촉매를 이용한 자동차 배출가스 저간

목차

촉매를 이용한 자동차 배출가스 저간

1. 삼원촉매(Three Way Catalyst; TWC)
시스템 및 작동원리
촉매특성
삼원촉매기술의 고려사항
2. 예열촉매(Pre-heat Catalyst)
연소제어
촉매예열방식
3. NOx 촉매
3.1 NO 환원촉매
3.2 Lean NOx 촉매
3.3 NOx Trap
3.4 SCR 시스템
Urea SCR 촉매

SCR 시스템 적용을 위한 주요고려사항

본문내용

가솔린엔진의 경우 CO, HC, NOx를 동시에 저감시키는 “삼원촉매기술”이 현재 사용되고 있으나 더욱 엄격하여진 미국의 ULEV 규제를 만족하기에 어려움이 있어 단기적인 과도기기술로 “예열촉매기술”이 채용될 전망이나 장기적으로는 희박연소식엔진에 “Lean NOx 촉매”를 채용할 전망이다. 디젤엔진의 경우 입자상물질(PM)과 NOx 배출이 많아 이의 저감기술이 우선적으로 필요하며, PM 대책으로 매연여과장치(DPF Trap)가 연구되고 있으며 NOx는 가솔린의 경우와 마찬가지로 Lean NOx 촉매가 개발되면 채용될 전망이다.

1. 삼원촉매(Three Way Catalyst; TWC)
시스템 및 작동원리
CO와 HC를 산화반응으로 저감시키는 산화촉매(oxidation catalyst)가 초기에 사용되었으나 현재는 NOx까지 동시에 80%이상 저감시키는 삼원촉매가 사용되고 있다.














그림4.1 삼원촉매 전환효율

공연비가 희박한 영역에서는 CO와 HC 저감율은 90% 이상이나 반면 NOx 저감율은 급격하게 저하한다. 한편 공연비가 농후한 영역에서는 NOx 저감율은 90%수준이나 CO와 HC 저감율은 낮아짐을 알 수 있다. 즉 삼원촉매는 λ>1과 λ<1영역에서 CO, HC와 NOx 저감성능이 서로 반대되며 이들 3성분을 동시에 저감시키기 위해서는 엔진에 공급되는 공기연료비가 이론공연비(stoichiometric)로 공급하여야 함을 알 수 있다. 실제는 이론공연비를 중심으로 삼원촉매의 전환효율이 유지되는 공연비폭(window)이 존재함을 알 수 있으며 이 폭은 상당히 좁아 공기과잉율(λ)로는 0.01 (λ=1.0±0.005)이며, A/F로 약 0.14 (A/F=14.48∼14.62) 범위이다. 자동차 운전여건은 가감속(transient)운전이 많으며 정속(steady)일 경우도 속도와 부하조건이 폭넓게 변하기 때문에 엔진작동 상태는 매우 까다로운 여건이며, 이와 같은 운전 상태에서도 공연비를 항상 삼원촉매 전환효율폭 이내로 맞추기는 쉽지가 않다.

참고 자료

없음