (3) 에 나타나 있다 식. (4)와 (5)는 N2O를 NO2의 농 도가 증가할수록 N2O를 생성하는 반응식이다 엔. 진에서 배출되는 NOx는 다른 배출원에서 배출되 는 NOx와 달리 매우 빠른 반응 속도를 요구한 다 따라서 자동차에. Urea-SCR 시스템을 적용할 경우 반응속도가 느린 식 (3)~ 식 (5)의 반응을 제외하고 식 (1)과 (2)의 반응이 지배적이다.
4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 6H2O (1) 2NH3 + NO + NO2 → 2N2 + 3H2O (2) 8NH3 + 6NO2 → 7N2 + 12H2O (3) 6NH3 + 8 NO2 → 7N2O + 9 H2O (4) 4NH3 +4NO2+ 3O2 → 4N2O + 6H2O (5)
시험 장치 및 방법 3.
시험 장치 3.1
시험 엔진 3.1.1
본 연구에 사용된 엔진은 배기량 2.5L 급의 커 먼레일시스템(Common Rail System)과 VGT 가 적용된 승용디젤엔진 (Variable Geometry Turbo)
이며 그 상세 제원은, Table 1에 나타내었다. 3.1.2 SCR 촉매와 환원제
본 연구에서 사용된 SCR 촉매는 고온에서 높 은 활성도를 가지고 있는 제올라이트계 촉매를 사용하였다. 촉매 크기는 5.66 in × 6 in × 2
이며 는 이며 촉매담체의
brick cell density 400 cpsi
벽두께는 4 mil이다 또한. SCR 촉매 후단부에 암 모니아 슬립수준을 저감하는 AOC(Ammonia 를 장착하였다 환원제로는 현 Oxidation Catalyst) .
재 시판되고 있는 요소용액인 AdBlue를 사용하였 고 상세 제원은, Table 2에 나타내었다.
Table 1 Specifications of Test Engine Property Value
Type I4 - DOHC Displacement 2,497 cc Compression ratio 17.6:1 Bore × Stroke 91 × 96 mm
Fig. 1 Dosing Control Units 3.1.3 요소 분사 및 제어 장치
은 본 연구에 사용된
Fig. 1 DCU(Dosing
을 나타낸 것이다 는 차량 장 Control Unit) . DCU
착의 용이성과 독성물질인 암모니아 가스의 내 구성 그리고 분사 조건에 따른 유량의 선형성, 을 갖추었다 또한 다공의 노즐을 사용과 보조. 공기의 공급 방식을 채택함으로써 요소의 무화 에 기여하였다. 분사량은 솔레노이드 밸브의
와 를 변경하여 조절하였으며 별도
duty frequency
의 프로그램을 통하여 제어하였다.
3.1.4 NOx 센서
엔진에서 배출되는 질소산화물을 측정하기 위 하여 NGK社의 NOx 센서와 ECM社의 NOx 5210 모듈과 함께 사용하였으며 응답속도는, 799 ms이 다. NOx 센서의 정확도를 검증하기 위해서
의 고속 분석기를 함께 사용하
Cambustion社 NOx
였다. Fig. 2는 요소를 분사하기 전 ․ 후의 상태를 센서와 고속 분석기로 측정한 것이다
NOx NOx .
최적량의 요소를 분사하여 암모니아 슬립이 발생 하지 않을 경우 위 2개의 측정값이 일치하는 것 으로 나타났다.(7)
Fig. 2 Comparison between NOx sensor and CLD
Fig. 3 Schematics of Experimental System 3.2 시험방법
은 실험 장치의 개략도를 나타낸 것이다
Fig. 3 .
촉매 전 후단에 센서를 장착하였고
SCR ⋅ NOx ,
촉매 각 에 열전대를 설치하여
SCR brick K-Type
촉매 내부의 온도변화를 측정하였다. DOC
와 촉매 사이에 요
(Diesel Oxidation Catalyst) SCR
소를 분사해 줄 수 있는 Dosing Unit을 장착하였 고 보조 공기와 요소는 압축공기를 이용하여 공, 급하였다.
4. 시험결과
시험 엔진의 성능 맵 구축 4.1
엔진 운전 조건에 따른 질소산화물 배출수준을 분석 하기 위하여 엔진회전수와 BMEP(Brake Mean Effective 에 따른 배출수준과 배기가스 온도 그
Pressure) NOx ,
리고 공간 속도(SV, Space Velocity)맵을 구축하였다. 각 실험값은 엔진회전수는 1,250 rpm에서 2,500 rpm 까지 250 rpm 간격으로 변화하였고, 부하조건은
에서 까지 간격으로 측
BMEP 2.5 bar 10.5 bar 0.5 bar 정하였다.
Property Value Name AdBlue
Content Urea (32.5 wt%) + Water (67.5 wt%) Chemical formula (NH2)2COH2O Freezing point -11
Table 2 Specification of Urea solution
Fig. 4 NOx Concentration Level Map 와 는 시험 엔진에서 배출되는
Fig. 4 Fig. 5 NOx
수준을 나타낸 것이다. Fig. 4는 농도단위로 나타 낸 것이고 Fig. 5는 배출가스 유량과 출력조건으 로 계산된 Brake Specific NOx 배출수준을 나타낸 것이다. Fig. 4에 나타난 바와 같이 엔진회전수와 부하가 증가 할수록 높은 수준의 NOx가 배출되 었으며 동일한 엔진 부하 조건에서 엔진회전수가 감소할수록 높은 수준의 NOx가 배출되었으며 배 출되는 NOx는 50 ppm 에서 1,500 ppm 수준으로 나타났다.
에 나타난 바와 같이
Fig. 5 BNOx 배출수준은
1.0 g/kWh에서 15.0 g/kWh 수준으로 나타났다. 농도단위와 다르게 저속 ․ 저부하 영역에서 높은 배출 경향을 보였다 이는 농도단위와는 달
NOx .
리 저속 ․ 저부하 영역에서 배출가스의 유량이 작 고 출력이 낮아지므로 리얼타임으로 나타내는 농 도단위와 다른 결과값을 얻은 것으로 판단된다.
과 은 저감 시 가장 주요한 영
Fig. 6 Fig. 7 NOx
향을 끼치는 인자인 배기가스 온도와 공간속도(8) 를 나타낸 것이다 온도 측정 위치는. DOC 후단 부와 SCR 촉매 전단부로써 요소를 분사하였을 때 온도, NOx와 반응 할 때의 온도를 나타낸다. 온도의 범위는 150 ℃에서 350 ℃ 로 나타났으 며 고속, ․ 고부하 영역에서 높은 온도 수준을 나 타내었다 또한. 1,500 rpm BMEP 2.5 bar 이하의 운전조건에서는 NOx 정화가 되지 않는 150 ℃ 수준의 온도를 나타내었다 또한 배출가스 유량. 과 촉매 체적을 통하여 계산되는 공간속도를 계 산하여 나타내었다 공간 속도는. 20,000 h-1 에서 56,000 h-1 수준으로 나타내었으며 엔진회전수가, 높아질수록 높은 공간속도를 나타내었으며 부하 조건은 공간속도와 무관한 것으로 나타났다.
Fig. 5 BNOx Level Map
Fig. 6 Exhaust Gas Temperature Map at the SCR Catalyst Inlet
Fig. 7 Space Velocity Map
엔진 속도와 부하에 따른 저감 특성
4.2 NOx
온도에 따른 저감 특성
4.2.1 NOx
은 촉매 온도가 인 저온에서
Fig. 8 SCR 170 ℃
저감 특성을 나타낸 것이다 최대 효율
NOx . NOx
을 나타낼 때까지 요소를 분사하였으며 분사기간 은 22.1 초 동안 지속하였다 분사 후 저감되는.
량이 최대로 될 때까지의 은
NOx destination time
Fig. 8 Effect of Urea on NOx reduction at 170℃
Fig. 9 Effect of Urea on NOx reduction at 250℃
초였으며 최대 저감 수준은 약
27 , NOx 50 ppm
수준으로 나타났다 요소 분무 정지 이후 초기의. 배출 수준으로 돌아갈 때까지의 시간은
NOx 200
여초 이상이 소요되었으며 이는 저온에서는 요, 소가 촉매 내에서 흡장을 하게 되어 흡장된 요소 가 배출되는 NOx와 천천히 반응이 일어나기 때 문인 것으로 판단된다 요소가 분해된 후 암모니. 아 가스로 분해되어 NOx와 반응 할 때의 온도 변 화경향을 보면 구역 A에서 SCR 첫 번째 촉매에 서 0.2℃ 이상으로 온도가 상승되었고 두 번째, 촉매 내 온도변화는 없었다 구역. B 에서는 첫 번째 촉매 내의 온도는 6℃ 수준 하강하였으며, 두 번째 촉매 내 온도는 0.5℃ 상승하였다 온도. 의 하강은 반응하지 못한 차가운 요소에 기인한 것으로 판단되며 첫 번째 촉매 내에서 저감될, 수 있는 한계 반응이 이루어진 후에 두 번째 촉 매 내에서 반응이 일어난 것으로 판단된다. SCR 촉매 후단에서의 온도변화는 두 번째 촉매 내 온 도변화 특성과 같은 경향을 나타내었다.
Fig. 10 Effect of Urea on NOx reduction at 350℃
는 촉매 온도가 인 경우에서
Fig. 9 SCR 250℃
는 NOx 저감 특성을 나타낸 것이다 요소 분무. 시간과 destination 시간은 각각 48.4초, 41초로 나 타났다 또한 요소가. SCR 촉매 내로 흡장하는 시 간은 100초 수준을 나타났으며 요소 분사 후 최. 대 NOx 저감량은 50 ppm 수준을 보였다 구역. 에서 첫 번째 촉매 내 온도 변화는 로
A SCR 5℃
상승하였으며 두 번째 촉매온도가 5℃ 정도 높은 것은 SCR 두 번째 촉매 내에서 남아있던 암모니 아 가스가 NOx와 반응을 해서 온도를 높인 것으 로 판단된다 구역. B의 첫 번째 촉매 내 온도가 급격히 하강한 것은 반응 하지 못한 과도한 요소 로 인해 나타난 것이다 구역. C는 반응이 일어난 후 요소 분사하기 전의 온도로 상승과 하강의 반 복 (촉매 내 남아있는 암모니아 가스와 NOx의 반응 으로 되돌아가는 구간을 나타낸 것이다) .
은 촉매 온도가 인 고온에서
Fig. 10 SCR 350℃
저감 특성을 나타낸 것이다 요소 분무 시
NOx .
간과 destination 시간은 각각 22.2초, 4초로서 매 우 빠른 시간에 NOx 저감 목표치에 도달하였고, 이는 고온의 촉매 때문이다 또한 요소가. SCR 촉 매 내로 흡장하는 시간은 76초로 빠른 흡장시간 을 나타내었다 요소 분사 후 인젝션 챔버 내 온. 도는 80℃ 수준 하강하였으며 최대, NOx 저감 량은 200 ppm 수준으로 나타났다 구역. A 에서 첫 번째 촉매 내 온도 변화는 로 상승
SCR 0.2℃
하였고 구역, B 의 두 번째 촉매 내의 온도변화 는 3℃ 로 나타내었다 온도가 높을수록 저감되. 는 NOx 수준이 크며 요소 분무 정지 후에 빠른, 속도로 원래의 NOx 수준으로 되돌아갔다 분무. 된 요소가 모두 NOx를 환원하는데 소요되고 흡 장되지 않아 발생한 것으로 판단된다.
150 200 250 300 350 0
20 40 60 80 100 120
Goal
Low Temp.
Low Temp.
Dependent on S.V&Temp.
Attainable Goal
NOx Conversion Efficiency (%)
SCR Catalyst Temperature (°C) Goal
225 °C
Better DeNOx(%)
Fig. 11 Effect of SCR Temperature on NOx Reduction 에 나타낸 촉매 온도이외에 촉 Fig. 8 ~ Fig. 10
매 온도에 따른 NOx 저감 특성을 알아보기 위하 여 엔진회전수 1,250 rpm에서 2,500 rpm 까지 부, 하조건은 무부하에서 BMEP 12.5 bar 까지 변화 하면서 NOx 저감 특성을 상세하게 실험한 결과 를 Fig. 11에 나타내었다. 90% 이상의 NOx 전환 효율이 본 연구에서 목표로 하는 영역이며 전환, 효율이 80% ~ 90% 는 요소 분사량과 조건을 변 경하면 충분히 목표 전환효율 90% 이상으로 얻 을 수 있는 영역이다 전환효율. 60 ~ 80%에서는 촉매 온도가 225℃ 이하의 온도로 높은 NOx 저 감을 얻을 수 없으며, 200℃ 부근의 69% 효율과 효율의 차이는 공간 속도 값의 따라 나타낸 33%
것으로 판단된다. 0 ~ 30% 인 영역에서는 촉매온 도가 낮아 높은 NOx 저감을 기대 할 수 없다. 따라서 촉매 온도 225℃ 이상일 때 80% 이상의 효과적인 NOx 저감을 나타내었다.
공간 속도에 따른 저감 특성
4.2.2 NOx
는 공간 속도에 따른 저감 특성을
Fig. 12 NOx
나타낸 것이다. NOx 전환효율 80% 이상의 영역 에서는 공간 속도에 상관없이 높은 NOx 저감을 나타내었으며 이는, SCR 촉매의 온도가 높기 대 문으로 판단되며 60% ~ 80% 에서는 촉매 온도 는 높지만 공간 속도값이 크고 다른 한편으로, 공간 속도 값은 적지만 촉매 온도가 낮아서 NOx 전환효율이 낮게 나타났다 따라서. NOx 정화율 은 촉매 온도와 공간속도에 크게 의존하는 것으 로 판단된다 전환효율. 0 ~ 20% 영역은 공간속도 가 낮음에도 불구하고 촉매 온도가 매우 낮아 낮은 NOx 저감 수준을 나타내었다.
150000 20000 25000 30000 35000 40000 45000 50000 20
40 60 80 100 120
Goal & Attainable Goal
150 °C~ 200 °C 200 °C ~ 225 °C 225 °C~ 360 °C
NOx Conversion Efficiency (%)
Space Velocity (h-1)
Dependent on S.V&Temp.
Low Temp.
High Space Velocity
Fig. 12 Effect of Space Velocity on NOx Reduction
과도 운전 구간에서의 저감 특성
4.3 NOx
과도 운전 조건에서의 NOx 배출량 변화 패턴 및 저감 특성을 평가하기 위하여 엔진 부하 조건 을 BMEP 4.0 bar에 고정하고 엔진 회전수를 1,250 rpm → 1,750 rpm → 2,000 rpm → 1,750
순으로 변화시키면서 저감
rpm → 1,250 rpm NOx
특성을 평가하였다.
은 엔진부하를 고정시킨
Fig. 13 BMEP 4.0 bar
후 엔진회전수를 1,250 rpm 에서 1,750 rpm으로 증가시켰을 때 나타나는 NOx 저감 특성을 나타 낸 것이다 총 요소 분사량과 분사시간은. 15.561 ml 와 79.8초 이며 과도구간 엔진회전수의 변화, 시간은 20초로 설정하였다 분사 후 과도 상태전. 의 NOx 전환효율은 약 20% 수준이며 과도 구간, 에서는 10% 수준으로 떨어졌다 이는. NOx가 저 감되는 시간이 과도 상태로 변화하는 시간보다 느리기 때문에 NOx 전환효율이 감소된 것으로 판단된다 엔진회전수 상승 후 촉매 전단에서의.
배출량은 으로 유지 되었고 전환
NOx 220 ppm ,
효율은 40% 수준을 나타내었다. 요소 분무 정지 이후에 NOx 전환효율이 증가한 것은 낮은 온도 에서의 SCR 촉매내의 흡장 능력으로 인해 나타 난 것으로 판단되며 촉매 온도는 분사 직후 19 로 되었다가 과도 구간에서는 로 떨어졌
0℃ 185℃
다 이는 분사되는 온도가 낮은. 요소의 영향이며, 요소 분무 정지 이후에는 225 ℃까지 상승 하였다.
는 중속에서 고속으로 가는 과도 구간의 Fig. 14
저감 특성을 나타낸 것으로 에서
NOx 1,750 rpm
으로 엔진회전수를 변화하여 측정한 것 2,000 rpm
을 나타낸 것이다 요소는. 62.6초 동안 분사하였
Fig. 13 Effect of NOx Reduction from 1,250 to 1,750 rpm
Fig. 14 Effect of NOx Reduction from 1,750 to 2,000 rpm
지만 약 80 ppm 수준의 NOx가 저감되었고 과도 구간과 이후에서는 SCR 촉매 전단 NOx 수준에 비해 저감되는 수준이 적음을 확인하였다. SCR 후단 NOx 수준이 일정한 값을 나타내는 것은 저 온에서 분사된 요소가 SCR 촉매 내 흡장되어 저감이 오랜 시간 지속되었다 전환효율도
NOx .
과도구간 이전이 가장 높았으며 그 이후에는 온 도가 높아짐에도 불구하고 전환효율이 증가하다 가 다시 감소하였다 이는 온도가 낮은 영역에서. 요소를 분사하여 얻어진 결과로 판단된다.
는 고속에서 중속으로 변할 때 나타내는 Fig. 15
거동 특성을 평가하기 위하여 에
NOx 2,000 rpm
으로 엔진회전수를 변화하면서 측정한 1,750 rpm
결과를 나타낸 것이다 요소 분사 시간은. 73.8초 로 분사 후 최대 90% 이상의 NOx 전환효율을 보였다 이는 요소 분무 영역의 온도가 높기 때. 문에 과도 구간에 상관없이 전환효율이 높게 나 타난 것이라 판단된다.
Fig. 15 Effect of NOx Reduction from 2,000 to 1,750 rpm
Fig. 16 Effect of NOx Reduction from 1,750 to 1,250 rpm
은 중속에서 저속으로 변할 때 나타나는 Fig. 16
저감 특성을 나타낸 것이다 과도구간 이후
NOx .
촉매 내 온도가 서서히 하강함에도 불구하고
전환효율이 이상 나타났다 이는 요소
NOx 90% .
분무 당시의 촉매 온도가 높았음에 기인한 것으 로 판단된다.
요소 분무 압력에 따른 저감 특성
4.4 NOx
에 의한 요소 분무 압력에 따른 저감
DCU NOx
특성을 평가하기 위하여 엔진 회전수를 1,250
에서 으로 간격으로 변화시
rpm 2,000 rpm 250 rpm
키고, BMEP를 3.5 bar에서 7.5 bar로 변화하여 요 소 공급 압력과 보조공기 공급 압력이 변함에 따 라 나타나는 NOx 저감 수준을 측정하였다 요소. 공급압력과 보조공기 공급압력의 차이는 0.25 bar 로 일정하게 유지하였다. Urea 분사압력을 감소 하였을 때 NOx 정화효율을 확보하기 위하여 분 사량을 4배 수준 증가하였다 그러나. Fig. 17에 나타난 바와 같이 엔진 부하에 따라 요소 공급
Fig. 17 Effect of Injection Pressure on NOx Reduction
압력을 2.0 bar 에서 1.25 bar로 줄였을 때 전환 효율은 30% 수준 감소하였다. Urea 분사량을 늘 려 과도한 요소를 공급하였음에도 불구하고 NOx 전환효율이 감소되었다. 이는 분사압력을 높일 경우 압력이 낮게 분사 할 경우 보다 노즐로 통 한 요소 분무가 무화가 잘 되어 NOx 와 반응을 보다 쉽게 하여 NOx 전환효율이 높게 나타난 것 이라 판단된다.
5. 결 론
승용 디젤엔진의 운전 조건에 따른 Urea-SCR 적용성 평가 시험을 통하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
시험엔진의 배출특성을 평가하기 위하
(1) NOx
여 엔진 운전조건에 따른 NOx 배출량 배출가스, 온도 공간속도 차원 맵을 구축하였다, 3 .
촉매 온도에 따른 전환효율 평가 결과
(2) NOx
온도가 높은 영역에서는 90% 이상의 NOx 전환 효율을 얻었으며 온도가 낮은 영역에서는 정화, 되지 않는 것으로 나타났다. NOx 정화에 가장 중요한 인자는 촉매 온도이고 촉매 온도가, 22 이하의 영역에서는 공간 속도의 영향을 받는 0℃
것으로 나타났다.
과도구간에서 저감을 최대화하기 위하
(3) NOx
여 높은 촉매 온도를 확보하는 것으로 판단되며 과도운전 영역에서는 촉매 온도에 따라 분사량을 최적화하여야 할 필요가 있는 것으로 판단된다.
요소 공급 압력을 낮추고 분무량을 증가하 (4)
여 과량의 요소를 공급하였음에도 NOx 전환효율 이 감소하였다 이는 분사량과 무관하게 적정 분. 사압력이 확보되어 액적들의 무화가 활발하게 진 행되어야 할 것으로 판단된다.
후 기
본 논문은 중소기업청의 지원으로 수행한 중소 기업 혁신개발 사업의 일환으로 수행되었으며
주 모빌텍엔지니어링의 지원에 감사드립니다
( ) .
참고문헌
(1) Gieshoff, J., Schafer-Sindlingger, A., Spurk, P. C., van den Tillaart, J. A. A. and Garr, G., 2000,
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and Takeda, Y., 2003, "Development of urea-SCR System for Commercial Vehicle," Society of Automotive Engineers, Inc., SAE Paper No.
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"A Study of a New Aftertreatment System (2) : Control of Urea Solution Spray for Urea-SCR,"
Society of Automotive Engineers, Inc., SAE Paper No. 2006-01-0644.
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