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EGR vs SCR (유로4 엔진 비교)
Busse News

EGR vs SCR (유로4 엔진 비교)

26. May. 2008
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EGR vs SCR (유로4 엔진 비교)

26. May. 2008
  

EGR vs SCR

글 : 버스라이프
등록일 : 2008년 05월 26일

 2008년 Euro 4 배기가스 규제가 시행되면서 버스 엔진부분에서는 많은 변화가  있었다. 상용차에서 Euro 4 기술을 핵심적으로 보여주는 예가 EGR, SCR 이란 용어인데  각각 방식이 어떻게 다르고 어떠한 장단점이 있는지 살펴보도록 하겠다.EGR과 SCR은 가장 핵심적인 부분이며 상당히 다른 방식이라서 전체 버스시장에  미치는 영향이 크며 제작사별로 적용하는 방식도 다르기 때문에 판매량 및 매출에도  많은 영향을 끼칠 것으로 보인다.이번 컨텐츠에서는 Euro 4의 핵심기술인 EGR과 SCR에 대한 개념정리부터 장단점을  비교하고 실제 국내에서는 어떻게 적용되고 있는지 설명하며 Euro 5 적용에 대한  예상까지 해볼 것이다. 1. EGR (Exhaust gas recirculation)EGR 시스템은 말그대로 풀이하면 “배기가스 재순환 방식”이라고 할 수 있겠다.  EGR은 NOx(질소산화물)을 줄이기 위한 대책으로 개발되었으며 엔진에서 연소된 배기가스의  일부를 다시 흡기쪽으로 순환시킨 후 엔진으로 공급해 재연소시키는 방법으로 NOx의  배출량을 감소시킨다. 이미 가솔린엔진에서는 오래전부터 사용을 했었는데 대형상용차에서는  최근 배기가스규제가 강화되면서 적용되기 시작하였다. 엔진에서 배출되는 배기가스중에는 산소가 거의 포함되어 있지 않은데 이중의  일부를 다시 흡기쪽으로 순환시키면 엔진으로 흡입되는 산소의 농도가 낮아지게 된다.  대기보다 산소의 농도가 낮아짐으로 인해서 더 낮은 온도에서 연소가 일어나게 되며  그로 인하여 높은 온도에서 연소가 일어날때보다 NOx의 발생량이 감소하게 된다.  또한 낮은 온도에서 연소가 가능하게 되어 열발생량이 적어 연비향상에도 조금은  기여하는 것으로 연구되고 있다.하지만 배기가스를 재순환하는 과정에서 뜨거운 배기가스를 냉각시켜야 하므로  열교환기가 필요하며 여기서 발생된 열을 냉각시켜야 하므로 냉각용량 증대가 불가피하다.

EGR 작동원리 순서1. 엔진시동2. 흡기쪽으로 공기가 들어온다.3. 터보차저 통과4. EGR 체크밸브 (재순환가스와  혼합/터보차저 과부하시 역류방지를 위해 EGR체크밸브 작동)5. 엔진 연소6. 엔진에서 연소된 가스 배기7. 배출되는 가스중의 일부를  순환, 일부는 배출(9번으로 이동)8.  순환중인 배기가스 냉각 (Cool EGR-열교환기 사용)4.  4번 과정으로 재순환9. 매연저감을 위해 DPF 통과10. 배기가스 대기중으로 방출 위 순서도와 도면을 보면 EGR이 어떻게 작동되는지 이해할 수 있을 것이다. EGR 간단 요약- 엔진에서 NOx를 줄이고 후처리장치를 통해 매연(PM)을 줄이는 방법 장점- 엔진구조를 크게 바꾸지 않고 적용할 수 있음.- 연료 이외에 다른 첨가물을 주유할 필요가 없음.- 낮은 정비비용 단점- EGR 작동시 낮은 온도에서의 연소로 인한 연소효율 감소로 연비가 나빠짐.- 매연(PM:Particulate Matter)을 처리하기 위한 후처리장치(예:DPF) 추가 필요.- 배기가스를 재순환하는 과정에서 열처리를 해야하므로 냉각용량 증대 및 EGR  열교환기가 필요하며 지속적으로 발생되는 열을 처리해야하는 부담이 있음.- Euro 3 엔진대비 엔진오일 교환주기가 빨라짐.- Euro 5 대응이 어려움.- Euro 3 엔진대비 연비개선 효과가 작음.2. SCR (Selective catalytic reduction)SCR을 단어 그대로 풀이하면 “선택적 촉매에 의한 감소”가 되는데 EGR과는 다르게  촉매반응을 통해 배기가스중의 NOx를 저감시키는 방식이다. EGR은 엔진에서 NOx를  저감하고 매연을 후처리장치를 통해서 저감시켰는데 SCR은 엔진에서 매연을 저감시키고  촉매장치를 통해서 NOx를 저감시키는 점에서 큰 차이가 있다.SCR방식에서는 Urea(요소수)를 사용하는데 요소수는 암모니아(NH3)로 치환되어  엔진에서 배출되는 질소산화물과 반응하여 질소와 물을 배출한다.(NO +NO2 + 2NH3  -> 2N2 + H2O) 엔진으로 흡입되는 많은 량의 산소와 높은 온도, 높은 발화점의 조건이 유지되면  완전연소에 가깝게 연소가 되기 때문에 배기가스중의 매연비율이 상당히 낮아진다.  또한 완전연소로 인한 출력증대 및 연비가 좋아지는 장점도 부가적으로 따른다. 반면  매연이 줄어든 배기가스에는 질소산화물(NOx)가 많아지는데 이것을 처리하기 위해  Urea 요소수를 사용하여 무해한 질소와 물을 만들어내게 되는 것이다.

SCR 작동원리 순서1. 엔진시동2. 흡기쪽으로 공기가 들어온다.3. 터보차저 통과4. 엔진 연소(완전연소를 위해  산소(고농도), 높은 발화점 유지)5. 엔진에서 연소된 가스 배기6. 배기가스중 질소산화물  NO, NO2로 치환7. SCR Dosing system을 통해  미립자로 분리된 암모니아(NH3) 주입8. 축매반응에 의해 N2와 물(H20)  배출 SCR 간단요약- 선택적 촉매장치를 이용하여 배기가스중 질소산화물을 질소와 물로 분리하는  방식 SCR 장점- Euro 3 엔진대비 5% 이상 연비가 좋아짐.- Euro 5까지 쉽게 대응 가능. SCR 단점- EGR에 비해 장치가 비싸다.- 연료이외에 별도의 요소수(Urea, 대표적인 상품:AdBlue)를 주입해야 함.- EGR 대비 SCR장치를 위한 더 많은 공간이 필요함.- 요소수가 없는 경우 엔진출력이 제어됨. 3. 국내 적용 현황국내에서는 현대.기아자동차 파워텍엔진이 EGR방식을 채택하고 있고 대우버스  DL, DV엔진이 SCR방식, 커민스엔진이 EGR방식을 채택하고 있다.새로운 디자인의 버스를 출시한 탓도 있지만 3사 모두 유로3엔진이 장착된 차량  보다 판매가격이 많이 올랐으며 엔진부분만 보더라도 약 1천만원 정도의 가격상승효과가  있다.새로운 디자인의 버스, Euro 3보다 더 개선된 엔진의 출시를 통해 기존 Euro 3엔진  대비 연비가 5~10%정도 개선되었다고 홍보하고 있다.각 제작사에서 발표하는 연비데이터가 테스트 조건 및 차량에 따라 다르므로 객관적으로  제시할 수 없어서 여기서 공개할 수는 없을 것 같다. (연비자료가 궁금하신 분을  개별적으로 버스매니아 닷 컴으로 문의를 해주면 알려드리겠습니다.)연비데이터는 제외하고 3사에서 주장하는 자사 차량에 대한 홍보내용을 정리해보도록  하겠다. 순서는 업체명 가나다 순.- 기아자동차 : 현대와 동일하게 파워텍엔진을 장착하고 있지만 현대 유니버스  대비 그랜버드 차체 무게가 더 가벼워 동급 차량에서 연비가 더 잘 나온다. -  대우버스 : 연비만큼은 정말 자신있다. 기존 Euro 3 엔진대비 연비개선 효과가 크다.  실제 테스트 주행을 통해서도 연비에 대한 자신감이 생겼다. - 현대자동차 : Euro  4 EGR 시스템을 준비하면서 연비부분에 신경을 많이 썼다. 연료절약형 연료필터 및  전자식 팬클러치 등 연비 개선에 도움이 되도록 엔진을 최적화 시켰다.최근 유가 급등과 차량가격 상승으로 인해 모든 관심이 연비로 집중되면서 3사  모두 연비부분에 있어서 자사의 버스가 우월하다고 표방하고 있다.마음같아선 3사의 차량을 모두 준비하여 버스매니아 닷 컴에서 동일한 조건으로  객관적인 테스트를 진행하고 싶으나 여견이 안되는 관계로...... 나중에 기회가 된다면  객관적인 연비자료를 준비해 보도록 하겠습니다.4. 국내 시장 전망2008년 Euro 4 배기가스규제가 시행되었지만 이제 곧 Euro 5를 준비해야 한다.  이미 유럽지역에서는 Euro 5가 적용되고 있다.MAN, SCANIA社가 Euro 5가 적용된 EGR과 SCR 방식의 엔진을 선보였고 DAF, 벤츠,  IVECO, 르노, VOLVO社는 SCR방식의 엔진만 선보이고 있다.국내 업체들은 어떤 행보를 보일 것인가?EGR방식으로 Euro 5까지 가기에는 어려움이 많이 따를 것으로 보인다. 현대자동차가  EGR로 끝까지 Euro 5로 갈지 SCR방식으로 변경될지는 좀 더 지켜봐야 할 것이며 치열한  연비싸움에서 누가 승자가 되는지 지켜보는 것도 재미있을 것 같다.문제는 국내 인프라 구축인데, 아직 국내에 Urea 보급 인프라가 제대로 구축되지  않았기 때문에 차량 구입시 고민되는 부분이다. Urea 소모량이 경유 소모량의 5%  이하여서 주유시마다 매번 Urea를 주유할 필요는 없다. 또한 응급상황을 위해서 작은  용기(5리터, 10리터)에 Urea를 가지고 다닐 수도 있다. 경유 400ℓ에 Urea는 16ℓ정도만  있으면 된다. 많은량이 소모되는 것이 아니기 때문에 소량, 휴대용으로 차량에 보관하면  응급상황에서 사용 가능하다.또한 Urea가 없어도 차량출력만 제어되기 때문에 급가속만 안될뿐 운행하는 데에는  큰 지장이 없을 것이다.그렇다고 해도 하루빨리 국내 Urea 보급관련 인프라를 구축해야 할 것이며 Urea  가격을 조정해줘야 할 것이다.

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