배기가스 저감장치(DPF, EGR, SCR)의 종류와 원리

차량에서 배출되는 질소산화물(NOx) 등 대기오염물질을 줄이기 위해 여러 가지 장치들이 고안되어왔습니다. 특히 디젤 차량의 엔진에서 나오는 이산화탄소, 일산화탄소, 질소산화물 등을 줄이기 위한 장치인 배기가스 저감장치에는 어떤 것들이 있는지 종류와 원리 등을 알아보겠습니다.

 

DPF(Diesel Particulate Filter)

DPF는 디젤 미립자 필터(Diesel Particulate Filter)의 약자로, 디젤 엔진에서 제대로 연소되지 않은 고체상태의 미세한 물질(PM)인 탄화수소 찌꺼기 등을 포집하여 필터로 걸러낸 후 550℃의 고온으로 다시 태워 오염물질을 줄이는 매연 저감 장치입니다. 

 

 

 

DPF의 매연 저감 원리

디젤 엔진의 배기가스 중, PM(미세 매연 입자)이 필터 벽면에 포집됩니다. 배기가스에는 이렇게 쌓인 PM을 자체적으로 연소시킬 만큼 충분한 양의 산소가 포함되어 있고, 일정한 조건에서 이 PM의 발화 온도인 550℃ 이상으로 배기가스의 온도를 높여 연소시키는데 이 연소 과정을 ‘재생’이라고 합니다. DPF는 ‘재생(연소 과정)’ 원리를 통해 배기가스를 처리합니다. 이 과정을 통해 디젤 엔진에서 배출하는 배기가스 성분 중 Soot(그을음, 검댕)를 저감 시켜주게 됩니다. 또한 DPF에 Soot가 과도하게 축적되면 차량 성능과 연비에 나쁜 영향을 줄 수 있습니다.

 

DPF 매연 저감 원리

 

DPF 관리

 

DPF 클리닝

DPF 부착 차량은 지속적인 성능 유지 및 관리를 위해서 10개월 또는 10만 Km 운행 시마다 마다 정기적으로 필터클리닝을 실시해야 합니다. 주기적으로 필터클리닝을 하지 않으면 축적된 물질이 필터를 막고, 배기가 원활하게 이루어지지 않아 출력 및 연비 저하 등을 유발하고 저감장치 성능 저하로 이어질 수 있습니다. 

 

전용 엔진오일

또한 DPF 차량에는 반드시 전용 엔진오일을 사용해야 합니다. 일반 엔진오일을 장시간 사용하게 될 경우에는 고장 원인이 될 수 있습니다. 따라서 유럽 자동차 제조협회에서 만든 오일 품질 기준인 ACEA 등급 중 C등급 오일을 사용해야 합니다.

 

 

 

EGR(Exhaust Gas Recirculation)

EGR은 배기가스 재순환 장치(Exhaust Gas Recirculation)의 약자로, 디젤 엔진에서 만들어진 불활성인 배기가스의 일부를 흡입 계통으로 재순환시켜, 엔진에 흡입되는 혼합 가스에 혼합되어서 연소 시의 최고 온도를 내려 질소산화물(NOx)의 생성 억제를 유도하는 장치입니다.

 

EGR의 매연 저감 원리

질소산화물(NOx)은 연소온도가 2000℃를 넘어가게 되면 급격히 증가하므로 이를 감소시키기 위해서는 연소 온도를 낮추어야 하는데, 배기가스의 일부를 재순환시키게 되면 연소실 내에 불활성 가스(CO2)가 유입되고 폭발 행정 시의 연소온도가 낮아지게 되어 질소산화물(NOx)의 양이 감소하게 됩니다.

 

 

 

EGR의 장점과 단점

 

장점

EGR은 엔진 구조를 크게 바꾸지 않고도 쉽게 적용시킬 수 있다는 장점이 있습니다. 또한 연료 이외의 첨가물을 추가 주유해야 할 필요가 없으며, 정비비용 또한 저렴하다는 장점이 있습니다.

 

단점

배기가스를 재순환하는 과정에서 찌꺼기들이 쉽게 흡기 및 연소실에 누적이 되며, 이미 한 번 연소된 것이 EGR을 통해 들어오는 것이기 때문에 재순환하는 비율이 증가할수록 연소 효율이 떨어져 연비와 성능 저하가 일어날 수 있습니다. 또한 뜨거운 배기가스를 냉각시켜 흡기 계통으로 재순환시키는 것이기 때문에 냉각 장치가 필수적입니다.

 

 

 

SCR(Selective Catalyst Reduction)

SCR은 선택적 촉매 감소기술(Selective Catalyst Reduction)의 약자로, 요소수를 배출가스에 분사시켜 촉매 반응을 통해 물(H2O)과 질소(N2)로 변환시키는 장치입니다. SCR은 질소 산화물 이외에도 다량의 일산화탄소를 저감 시키는 효과가 있습니다. SCR과 요소수에 관한 자세한 내용은 아래를 참고하시기 바랍니다.

 

 

SCR 매연 저감 장치와 요소수 - 규격 및 보충 방법

 

SCR의 장점과 단점

 

장점

SCR은 연료를 추가로 분사하거나, 배기가스 재순환을 통한 축적물 등을 만들지 않는다는 장점이 있습니다. 때문에 연비 개선은 물론 엔진 내부를 오랫동안 깨끗하게 유지할 수 있는 등 가장 친환경적인 디젤 엔진 장치로 평가받습니다.

 

단점

SCR은 일정한 주행거리마다 주기적으로 촉매제 즉 요소수를 보충해야 하는 단점이 있습니다. 또한 차량에 요소수를 보관하기 위한 탱크가 추가로 필요하여 공간을 많이 차지하게 됩니다. 무엇보다 요소수의 가격이 비싸기 때문에 차량 유지비가 높아지는 단점이 있습니다.

 

광고

 

 

대기 환경 개선과 배기가스 저감장치

우리나라에서는 '대기관리권역의 대기환경개선에 관한 특별법'에 따라 디젤차의 배출 허용 기준을 관리하고 있습니다. 또한 유럽에서 시행 중인 유럽 배출가스 기준 등 세계적으로 대기 환경 개선을 위한 각고의 노력들을 하고 있습니다. 환경에 관한 이슈가 점점 더 큰 화두가 되는 요즘 시대, 자신의 차량이 어떠한 장치로 환경 관리기준을 맞추고 있는지 알고 있는 것도 환경 개선에 일조하는 첫걸음이 될 수 있습니다. 

 

배기가스 저감장치