경유자동차의 배출가스를 저감하기 위한 노력은 다방면에 걸쳐 진행되고 있습니다. 이런 노력들을 분류하면, 크게 나누어 엔진 개선(Engine Modification), 후처리기술(After-treatment) 개발, 연료개질화( Fuel Reformulation)으로 나눌 수 있습니다.
엔진 개선작업은 연소과정 자체를 변경시키는 것입니다. 하지만, 기술적 어려움은 경유엔진에서 배출되는 배기가스 중에 질소산화물과 PM(입자상물질)이 서로 상충되는 관계에 있다는 점입니다. 그래서 어떤 기술로 질소산화물을 줄이면 상대적으로 PM 은 증가하는 결과를 초래하는 일이 발생합니다. 예를 들어, 질소산화물을 줄이기 위해 연소 최고온도를 떨어뜨리게 되면, 이것은 soot의 산화반응을 방해하여 결과적으로 PM의 배출을 증가시킵니다. 이것을 경유엔진에 있어서의 NOx-PM Trade-Off라고 합니다.
엔진 개선작업은 이외에도 연료소모도 고려해야 합니다. 또한 시스템이 복잡하게 되고 원가가 상승하게 되는 점도 고려해야 합니다. 예를 들어, 연료분사 시스템을 개선하는 것은 우리나라에도 소개된 커먼레일(Common Rail)기술을 적용하는 것인데 여기에는 고압연료 시스템이 사용되는 것으로 훨씬 더 많은 신뢰성시험이 요구되고 있습니다. 또한, 연소실 개선 기술에는 2밸브에서 4밸브 연소실로의 개조, 연료가 분사되는 영역인 피스톤 보울(Bowl) 형상 개선, 엔진 운전에 따른 흡입공기과 연료 분사 패턴의 변경 등이 포함될 수 있습니다. 아래 표에 유해 배출가스를 줄이기 위한 엔진 개선작업의 종류를 소개합니다.
엔진 개선작업은 연소과정 자체를 변경시키는 것입니다. 하지만, 기술적 어려움은 경유엔진에서 배출되는 배기가스 중에 질소산화물과 PM(입자상물질)이 서로 상충되는 관계에 있다는 점입니다. 그래서 어떤 기술로 질소산화물을 줄이면 상대적으로 PM 은 증가하는 결과를 초래하는 일이 발생합니다. 예를 들어, 질소산화물을 줄이기 위해 연소 최고온도를 떨어뜨리게 되면, 이것은 soot의 산화반응을 방해하여 결과적으로 PM의 배출을 증가시킵니다. 이것을 경유엔진에 있어서의 NOx-PM Trade-Off라고 합니다.
엔진 개선작업은 이외에도 연료소모도 고려해야 합니다. 또한 시스템이 복잡하게 되고 원가가 상승하게 되는 점도 고려해야 합니다. 예를 들어, 연료분사 시스템을 개선하는 것은 우리나라에도 소개된 커먼레일(Common Rail)기술을 적용하는 것인데 여기에는 고압연료 시스템이 사용되는 것으로 훨씬 더 많은 신뢰성시험이 요구되고 있습니다. 또한, 연소실 개선 기술에는 2밸브에서 4밸브 연소실로의 개조, 연료가 분사되는 영역인 피스톤 보울(Bowl) 형상 개선, 엔진 운전에 따른 흡입공기과 연료 분사 패턴의 변경 등이 포함될 수 있습니다. 아래 표에 유해 배출가스를 줄이기 위한 엔진 개선작업의 종류를 소개합니다.
|
엔진 기술 |
NOx저감 예상율 |
PM저감 예상율 |
기술적 문제 |
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연소실 변경 |
10% |
10% |
* 연료/공기 혼합 최적화 |
|
EGR증대 |
5 ~ 15% |
증가 |
* 연소 불안정, |
|
연료 분사 시스템 개선 |
(-5) ~ 0% |
20% |
* 원가 상승, |
|
흡입공기 냉각 |
0 ~ 5% |
? |
* 원가 상승 |
|
Total |
10 ~ 25% |
25 ~ 35% |
* NOx-PM Trade-Off최적화 |
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Homogeneous Charge Compression Ignition (HCCI) |
65 ~70% |
60 ~ 95% |
* 엔진 운전의 전영역(회전,부하)의 |
HCCI는 NOx-PM Trade-Off를 끊는 기술로 관심을 받고 있는 기술인데, 연료와 공기가 연소실 내로 흡입되기 전에 완전하게 혼합되게 하기 위하여, 실린더 외부인 흡입통로에 연료를 분사하는 시스템으로, 완전혼합으로 연료과농영역을 줄여 PM의 생성을 저감하며, 연소실 내에서의 압축과정 중에 여러 지점에서 동시에 다중 자발 점화하는 방식으로 연소최고온도를 낮추어서 NOx의 생성도 줄이고자 하는 기술입니다.
