NOx Conversion Efficiency of SCR Diesel Vehicle Under Cold Start Condition

냉간 시동 조건에서의 SCR 경유자동차의 NOx 전환 효율

이동인

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NOx Conversion Efficiency of SCR Diesel Vehicle Under Cold Start Condition

Dong In Lee, Young Soo Yu, Junhong Park, Mun Soo Chon and Junepyo Cha

Key Words: Emission regulations(배기가스 규제), RDE-LDV(소형차 실제도로 주행 배출가스), PEMS(이동식 배기가 스 측정장치), Cold-start(냉간시동), Hot-start(열간시동), SCR(선택적 환원 촉매)

Abstract

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 regula- tions. However, SCR system has a low conversion efficiency in a low temperature less than 200 degree. In this study, the NOx conversion efficiency of SCR system was analyzed by installing a NOx sensors and a temperature sensors in a diesel vehicle. Also, in order to analyze the effect of the cold-start, the test was performed on the same RDE route and compared with the test of hot-start. As a result, SCR system has characteristics of low conversion efficiency under cold-start conditions.

1. 서 론

EC(European Commission)는 실제도로 주행 배출가스 시험의 도입을 위하여 2017년 6월 3단계 실제도로 주행 배출가스 규제를 발표하였다⁽¹⁾. 3단계 실제도로 주행 배 출가스 규제에 새롭게 도입된 내용은 냉간 시동(Cold- start) 시험과 입자상 물질의 개수(PN)를 실제도로 주행 시험에서 평가하는 방법 및 배기가스 후처리 장치의 재 생을 반영한 내용이다⁽²⁾.

이러한 조건 등을 반영하여 유럽연합은 2017년 9월에 Euro 6d-temp 법규를 발표하였고 국내도 동일한시기에

법규를 도입하였다⁽³⁾. Euro 6d-temp는 기존 실내 인증시 험 모드인 NEDC(New European Driving Cycle)에서 실 제도로 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.

따라서 소형 경유차에서 실제도로 주행 배출가스 시험의 규제를 만족하기 위해 각 제작사들은 후처 리장치의 장착이 필수로 작용하게 되었을 뿐만 아니 라 배기 후처리시스템의 기술 향상이 요구되어지고 있다⁽⁴⁾.

배기 후처리시스템 중 선택적 환원 촉매(Selective Catalytic Reduction, SCR)은 Urea를 사용하여 질소산화 물(NOx)을 저감하는 원리이며, NOx 흡장촉매(Lean NOx Trap, LNT)에 비해 외기온도의 영향을 크게 받지 않는다는 연구가 발표되고 있다⁽⁵⁾. 이러한 장점이 있지 만, SCR의 촉매는 300°C 이상의 고온에서 90% 이상의

(Recieved: 22 Nov 2018, Recieved in revised form: 20 Dec

2018, Accepted: 21 Dec 2018)

*

한국교통대학교 자동차공학과

**

국립환경과학원 교통환경연구소

†

책임저자, 회원, 한국교통대학교 자동차공학과 E-mail : [email protected]

TEL : (043)841-5283 FAX : (043)841-5280

또한 추가적으로 RDE 3rd Package에 포함된 냉간 시동 조건에 대한 NOx 전환 효율에 대해 연구를 수행하였고, 선택적 환원 촉매는 냉간 시동 시 200°C 이하의 저온영 역에서 낮은 전환효율을 가지고 있으므로 이를 분석하 기 위해 열간 시동 조건의 시험을 추가적으로 수행하여 실제도로 주행 배출가스 시험의 냉간 시동 조건에서 SCR의 초반 활성화온도에 따른 전환효율에 대해 연구 를 하였다.

2. 연구내용 및 방법

2.1 시험차량 및 장비

본 연구에서는 국내에서 운행 중인 2016년식 Euro-6 배출 허용기준이 적용된 경유 차량 1대를 선정하였다.

SCR 시스템에 온도에 따른 NOx 전환 효율의 영향을 보기 위해 실제도로 주행 배출가스 시험을 수행하였으 며 차량에 대한 주요 제원은 Table 1에 요약하여 나타내 었다. 실제도로 주행 배출가스 양을 측정하기 위하여 사 용된 이동식 배출가스 측정 장비(PEMS)는 배기가스 유 량계, 배기가스 샘플링 장치, 배기가스 분석기, 교정용 가스, 전원 공급 장치, 제어 및 데이터 분석 장치 등으 로 구성되었다. 차속 데이터는 GPS를 통해 수신된 실시 간 위치 정보 데이터와 OBD(On-Board Diagnostics) 단 말기를 통하여 실시간으로 측정되며, 이 두 가지 방식의

차속 데이터를 기준으로 차량의 OBD 데이터 와 PEMS 의 측정 데이터를 교정하여 취합한다. 배기가스 분석기 는 실시간(1Hz)으로 측정된 배기가스 농도 데이터(ppm) 는 배기가스 유량계의 유량 데이터와 변환 및 교정되어 g/s 단위로 취득된다.

이와 같이 본 논문에 사용된 PEMS 장비의 자세한 제 원은 Table 2에 정리하여 나타내었다. 또한 냉간 시동 조건과 열간 시동 조건에서 온도에 따른 SCR의 NOx 전환 효율을 자세히 알아보기 위해 배기구 각 후단부에 NOx sensor 및 Temperature sensor를 설치하여 PEMS 장비와 동시에 모니터링 및 기록하여 데이터 분석에 사 용하였다. NOx sensor의 제원은 Table 3에 나타내었고, 설치 개략도를 Fig. 1에 나타내었다.

2.2 실제도로 주행 경로

본 연구에서는 RDE-LDV 규제에서 제시한 경로요건 Table 1 Specifications of test vehicle

Test Vehicle

Model year 2016

Emission regulation Euro-6 Unloaden weight 2,170 kg

Displacement 2,959 cc After-treatment DPF+SCR

NOx O₂

Measurement range 0~3,000 ppm 0~21%

Response time 1,300 ms 1,000 ms Data update rate 20 Hz

Fig. 1 schematic of NOx logger and PEMS

(Trip requirement) 등을 만족하는 주행경로를 개발하여 실제도로 주행 배출가스 시험을 수행하였다. 개발한 주 행경로는 국내 중소도시의 주행특성을 반영하였으며, 서울 도심 구간에 비해 차량 통행량이 적은 특징이 있 다. 또한 냉간 및 열간 시동을 비교하기 위해 동일한 장 소에서 출발하였으며, 연구에서 수행한 주행경로의 개 략도를 Fig. 2에 나타내었다.

충주 도심구간은 한국교통대학교에서 출발하여 충주 시내를 포함하는 경로이며, 교외구간은 중원대로, 충청 대로, 생음대로를 지나 음성IC 방면의 순으로 구성되어 있다. 또한 자동차 전용도로 구간은 평택-제천 고속도로 를 이용하여 음성IC부터 동충주IC까지 주행하는 경로 로 개발하였다.

KNUT 경로는 Table 4에 기재한 바와 같이 도심구간 이 교외 구간보다 주행거리는 짧지만 상대적으로 교통 량이 많고 잦은 정차 구간으로 평균 속도가 26.1 km/h 로 낮은 평균 속도를 보이며, 비교적 많은 시간이 요구 되는 것을 확인할 수 있다.

2.3 분석방법 및 SCR 전환효율

RDE 분석 방법 중 주행경로, 외기 온도, 운전자 특성, 교통 정체 등의 원인으로 다양한 주행환경을 객관적으

로 평가하기 위해 RDE 분석방법으로 이동평균구간 (MAW, Moving Average Window) 방법을 제안하고 있 다. 이러한 MAW 방법은 실시간으로 측정된 주행 배출 가스 데이터를 인증 시험 모드인 WLTC에서 배출 되는 CO2배출량을 기준으로 평균구간을 정의하여 배출가스 양을 평가하는 방법이다. 차량 출발 시점에서 WLTC에 서 배출된 CO2배출량(기준 CO2배출량)의 절반까지 도 달하는 구간을 첫 번째 평균으로 정의하며, 이후 평균구 간의 시작점을 데이터 취득 빈도수인 1초 단위로 이동 하면서 기준 CO2 배출량을 바탕으로 연속적인 평균구 간을 생성 하여 각 평균구간 내의 배출가스양 과 차속 등을 평균값으로 계산한다. 생성된 평균구간에서 차속 이 45 km/h 미만인 평균 구간의 배출가스 데이터는 도 심구간, 45 km/h 이상 80 km/h 미만인 평균 구간은 교 외구간, 차속이 80 km/h 이상인 평균 구간은 전용도로 구간 운행 데이터로 구분하여 주행구간별로 나누어 평 가하며 Fig. 3에 나타내었다⁽⁷⁾.

또한 본 연구에서는 냉간 및 열간 시동 조건에서의 외기온도에 따른 SCR 시스템의 NOx 전환 효율을 평가 하기 위해 Engine Turbo 후단에서 취득한 NOx 대비 SCR 후단에서 취득한 NOx를 비교 하였으며, 이를 식 (1)에 나타내었다. NOx sensor를 통해 취득한 데이터는 농도 단위(ppm)로 취득되며, 이를 PEMS 장비에서 취득 한 체적유량(L/s)을 사용하여 g/s로 단위 변환 후 이동평 균구간 방법을 통해 정량적으로 분석 하였다.

(1)

where η : effieicency of conversion, [%]

NOx-1 : after Engine Turbo , [g/s]

NOx-3 : after SCR, [g/s]

η NO

– NO

NO

---

=

Table 4 Trip summary of KNUT route Urban Rural Motor Total Trip distacne (km) 30.2 33.0 29.5 93.0

Trip share (%) 32.4 35.5 32.1 Trip duration (min) 69.4 25.4 16.3 111.1 Avg.veh.speed (km/h) 26.1 77.9 109.6

Fig. 3 CO2 Characteristics of MAW method

결과, NOx는 결정계수가 0.99, CO2는 0.97이상이고 상 관성 그래프 기울기 또한 1에 가까운 값을 가지는 선형 성이 나타났다. 그리하여 본 연구에서 사용한 PEMS 장 비는 표준 배기 측정 장치와 높은 상관관계를 보였으며, 이는 PEMS 장비에서 취득한 배기가스 측정 데이터는 매우 높은 신뢰도를 갖는다는 것을 정량적으로 확인하 였다.

또한 열간 시동 조건에서의 차량의 실시간 배출 특성 및 실시간 NOx 전환 효율을 알아보기 위해 NOx Sen- sor와 온도 Sensor를 통해 측정한 실시간 데이터를 Fig.

5에 나타내었다.

열간 시동 조건에서는 Fig. 5(a)에 나타낸 바와 같이 냉각수 온도가 70^oC 이상 엔진이 예열된 후 시험을 진 행하는 특징을 가지고 있다. 또한 Fig. 5(b)에 나타낸 바 와 같이 냉간 시동 조건보다 엔진터보 후단 및 SCR 전, 후단 온도가 높은 특성이 나타났으며 Fig. 5(c)에 나타 낸 바와 같이 열간 시동 조건에서 실시간으로 분석한 엔진 터보 후단 대비 SCR 후단의 NOx 전환 효율은 시 험 시작 구간에서 상대적으로 낮은 전환 효율을 보였지 만 시험 전체적으로 평균 88%의 높은 NOx 전환 효율

Fig. 4 Correlation result between CVS and PEMS equip- ment in laboratory tests

Table 5 (a) Trip summary of CASE 1 Including hot-start Urban Rural Motor Total

Time (min) 44.2 27.0 16.0 87.2 Trip distance (km) 28.6 35.8 28.7 93.0 Avg. veh. speed (km/h) 29.4 79.4 107.7

Avg. amb. temp (^oC) 0.8

(b) Trip summary of CASE 2

Including cold-start Urban Rural Motor Total Time (min) 43.6 26.3 16.6 86.5 Trip distance (km) 28.5 34.4 30.4 93.3 Avg. veh. speed (km/h) 28.3 78.4 109.7

Avg. amb. temp (^oC) -2.0

Table 6 NOx emissions of CASE 1 NOx (g) Urban Rural Motor Total NOx logger - 1 21.2 25.3 20.0 93.0 NOx logger - 3 3.12 4.83 0.35 8.0

을 보였으며 각 NOx Sensor에서 측정된 NOx 누적 총 량은 Table 6에 나타내었다.

냉간 시동 조건에서는 열간 시동 조건과 다르게 시험 시작 전 최소 6시간 이상 차량을 소킹 시키므로 차량의 냉각수 온도가 가장 낮은 조건에서 실제도로 주행 배출 가스 시험을 진행한다. Fig. 6(a)에 나타낸 바와 같이 냉 각수 온도가 70^oC 이하에서 시험이 진행되며 PEMS 장 비 점검 및 Calibration등 준비 과정을 모두 마친 후에 실제도로 주행 배출가스 시험을 시작하게 된다. Fig.

6(b)에 나타나듯이 시험 시작 시 Engine Turbo 후단의 온도가 약 10^oC이며 SCR 전, 후단의 온도가 약 2.5^oC로 시험 시작 온도가 열간 시동 조건에 비해 매우 낮은 온 도 특성이 나타났으며 냉각수 70^oC이하 구간 및 SCR 후단 100^oC 부근에서 차량 내부에서 생성된 물이 증발 하는 과정으로 인해 SCR 후단의 온도가 SCR 전단의 온도보다 높아지는 경향이 보였다. 또한 Fig. 6(c)에 나 타낸 바와 같이 냉간 시동 조건에서 실시간으로 분석한 Enigne Turbo 후단 대비 SCR 후단의 NOx 전환 효율은

시험 전체의 경우 열간 시동 조건 보다 낮은 74%의 NOx 전환 효율을 보였다. 또한 냉각수 온도 70^oC 이하 의 구간 및 시험 시작 후 약 600초 구간에서 약 21%의 매우 낮은 NOx 전환 효율을 확인하였으며, 각 NOx 센 서에서 측정된 NOx 누적 총량은 Table 7에 나타내었다.

또한 다양한 주행 환경을 객관적으로 평가하기 위해 MAW분석 방법을 사용하였으며 GPS 속도 기준으로 도 심, 교외, 고속도로로 각 구간을 나누어 냉간 시동 조건 과 열간 시동 조건에서의 NOx 전환 효율을 분석하였다.

그 결과 Fig. 7에 나타내었다.

Figure 7에 나타낸 바와 같이 도심 구간의 냉간 시동 조건과 열간 시동 조건에서의 평균 NOx 전환 효율은 각각 75%, 89%로 열간 시동 조건에서 더 높은 NOx 전 환 효을을 보였으며, 그 원인은 앞서 설명한 냉간 시동 조건에서 엔진에서 충분한 예열이 이루어지지 않은 점 과 매우 낮은 흡기온도에 의한 것으로 판단된다. 교외 구간의 경우 경로 특성상 도심 구간에 비해 가감속이 적고 정속주행 구간이 많아 운전 조건이 큰 차이가 없 Fig. 5 Real-time of NOx emissions and temperature and NOx conversion efficiency of CASE 1 under Hot start

으며 냉간 시동 조건과 열간 시동 조건에서의 평균 NOx 전환 효율 또한 각각 78%, 79%로 큰 차이를 보이 지 않았다. 그러나 고속도로의 경우 냉간 시동 조건과 열간 시동 조건에서 의 NOx 전환 효을에서 큰 차이를 보 였다. 이에 대한 원인으로는 고속도로 구간에서의 외기 온도에 의한 NOx 배출 특성과 NOx 전환 효율의 차이가 보였으며 분석 결과를 Fig. 8과 Fig. 9에 나타내었다.

Figure 8에 나타낸 바와 같이 고속도로 구간에서 외기 온도에 따른 냉간 시동 조건과 열간 시동 조건에서 측 정한 Engine Turbo 후단에서 배출된 NOx 배출 특성을 그래프로 나타내었다. 냉간 시동 조건의 외기온도의 경 우 최저 -4.4^oC, 평균 -1.8^oC의 외기 온도가 측정 되었으

며 열간 시동 조건의 경우 -1.1^oC, 평균 -0.1^oC의 외기 온도가 측정 되었고, 두 시동 조건 모두 낮은 외기온도 조건에서 높은 NOx 배출 특성이 나타났다.

또한 Fig. 7에 나타낸 바와 같이 냉간 시동과 열간 시 동의 NOx 전환 효율이 가장 크게 차이나는 고속도로 Fig. 6 Real-time of NOx emissions and temperature and NOx conversion efficiency of CASE 2 under Cold start

Table 7 NOx emissions of CASE 2 NOx (g) Urban Rural Motor Total NOx logger - 1 17.9 42.5 28.8 89.2 NOx logger - 3 5.85 10.6 7.14 23.9

Fig. 7 NOx efficiency of conversion according to MAW method

구간을 분석하기 위하여 Fig. 9에 외기온도에 따른 NOx 전환효율을 나타내었다.

Figure 9에 나타낸 바와 같이 외기온도에 따라 속도 90 km/h이상의 고속도로 구간에서 서로 다른 NOx 전환 효율을 보였으며, -4^oC 이하의 구간에서는 NOx 전환 효 율은 평균 약 60%, -3^oC 이하에서는 63%, -2^oC이하에서 는 76%, -1^oC이상부터는 90%이상의 높은 NOx 전환 효 율을 보였다. 이에 따라 냉간 시동 조건에서 열간 시동 조건보다 낮은 NOx 전환 효율을 보이는 것은 낮은 외 기 온도에 의한 것으로 판단된다.

3.3 SCR 전,후단 온도의 NOx 전환 효율

냉간 시동 조건과 열간 시동 조건에 대해 실제도로 주행 배출가스 비교하였을 때 냉간 시동 조건이 열간 시동 조건에 비해 낮은 온도 범위에서 시험이 시작되기

때문에 열간 시동 조건 보다 실제도로 배출가스 시험 중 측정된 온도 범위가 넓다. 이에 따라 SCR 전단의 온 도 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^oC 이하의 온도에서 시험이 시작 되었고 냉간 시동 조건에서는 SCR 전단의 온도는 50^oC 이하의 낮은 온도 범위에서 시험이 시작 되었다.

열간 시동 조건에서 시험 시작 전 엔진 냉각수 온도 를 70^oC 이상 예열을 진행하고 실제도로 주행 배출가스 Fig. 8 NOx emission characteristics after engine turbo

accordiong to ambient temperature

Fig. 9 NOx efficiency of conversion according to ambi- ent temperature in motorway part

Table 8 NOx conversion efficiency according to the SCR before temp. under Hot-start

SCR before

temp. range Time (s) NOx-1 NOx-3 NOx eff.

0~50 0 0.00 0.00 0.00 50~100 0 0.00 0.00 0.00 100~150 18 0.01 0.01 45%

150~200 237 0.46 0.16 65%

200~250 1,732 9.52 1.60 83%

250~300 2,104 22.25 3.17 86%

300~350 1,826 33.23 3.24 90%

350~400 171 3.53 0.22 94%

sum 6,088 69.00 8.40 88%

Table 9 NOx conversion efficiency according to the SCR before temp. under Cold-start

SCR before

temp. range Time (s) NOx-1 NOx-3 NOx eff.

0~50 110 0.74 0.68 8%

50~100 58 0.57 0.55 3%

100~150 61 0.40 0.35 12%

150~200 140 0.80 0.65 19%

200~250 2,712 12.09 2.53 79%

250~300 1,088 20.94 5.99 71%

300~350 1,964 58.65 13.54 77%

350~400 74 0.39 0.04 91%

sum 6,207 94.58 24.33 74%

전단의 온도 300^oC 이상부터는 90% 이상의 높은 NOx 전환 효율을 보였다. 열간 시동의 전체 시험으로 NOx 전환 효율을 분석하였을 때 88%로 대체적으로 높은 NOx 전환 효율을 보였다.

냉간 시동 조건에서는 차량 냉각수 온도가 가장 낮은 조건에서 실제도로 주행 배출가스 시험을 진행하기 때 문에 냉간 시동 조건은 열간 시동과 다르게 저온 조건 에서 다양한 온도 범위를 보였다. SCR 전단의 온도 100^oC 이하에서의 NOx 전환 효율은 10%이하로 매우 낮은 NOx 전환 효율을 보였다. 또한 200^oC 이하 온도 범위에서의 SCR의 NOx 전환 효율은 평균 11%로 열간 시동 조건보다 매우 낮은 NOx 전환 효율을 보였다. 이 때 200^oC 이하 구간은 전체 시험 시간 6,207초 중 369 초로 측정되었고 전체 NOx 배출량 24.33 g/km 중 2.23 g/km로 약 10%가 포함되어 열간 시동 조건보다 낮 은 온도 범위에서 높은 NOx 배출량이 발생하였다. 그 러나 냉간시동 조건에서의 SCR 전단 온도 200^oC 이상 온도 범위부터 70% 이상의 NOx 전환 효율을 나타났으 며 350^oC 이상 온도 구간에서는 90% 이상의 높은 NOx 저감 효율을 보였다. 냉간 시동의 전체 시험으로 NOx 전환 효율은 74%로 열간 시동 조건보다는 낮은 NOx

전환 효율을 보였다.

Figure 10 열간 시동 조건과 Fig. 11 냉간 시동 조건 을 SCR 전단의 온도에 따른 그래프를 나타내었다. SCR 전단 기준으로 비교 하였을 때, 공통적으로 200^oC이상 온도 구간부터 SCR의 NOx 전환 효율이 급격하게 증가 하는 것을 확인 할 수 있었으며 엔진이 충분히 예열되 지 않은 냉간 시동 조건이 열간 시동 조건보다 더 많은 NOx 배출량을 보이는 것을 확인 하였다.

3.4 EGR 작동율에 따른 NOx 전환 효율

냉간 시동 조건이 열간 시동 조건에 비해 저온 구간 에서 더 많은 NOx 배출 특성에 미치는 영향을 파악하 기 위해 온도 차이가 확연하게 보이는 초반 600초까지 나누어서 분석하였다. 엔진에서 연소가 끝난 배기가스 를 요소수로 이용해 NOx를 저감시키는 SCR과 다르게 배기가스 일부를 흡기로 재순환시켜 연소실로 재유입하 여 연소 온도를 낮추어 NOx 생성을 억제시키는 EGR에 대하여 Engine RPM과 비교해 보았으며 냉간 시동 조건 과 열간 시동 조건에서 발생한 Engine Turbo 후단의 NOx배출에 대하여 비교 해보았다.

Figure 12과 Fig. 13에 나타낸 바와 같이 동일한 경로 에서 동일한 운전자가 RDE 시험한 결과 초반 600초 동 안 비슷한 Engine RPM 영역대가 나타났지만 냉간 시동 조건과 열간 시동 조건에서 서로 다른 EGR 작동율을 보였다.

비슷한 Engine RPM 영역 대에서 열간 시동 조건의 EGR 작동율은 정지 구간에서는 약 12.2%의 작동율을 보이지만 초반 600초 구간의 평균 EGR 작동율은 약 20.2%로 EGR이 활발히 작동 하고 있음을 알 수 있었으 Fig. 10 Distribution of NOx with SCR before temp. and

NOx conversion efficiency in Hot-start

Fig. 11 Distribution of NOx with SCR before temp. and NOx conversion efficiency in Cold-start

며 600초 구간에서의 Engine Turbo 후단에서 측정된 NOx 배출량은 1.3 g/km로 전체 Engine Turbo 후단에서 측정된 NOx 배출량 69.0 g/km에 약 2% 정도를 차지하 였다.

이와 동일한 조건으로 열간 시동 조건과 비슷한 Engine RPM 영역대에서 실험한 냉간 시동 조건에서의 EGR 작동율은 정지 구간에서는 약 12.5%의 작동률을 보이며 초반 600초 구간의 평균 EGR 작동율은 약 15.6%로 열간 시동에 비해 EGR 작동율이 매우 낮은 것 을 알 수 있었다. 또한 600초 구간에서의 Engine Turbo 후 단에서 측정된 NOx 발생량은 3.7 g/km로 전체 Engine Turbo 후단에서 측정된 NOx 배출량은 94.58 g/km에 약 4% 정도 차지하였다. 열간 시동 조건과 냉간 시동 조건 모두 초반 600초에서 발생한 NOx는 전체 데이터에서 많은 부분을 차지하지 않았지만 아래 Fig. 12과 Fig. 13 그래프로 비교 하였을 때 냉간 시동 조건과 열간 시동 조건에서 가장 큰 차이를 보이는 초반 600초 구간에서 냉간 시동 조건이 열간 시동 조건 보다 낮은 영역대의 EGR 작동율로 인해 높은 NOx가 배출되는 특성이 나타

났다.

4. 결 론

본 연구에서는 강화되는 RDE-LDV 규제에 대응하기 위해 2017년 06월에 추가된 RDE 3rd Package 규제 중 냉간 시동 조건이 실제도로 주행 배출가스에 미치는 영 향을 분석하기 위하여 NOx Sensor 및 PEMS를 이용하 여 후처리 장치로 SCR이 장착된 Euro 6 경유자동차의 NOx 전환 효율에 대해 냉간 시동 조건과 열간 시동 조 건에 대하여 RDE 특성 실험을 수행하였다.

(1) 냉간 시동 조건과 열간 시동 조건에서의 차이를 알아보기 위해 동일한 경로에서 동일한 운전자가 실험 한 결과, 냉각수 온도 70^oC 구간의 냉간 시동 조건에서 약 21%로 매우 낮은 NOx 전환 효율을 보였으며 그로 인해 비교적 높은 NOx 배출량이 측정되었음

(2) 냉간 시동 조건과 열간 시동 조건에서 SCR 전단 의 온도를 기준으로 SCR 후단의 온도 대비 NOx 전환 효율은 200^oC 이하 영역에서 냉간 시동 조건은 약 11%, 열간 시동 조건은 약 65%로 냉간 시동 조건에서 매우 낮 은 NOx 전환 효율을 나타났지만 350^oC 이상 영역에서는 두 조건 모두 90% 이상의 NOx 전환 효율을 확인함.

(3) EGR 작동율에 따른 냉간 시동 조건과 열간 시동 조건을 Engine Turbo 후단에서 측정된 NOx배출특성으 로 비교 하였을 때, 냉간 시동 조건이 열간 시동에 비해 낮은 EGR 작동율을 보였으며 그로인해 더 높은 NOx가 배출되는 것을 확인함.

후 기

본 연구는 국립환경과학원과 한국연구재단(NRF- 2016R1C1B1015927)의 연구비 지원으로 수행되었습니다.

참고문헌

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Fig. 12 NOx emissions of EGR vs. RPM under Hot start

Fig. 13 NOx emissions of EGR vs. RPM under Cold start

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-tests- are-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, “Evalua-

sions 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 – Euro- pean Commission, Official Journal of the European Union L175, pp. 150~162, 2017.