EHC를 이용한 Urea-SCR 후처리 시스템이 NOx 저감에 미치는 영향에 대한 실험적 연구
저자
이상호(Sangho Lee) ; 이경복(Kyoungbok Lee) ; 원장혁(Janghyeok Won) ; 이종인(Jongin Lee) ; 오광철(Kwangchul Oh)
발행기관
학술지명
권호사항
발행연도
2021
작성언어
Korean
주제어
자료형태
학술저널
수록면
118-119(2쪽)
제공처
현재 국내 · 외 건설기계 및 농기계 제조사는 유럽의 Stage V 배기규제를 만족시킬 수 있는 후처리 장치 및 시스템의 개발을 완료하여 130~560kW급 건설기계/농기계 기준 NOx 배출량 0.4 g/kWh, PM 배출량 0.025 g/kWh 이하의 배출가스 수준을 만족하고 있으나, 향후 적용될 배기규제에서는 배출가스에 대한 더욱 엄격한 규제가 이루어질 것으로 예상된다. 따라서 유럽의 Post Stage V 및 미국의 Tier 5 배기규제를 대응할 수 있도록 해외기술 수준과 동등이상의 후처리 시스템 기술력을 확보할 필요가 있다.
일반 자동차에 비해 수요가 적으며, 사용 환경 및 운전 조건이 매우 다양한 건설기계/농기계의 특성에 따라 여러 환경에 적합한 패키징 설계가 필요하고, 제어의 편의성 및 적용의 용이성이 중요한 요소이다. 본 연구에서는 건설기계/농기계의 인증 운전 모드인 NRTC 운전 조건을 설정, 작성된 시험 모드를 이용하여 엔진 동력계 상에서 시험을 수행하였다. 시험 대상 엔진은 110PS, 중형 지게차용 엔진으로 Tire 4 규제를 만족하는 후처리 장치(DOC+SCR)가 구성되어 있다. 대상 엔진에 기존 SCR 장치를 이용하여 엔진시스템 초기 배기성능을 확인하였고 SCR 장치의 강화 및 환원제 doing량의 변화를 위해 개발된 SCR doing 시스템을 구성하였다. 본 연구에서는 상기 후처리 시스템에 개발 EHC를 부착하여 배출가스를 측정, 비교 및 분석을 수행하여 NOx 저감에 개발 EHC가 미치는 영향을 파악하고자 하였다.
본 연구에 사용된 대상 엔진은 4기통 커먼레일 디젤 엔진이며 Urea-SCR 시스템과 DOC, DPF 등 후처리 장치를 설치하였다. 기존 후처리 장치 구성에서 DOC 전단, DPF와 SCR 사이에 각각 EHC를 연결할 수 있도록 탈착 용이성을 고려하여 시험장치를 구성하였다.
시험 모드는 대상 차량인 건설기계/농기계 평가 모드인 NRTC 모드가 사용되었으며, 엔진 및 후처리 장치가 냉각된 상태인 Cold NRTC 시험 후 20분 정도 소킹한 뒤 Hot NRTC 시험을 수행하였다. 모드 시험에 앞서 대상 엔진의 Cold/Hot 조건에 따른 배기 온도를 측정하여 EHC가 적용되어 NOx 저감률을 향상시킬 수 있는 저온 영역을 확인하였다. NOx 배출량은 Hot NRTC 측정치의 90%와 Cold NRTC 측정치의 10%를 합산하여 배출량을 계산하였으며 0.35g/kWh 이하의 배출량을 목표로 정하였다. EHC 사용했을 때 SCR 입구 온도를 기준으로 약 2분 정도의 가열 시간을 앞당길 수 있었으며, 이와 같이 동일 시간 대비 온도 상승으로 인해 NOx의 배출량에도 차이를 보였다. EHC를 사용하여 승온 시켰을 때 Cold/Hot 조건 모두 NOx가 감소하는 경향을 확인하였으며, 특히 Cold NRTC에서 NOx 배출량의 차이가 크게 발생하였다. EHC를 사용했을 때의 최종 NOx 배출량은 0.346g/kWh로 측정되어 1차년도 목표 배출량을 달성할 수 있었다.
〈그림 본문 참조〉
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