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EURO 6와 배기가스 정화 기술
Busse News

EURO 6와 배기가스 정화 기술

08. Oct. 2015
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EURO 6와 배기가스 정화 기술

08. Oct. 2015
  

EURO 6와 배기가스 정화 기술   2015년 1월부터 국내 디젤 버스 및 트럭에 EURO 6 배기가스 배출기준을 적용하기 시작했다. 기존에 비해 강화된기준의 적용으로 시판 중인 차량, 특히 엔진에 변화가 있었다. 현대자동차는자사의 디젤 엔진에 요소수를 주입하는 SCR을 추가하였으며, 대우버스는디젤 엔진 라인업에서 중심이 되던 두산인프라코어 엔진을 완전히 배제하고 미국 Cummins와 이탈리아 FPT 엔진만을 사용한다. 앞서 2014년에EURO 6 배출기준이 적용된 CNG 엔진의 경우 현대자동차는요소수를 사용하지 않고 있으나, 대우버스가 사용하는 두산인프라코어 엔진은 요소수를 사용한다. 이와 같은 큰 변화를 가져온 EURO 6 배출기준은 무엇이며, 각 엔진은 새로운 배출 기준을 달성하기 위해 어떤 기술들을 적용하였는지 알아보도록 한다.

버스 제작 업체 엔진 EURO 5 대응 EURO 6 대응
현대 기아 파워텍, F, G, H EGR-DOC-DPF EGR-DOC-DPF-SCR
Q TWC(3원촉매)
대우 두산 DL, DV DOC-DPF-SCR 미개발
두산 GL TWC(3원촉매) SCR
Cummins ISB, ISL 사용 차량 없음 EGR-DOC-DPF-SCR
Cummins ISF DOC-DPF-SCR
Cummins ISM DOC-DPF-SCR 사용 차량 없음
FPT CURSOR 11 사용 차량 없음 DOC-DPF-SCR

[표1. 주요 버스 제작 업체의 EURO 5, 6 엔진 변화]    

그림1.png

[그림1. 유니버스 요소수 주입구]  

EURO 5 EURO 6 비고
엔진명 마력(PS) 토크(Kg·m) 배기량(ℓ) 엔진명 마력(PS) 토크(Kg·m) 배기량(ℓ)
MaxxForce3.2H 160 46 3.2 ISF3.8 E6 170 61 3.8 Cummins
ISF3.8 170 61 3.8
DL06K 270 90 6 ISB6.7 E6 280 100 6.7
DL08K 300 115 8 ISL9 E6 300 115 9
340 145 400 173
DV11K 400 173 11
430 193 Cursor11 420 193 11 FPT
ISM 440

[표2. 대우버스 엔진 라인업]   EURO 6 배출기준 EURO 6 배기가스 배출기준(이하 EURO6)은 EU 국가들이 채택하고 있는 유럽 표준 배기가스 배출기준으로, EU 밖의 다른 나라들도 대체로 이 EURO 기준과 비슷하거나 같은기준을 적용하고 있다. 유럽 국가들이 1992년 EURO 1을 시행한 이후 EURO 2, EURO 3와 같이 점차 기준을 강화해왔고, 2013년부터는EURO 6를 적용하고 있다. 기준은 크게 휘발유, 디젤 두 가지 기준이 존재하며, CNG 또는 LNG 차량은 휘발유 기준을 사용한다. 국내에서는 EURO 기준을시행 시기에만 차이를 두고 거의 동일하게 적용해오고 있다. 이번 EURO6에서 국내와 유럽의 유일한 차이는 CNG 차량의 질소산화물 배출 기준으로 EURO 6 원래 기준에서는 0.46g/kW이나, 국내 기준에서는 0.4g/kW로 높게 설정하고 있다.

Diesel (WHTC) CNG (WHTC)
CO 4.0 g/kWh CO 4.0 g/kWh
NOx 0.46 g/kWh NOx 0.40 g/kWh (유럽은 0.46)
HC 0.16 g/kWh HC NMHC, THC 0.14 g/kWh
NH3 10 ppm Blow-by Gas 0g/1 주행
PM 0.01 g/kWh CH4 0.5 g/kWh
Particle # 6×1011 #/kWh NH3 10 ppm

[표3. EURO 6 배출 기준표]    

표4.png

[표4. 디젤 EURO NOx,PM 기준 변화]    

 

배기가스 정화 기술 디젤 엔진은 EURO6의 높아진 기준을 충족하기 위해서, 대체로 EURO 5에서는경쟁 관계에 있던 기술인 SCR과 EGR을 상호보완 관계로사용하고 있다. 일부 엔진은 예외로 SCR 성능을 강화하여EGR 없이 기준을 달성하고 있기도 한다. SCR과 EGR을 모두 적용한 엔진은 요소수 소모량이 적다는 장점이 있는 반면, EGR 없이강화된 SCR을 적용한 엔진은 엔진의 내구력 저하가 없다는 점이 장점이다. CNG 엔진은 방식에 따라 EGR과 TWC를 함께 사용하거나 SCR만 사용한다. EURO 6에서 사용되는 주요 배기가스 정화 기술은 아래에 간단히 설명하였다.    

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[그림2. 디젤 EGR-DOC-DPF-SCR방식]      

 

그림3.png

[그림3. 디젤 DOC-DPF-SCR방식]      

 

그림4.png

[그림4. CNG EGR-TWC방식]      

 

그림5.png

[그림5. CNG SCR방식]

 

 

[동영상1. MAN 유로6]


[동영상2. Scania 유로6]  

 

SCR (Selective Catalytic Reduction) 선택적 촉매 환원. 광화학스모그나 오존 발생의 원인이 되는 질소산화물(NOx)을 저감하는 기술. 요소수(Urea)로 대표되는 기술이다. 요소수의 주성분인 암모니아(NH3)가 질소산화물과반응하여 질소(N2)와 물(H2O)이되는 기재다. 엔진의 내구성이나 출력에는 전혀 영향을 주지 않는 점이장점이나, 요소수의 주기적 보충이 필요하고 부족 시에는 출력 또는 속도가 제한된다. 요소수의 품질 관리 또한 중요한데, 낮은 품질의 요소수를 사용할경우 요소수 탱크 내부에서 결정을 형성하여 관련 부품의 내구성에 영향을 끼치기 때문이다.    

 

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[그림6. 우레아 충전기(사진: CJ대한통운)]      

 

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[그림7. SCR 개요도]    

 

EGR (Exhaust Gas Recirculation) 배기가스 재순환. SCR과마찬가지로 질소산화물을 저감하는 기술이나, 요소수 등의 첨가물을 사용하지 않는다. 배기가스의 일부를 냉각한 뒤 흡기와 혼합하여 다시 연소시킴으로써 질소산화물의 생성을 억제한다. 1차적으로 연소실 온도를 낮춤으로써 고온에서 발생하는 질소산화물의 생성을 억제하고, 2차적으로 재연소 되는 배기가스에 포함된 질소산화물이 원소간의 평형으로 인해 새로운 질소산화물의 생성을 억제한다. 요소수와 같은 첨가물을 사용하지 않으므로 관리가 편리하다는장점이 있다. 하지만, 배기가스를 재연소 시키기 때문에 엔진의출력저하가 발생하며, 탄소 등 연소실 내 잔여물질의 증가로 엔진 내구도가 쉽게 낮아지는 문제점이 있다.    

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[그림8. EGR 개요도]    

 

DOC (Diesel Oxidation Catalyst) 디젤 산화 촉매. 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC)는 물론, PM(ParticulateMatter)중 하나인 유기성 용해성분(SOF) 등의 배출을 줄이는 기술이다. 이산화황(SO2) 감소 효과도 있으나, 황산염(H2SO4)이 발생하게되어 PM의 증가를 야기하는 문제가 있어 DPF 등 보완기술이 필요하다.    

그림9.png

[그림9. DOC 개요도]    

 

DPF (Diesel Particulate Filter) 디젤 미세먼지 여과장치.배기가스에 포함된 PM과 그을음, DOC에서발생한 PM을 걸러내는 기술. ‘디젤 차량’하면 생각나는 검은 매연이 DPF를 통과하며 무색으로 변하게 된다. 걸러진 PM과 그을음은 여과장치 내에 쌓여있다가 특정 상황에서 고열의배기열에 의해 소거된다. 예전에는 엔진을 특정 상태로 동작하여 기능 재생 과정을 거쳐야 했으나, 최근에는 이와 같은 과정이 자연적으로 이루어지게 하여 장치의 교체나 특별한 유지관리는 필요하지 않다. 최근에는 장치의 여과기능을 강화하기 위해 SCR과 DPF가 통합된 형태도 등장하였다.    

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[그림10. DPF 개요도]    

 

TWC (3-Way catalytic Converter) 3원 촉매. 로듐(Rh),팔라듐(Pd), 백금(Pt)를 사용하여 일산화탄소, 탄화수소, 질소산화물을 이산화탄소,수증기, 질소 등으로 바꾸어주는 기술. 일반적으로휘발유 차량에 사용되는 매연저감장치로서 배기가스 성분이 유사한 CNG, LNG, LPG 엔진의 배기가스후처리 장치로도 사용된다.    

그림11.png

[그림11. 3원촉매 개요도]    

 

엔진 제조사별 적용 기술 현대자동차 EGR만으로 EURO 5에 대응하였던 현대자동차도 디젤 엔진에는EURO 6에는 SCR을 적용하였다. CNG 엔진인 Q-엔진은 EGR과TWC를 사용하여 EURO 6를 충족시키고 있다. F-170, G-225/280,H-310/325/390/430, Powertec 440(EGR – DOC – DPF - SCR) G-240CNG, Q-290/340CNG(EGR- 3-way catalytic Converter)    

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[그림12. Powertec 엔진 제원], [그림13. Q-CNG 엔진 제원]    

 

두산인프라코어 디젤 엔진에서 EURO6 대응을 포기한 두산인프라코어는 전세계적으로 유일하게 SCR을 적용한 CNG 엔진을 생산하고 있다. SCR을 적용하여 상당히 높은 수준의배기가스 후처리 능력을 보이나, 요소수를 사용한다는 점이 약점으로 작용하고 있다. GL08P, 11P(SCR)

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[그림14. GL11P 제원]    

 

Cummins 대우버스뿐 아니라 선롱버스를 통해 다양한 차량에 적용되고있던 Cummins 엔진은 EURO 6가 적용된 2015년부터 터줏대감 두산인프라코어 엔진을 밀어내고 대우버스 디젤 엔진의 기본 엔진으로 선택 받았다. ISL 9, ISB 6.7(EGR– DOC – DPF - SCR) ISF 3.8(DOC – DPF -SCR)    

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[그림15. ISL 9 제원], [그림16. ISF 3.8 제원]  

 

FPT Industrial FPT는 IVECO가 속한 CNH그룹의 파워트레인 제작업체. 국내 시장에는 주로IVECO 트럭에 사용하고 있으며, 버스에 사용하는 엔진은 Cursor 11 한가지로, 기존에 대우버스에서 사용하던 Cummins ISM 440마력 엔진의 자리를 대체하였다. 특징은 배기량11 ℓ의 대형 엔진임에도 EGR없이 SCR만을 사용하여 EURO 6를 만족시키고 있다는 점이다. Cursor 11(DOC – DPF- SCR)      

그림17.png

[그림17. Cursor 11 제원]

 

글 : 박일민(mustang8927@gmail.com)
편집 : 최원호
업데이트 : 2015년 6월 23일


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