노점(Dew Point)이란 무엇인가?

우리는 기온 차가 심한 봄이나 가을 새벽녘에 거미줄이나 풀잎에 맺혀있는 이슬을 쉽게 볼 수 있습니다. 기온 차가 심한 날 ,기온이 높은 낮에 대기중에 떠다니던 수분 입자들이 기온이 낮아지는 저녁이 되면 서로 밀착 되여 이슬로 맺히게 되는 것을 보게 되는데, 이렇게 이슬이 맺힐 때 온도를  ‘노점’ 이라고 합니다.

노점이란 이슬점이라고도 하며, 수증기가 이슬(dew)이나 서리(frost)로 응축되도록 공기를 냉각하는 온도를 의미합니다. 어느 온도에서나 공기가 수용할 수 있는 최대량의 수증기가 있으며, 이 최대량을 포화수증기압(water vapor saturation pressure)이라 합니다. 이를 넘어선 더 많은 수증기를 첨가한 경우, 응축(condensation)이 발생하게 됩니다.

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 즉, 노점(dew point temperature)이란 수증기를 포함하는 공기를 냉각했을 때, 응결이 시작되는 온도이며, 흔히 노점온도라고 불립니다. 또한 0 ℃ 이하의 노점은, 상점이라고 불립니다. 응결한 물이 더욱 응고할 것인지, 수증기로 남을 것인지의 기로에서 얼음으로 변화되는 온도, 즉 서리가 생기는 온도이기 때문입니다. 0 ℃ 이상에서는 노점이라 불립니다.

단위 표기는 노점의 경우 ℃dp, 상점은 ℃fp로 쓰입니다. 노점, 상점 모두 ℃dp로 쓰일때도 있습니다

노점은 왜 측정하며, 수분이 발생시키는 문제는 무엇인가?

압축 공기의 응축은 파이프 막음, 기계 고장, 오염발생(contamination) 그리고 동결(freezing)을 유발하기에 문제가 됩니다.

노점 온도는 어떻게 사용되나?

우리가 일반적으로 알고 있는 온도는 일반 온도계에서 표시 되는 온도를 말합니다.
’20℃ 이상이면 더워진다.’ ‘10℃이하이면 추워진다.’
‘물은 0℃에서 얼기 시작한다.’ ‘물은 100℃에서 끓기 시작한다.’ 등은 온도계의 온도를 말하는 것입니다.

하지만, 노점 온도는 일반적으로 알고 있는 온도와는 다릅니다.
실린더 안의 가스나, 에어드라이에서 나오는 공기의 노점 온도를  노점계로 측정하게 되면 – 20℃, - 40℃, - 76℃ 등의 수치를 나타내게 되는데, 이것은 이 공기나 가스의 현재 온도를 말하는 것이 아니라 ,여기에  포함되어 있는 수분이 이 온도가 되면  결로, 즉 이슬이 맺히는  온도다 라고 이해 하셔야 합니다.

예를 들어. 실린더의 노점온도가  -76℃ 였다면 실린더 안에 수분 입자들은 –76℃ 이하의 온도에서 응결되기
시작하는 ‘이슬 맺힘 현상’이 시작된다는 뜻입니다. 에어 드라이어에서 나오는 공기의 노점 온도가 –50℃였다면 에어 드라이어 안의 수분 입자들은  –50℃ 이하의 온도에서 응결되기 시작하여 이슬처럼 맺히기 시작한다는 뜻입니다. 물론 압력의 영향을 받기 때문에 현재 압력 하의 노점이라고 보시면 됩니다.

 

노점계란 무엇인가?

노점계란 ‘기체 내에 포함되어 있는 수분의 양을 측정하는 계측기’ 입니다. 또한 노점계 이외에 수분 분석기(Moisture Analyzer),  Hygrometer, Dew point meter 등 국내에서는 많은 이름으로 불리어 지고 있으며 이 모두가 기체속의 수분의 함량을 측정 하는 계측기를 의미 합니다. 

수분 함량을 표시하는 단위는 ‘℃ D/P’ 이외에도 ℉ D/P ,ppm(v), ppb(v), ppm(w), g/m3 & lb/ MMSCF 등을 사용하고 있으나 국내에서는 ℃ D/P, ppm(v) 단위를 가장 많이 사용하고 있습니다.

ppm은 1/10-6  이며, ppb는 1/10-9  크기의 단위 입니다. 아주 극소량의 수분량을 표시 하는 단위 입니다.
수분 농도 1% 는 10,000 ppm 이며,  ppb단위로 환산하면 10,000,000ppb 입니다.

노점계는 어떤 종류가 있나?

1. 정전 용량식 노점계 (고분자박막, 산화 알루미늄)
:센서에 흡착된 수분으로 인한 유전율 변화로 노점을 측정하는 방법

2. 냉각거울 노점계
:거울에 이슬이 형성되어 빛의 산란으로 노점을 측정하는 방법

기업개요

독일 뮌헨에 본사를 두고 있는 크노르브레이크는 1905년 설립되어 세계26개국에 100여개의 현지법인을 두고 있는 다국적 기업 입니다.

철도차량 브레이크를 세계최초로 제작하였으며 현재는 DOOR, H/VAC등 철도차량 부품 및 상용차량 부품을 전 세계 시장에 공급하고 있습니다.

한국에서의 비즈니스는 KNORR BREMSE의 100% 투자기업인 한국크노르 브레이크를 통해서 이루어지고 있고 1994년 현지법인으로 설립되었습니다. 주요 고객사로는 현대로템, 철도공사, 지하철공사, 상용차 OEM 등이 있습니다.

상용차 부문을 좀 더 알아보자!

홍콩에 위치한 크노르브렘제 아태지역 본사는 한국크노르브레이크 상용차량 시스템부서의 사업을 지원하고 있습니다. 한국에서의 영업, 마케팅, 응용기술, 고객 서비스를 제공하고 있으며, 고객 담당 엔지니어와 함께 국내 기술 자문 서비스를 총괄하고 있습니다. 상용차의 ABS 어플리케이션 마켓쉐어 1위 기업으로 위치하고 있습니다.

크노르 브레이크의 AEBS

한국크노르브레이크는 현대·기아자동차의 대형 상용차용 긴급제동시스템(Advanced Emergency Braking System, AEBS)을 공급하고 있으며 현대차 유니버스, 기아차 그랜버드 모델에 긴급제동시스템이 대표적입니다.

긴급제동시스템은 주행 중 차선 전방 차량과의 충돌상황을 감지하여 자동으로 제동하는 첨단안전장치인데, 유럽에서는 2013년부터 8톤 이상 차량에 장착이 의무화되어 있으며, 국내에서도 2017년부터 대형차량에 의무화가 진행되었습니다.

차량이 15km~125km 속도로 주행 시 ▲시·청각 경고 ▲부분 브레이크 ▲긴급브레이크 등 총 3단계의 경고 동작을 통해 작동하며, 장비에 장착된 센서에 의해 제어됩니다.

브레이크 관련 제품

바퀴 잠김 방지 장치 (ABS)는 제동시에 바퀴의 잠김을 막아주고, 브레이크 제어 시스템 (TCS)은 가속시 바퀴가 공전하지 않도록 합니다.

전자식 브레이크 시스템 (EBS)은 기본 기능인 브레이크 조종, ABS, 그리고 TCS를 하나의 전자 시스템으로 통합하는 역할을 합니다. 전자 제어의 장점은 짧은 반응시간과 제동거리라고 할 수 있습니다.
전자식 브레이크 시스템 (EBS)은 마모 제어, 내리막길 속도 조절, 그리고 트레일러를 단 차량을 제동할 때 트레일러의 제동능력을 차량의 제동능력에 맞게 최적으로 조절해 주는 연결력 조절 (CFC)과 같은 추가 기능을 또한 갖추고 있습니다.

전자수평제어장치 (ELC)는 전자 제어를 이용해 공압완충장치를 가진 차량의 주요 기능인 수평제어, 수평조정과 차축 리프팅 기능을 담당합니다. 차량의 높낮이 조절에 사용될 수 있습니다.

그외 제품

브레이크 관련 제품 외에도 전자식EGR 밸브, 지능형 유압 조향 보조 장치 등 상용차에 적용되는 다양한 부품을 개발 판매하고 있습니다.

품질 문제가 발생하면, 고객사에 8D를 요청하는 경우가 있습니다. 물론 품질팀에 8D를 요청하여 대응하는 프로세스로 이루어지지만 기본적인 개념은 알고 있어야 고객사 클레임에 스무스하게 대응할 수 있습니다. 

8D란?

8 Discipline Report의 약자로 품질 문제가 있을 때, 고객사에서 SCAR (Supplier Corrective Action Request)를 발행하면, 해당 업체에서는 시정조치 및 재발방지책을 작성하게 됩니다. 이때 사용되는 양식을 일컬어 8D (8 Discipline ,8 단계보고서)라고 합니다.

8D가 시작된 배경은?

2차 세계대전 중 미국에서 'Military Standard 1520(불량품에 대한 수정조치 및 처분시스템)'라고 불리는 프로세스를 도입하였다고 합니다. 그리고 포드자동차에서 1987년 "Team Oriented Problem Solving"라고 불리는 메뉴얼을 처음으로 문서화했다고 알려져 있습니다.

고객사에서 최초 연락을 받은날로 부터 24 hrs 내로 4D (최초 4단계)를 제출하고, sample을 받고 영업일 기준 7일y 내에 8D 를 제출하는 것이 일반적입니다. 긴급건에 대해서는 더욱 빠른 대응을 하기도 합니다. 

8D는 제조사별로 상의 할 수 있습니다만, 일반적으로 Global 8D, Ford 8D, TOPS 8D 등으로 알려져 있고, 아래의 단계를 거치게 됩니다. 

1. 팀구성(Use of Team approach)

고객으로부터 부적합이 발생 통보가 오면 팀을 형성하게 됩니다. 팀 형성은 해당기업의 구성원으로 할 수도 있고,관계되는 여러회사가 모여서 팀 구성원으로 할 수도 있습니다.

2. 문제의 정의(Problem description)

팀이 형성되면 부적합에 대하여 문제정의를 합니다. 이 때는 4W2H(육하원칙)에 의해서 정리하는 것이 좋습니다.

WHAT -  어떠한 부적합이

WHERE - 어디에서 (입고검사, LINE, 시장)

WHEN -  언제 

WHO -   어느 고객사

HOW -   문제 현상의 상세

HOW MANY - 얼마나 많이

3. 임시 조치(Containment action)

트러블로인해 고객에 불편을 끼치면 안되기에 임시적으로 부적합품이 발생하지 않도록 가장 빠른 조치를 취합니다. 한 부적합 관련 모델/로트가 언제 얼만큼 생산되었는지 정리 합니다.

​4. 근본원인 규명(Define root cause)

여러 사람의 의견을 바탕으로 2번 항목에서 정의 된 문제의 근본 원인을 규명합니다. 

5. 대책안 적합성 확인(Define methods to verify effectiveness of corrective action)

근본원인이 규명되면 이에 대한 해결책을 찾아야 합니다. 이 단계에서는 해결책으로 뽑은 조치사항이 적합한지 여부를 대책안을 명확히 하기 전에 검증하는 단계입니다. 

6. 영구 수정 조치(Permanent corrective action)

유효한 대책안이 검증된 이후에 해당 공정 및 프로세스에 대책안을 적용하고 실행하는 단계입니다. 

7. 재발 방지(Prevent recurrence)

재발 방지를 위한 예방관리를 실시하고, 유사한 프로세스 및 공정을 살펴보고 수평전개가 가능한 부분에는 적용을 합니다. 

8. 성과 평가 및 격려 (Approval)

진행한 활동을 공식적으로 마무리하고, 문제를 해결한 것에 대해 서로 축하 및 격려를 실시합니다. 

◎일반적인 불량 문제 대응의 방식과 어떤 차이가 있을까요?

아래와 같은 차이점을 볼 수 있습니다. 

문제나 트러블이 발생하지 않는 것이 최선이지만, 발생한 문제에 대해서는 재발을 방지하는 8D에 대해서 간략히 살펴 보았습니다. 

지난 시간까지 연료가 연소되기 위해 필요한 공기가 어떻게 흡입되는지, 연소된 후 배기가스가 어떻게 처리되어 차 밖으로 배출되는지 알아 보았습니다. 이번 글에서는 주유된 연료(Diesel)가 어떻게 연소실에 도착하게 되는지 정리해 보려고 합니다.

□ 연료 이동 경로(3세대 커먼레일 시스템 기준) 

 주유된 디젤(Diesel)이 실린더에 전달되기까지의 경로는 시스템에 따라 약간의 차이가 있습니다. 최근에는 커먼레일을 바탕으로한 CRDI(Common Rail Direct Injection)엔진이 주류를 이루고 있기에 커먼레일엔진을 기준으로 연료의 흐름에 대해 알아 보도록 하겠습니다. 

그런데 커먼레일이 무엇일까요? Common Rail이란 고압으로 연료를 저장하는 레일로 여러개의 인젝터와 공용으로 연결되어 있습니다. 아래의 그림과 같이 둥근 기둥과 같은 모양을 하고 있습니다. 

본론으로 돌아가서 연료흐름에 대해 얘기해 보도록 하겠습니다. 연료탱크에 저장되어 있는 연료는 아래 그림과 같이 먼저 저압펌프의 힘으로 연료필터를 통과하여 고압펌프로 전해지게 됩니다. 그리고 고압펌프에서 압력을 높여 커먼레일으로 보내지고 커먼레일에 고압으로 저장되어 있던 연료는 인젝터를 통해 실린더로 주입되고 됩니다. 

1. 연료를 일정 압력이하로 보관하는 연료탱크 

주유소에서 주유를 하게 되면 1차적으로 연료가 보관되는 곳이 연료탱크입니다. 연료가 보관되는 장소이기에 부식에 강한 재질로 만들어지게 되며, 과도한 압력을 방지하기 위해 플러그와 안전밸브가 설치되어 있습니다. 또한 연료의 양을 확인할 수 있게하는 연료레벨 센서도 있습니다. 

2. 저압연료펌프 

연료탱크에 보관된 연료를 연료필터를 거쳐 고압펌프까지 보내기 위해서 필요한 장치가 저압펌프입니다. 저압펌프는 구동방식에 따라 기계식과 전기식으로 나눌 수 있습니다. 많은 차량에 전기모터를 기반으로한 전기식 저압펌프가 장착되어 있으며,  전기식 저압펌프가 어떻게 그리고 어느정도의 유량을 이송시키는지 잘 알수 있는 영상이 있어 아래의 링크에 남깁니다. 

youtu.be/0_qbqC9z-BY

3. 이물질과 수분을 필터링하는 연료필터

연료필터에서는 이물질과 수분을 제거하는 기능이 주역할입니다. 그리고 연료필터와 함께 연료가열장치 및 수분감지센서도 장착되어 있습니다. 연료가열장치는 기온이 낮을 때 (냉간주행) 연료를 가열하여 연료의 응고를 막아 시동성, 가속성, 내구성을 좋게하는 역할을 담당하고, 수분감지센서에서 수분을 감지하여 연료에 수분이 감지될 경우 수분 경고등을 점등시키는 역할을 합니다. 

4. 고압펌프

연료필터를 거쳐 고압펌프로 보내진 연료는 고압펌프에서 캠축과 피스톤의 움직임으로인해 압축되어진다. 아래 그림과 같이 피스톤이 아래방향으로 내려갔을때 연료가 주입되고, 피스톤이 위로 올라가면서 주입된 연료를 압축시킨 후에 커먼레일로 보내집니다. 실린더에서 연료를 압축하는 것과 비슷해 보이네요??

5. 커먼레일

커먼레일은 위에서 잠깐 언급했듯이 고압의 연료를 여러 인젝터가 공용으로 사용할 수 있도록 저장해 두는 곳입니다. 커먼레일의 압력 변화는 연료 분사를 담당하는 인젝터와 연결되어 있기에 ECU에서는 이 곳의 압력이 어떻게 변화되는지 모니터링해야 하며 이 역할을 하는 것이 레일압력센서입니다. 또한 압력이 과도할 경우 ECU에서는 압력을 조절해야 하는데 압력 조절 기능을 수행하기 위해 압력조절밸브를 개폐하며 커먼레인 내의 압력을 제어합니다. 

6. 최종 분사를 컨트롤하는 인젝터 

커먼레일에서 고압으로 주입된 연료를 연료실에 분사하는 것이 인젝터이며, 피에조인젝터와 솔레노이드인젝터 방식이 주를 이루고 있습니다. 전기반응에 즉각반응하는 피에조크리스탈이 사용된 피에조인젝터와 솔레노이드코일에 전류를 흘려보내 니들을 움직여 분사량을 조절하는 솔레노이드인젝터 두 인젝터의 장단점에 대해서는 여러 의견들이 많고, 특히 솔레노이드인젝터의 경우 노즐마모가 빠르고 그에 따라 연료 분사 정확성이 떨어져, 연료 효율 및 진동, 소음 억제력이 떨어진다는 의견이 있습니다. 

단, 인젝터를 개발하고 있는 델파이, 보쉬, 지멘스VOD, 덴소 등의 회사의 지속적인 기술개발로 어느 인젝터가 시장을 리드할 것인지는 아직 안개속에 있으며, 두 인젝터의 비교는 다음 번에 다시한번 다루어 보도록 하겠습니다. 

그럼 행복한 하루 보내세요~!

지난번 EMS(Engine Management System)의 후처리 부분에 이어서, 이번 글에서는 흡배기 제어 기술의 일부인 흡기에 필요한 기술에 대해 정리해 보겠습니다.  

□ 외부공기는 어떻게 엔진으로 전달되는가?

효율적인 흡기를 통해 엔진은 최적의 출력을 발휘하고 유해 배기가스의 배출을 저감 할 수 있습니다. 그럼 외부 공기가 일반적으로 어떻게 유입되는지를 먼저 생각해 볼 필요가 있겠습니다. 

자동차 전면(그릴)을 통과한 외부공기는 위 그림과 같이 에어클리너를 통과하여 이물질을 걸러내고, 터보차저에서 압축되어집니다. 압축된 고온고압의 공기는 밀도를 높이기 위해 인터쿨러를 거쳐 냉각되어 지고 흡기매니폴드를 통해 엔진으로 전달 됩니다. 

1. 이물질을 제거하는 에어클리너

공기중에 많은 이물질이 존재하며 이러한 이물질은 에어크리너(에어필터)에서 제거됩니다. 에어크리너가 제대로 작동되지 않을 시에는 불순물이 유입되어 엔진 연소 효율을 떨어뜨리거나, 엔진의 수명을 단축 시킬 수 있습니다. 

2. 터보차저(과급기)

연료를 더욱 효율적으로 연소하기 위해서는 많은 공기가 필요하게 되는데, 대기중의 공기를 원활히 과급하기 위해 필요한 장치가 터보차저입니다. 터보차저는 배기 압력을 이용하여 터빈을 돌리고 그 에너지로 과급기를 돌려 외부 공기를 압축시키는 방식입니다. 터보차저 터빈은 고속으로 회전하고 800~1000℃에 이르기에 강한 내구성이 요구됩니다. 터보차저를 지나 압축된 공기는 고온이기 때문에 인터쿨러를 통한 냉각이 필요합니다. 

터보차저를 이용하면 낮은 배기량으로 보다 높은 출력과 토크의 성능을 구현할 수 있기 때문에 최근 추세인 엔진 다운사이징에서 중요한 역할을 하고 있으며, 배기량 기준으로 자동차 세금을 과세 하고 있는 우리나라에서 더욱 가치를 발휘하고 있습니다. 단, 터보차저, 인터쿨러 등의 부가적인 부품이 필요하기에 차량 원가가 높아지고 터보차저의 윤활과 냉각시 엔진오일이 사용되기 때문에 엔진오일 교체 주기가 짧다는 단점이 있습니다. 

3. 인터쿨러

인터쿨러는 냉각수를 온도를 낮춰주는 라디에이터와 유사하게 작동합니다. 라디에이터에서 액체상태의 냉각수의 온도를 떨어뜨렸다면, 인터쿨러에서는 터보차저에서 전달된 고온 압축공기의 온도를 떨어뜨립니다. 과급 공기가 인터쿨러로 유입되어 외부공기(공냉식) 혹은 냉각수(수냉식)와 열교환 함으로써 온도가 낮아지게 됩니다. 

4. 흡기매니폴드 

흡기매니폴드는 하나의 흡기 입구서 받은 공기를 여러개의 출구를 통해 실린더로 전달하는 역할을 하고 있습니다. 흡기매니폴드는 흡입된 공기가 각 실린더에 가급적 균등하게 배분될 수 있도록 설계되는 것이 중요합니다.

엔진이 동작할 때 흡기매니폴드에 마이너스 압력이 걸리게 되고 자연흡기 엔진의 경우 이로인해 매니폴드 간의 공기의 간섭이 많이 발생합니다. 따라서 적당한 체적을 가지는 서지탱크를 흡기매니폴드 전단에 두고 공기 흐름의 간섭을 최소화 시킵니다. 

□ EMS(Engine Management System)란?

EMS란 Engine Management System이란 뜻에서 알 수 있듯이 엔진을 제어하고 관리하는 시스템입니다. 엔진에 필요한 연료와 산소를 적정량 공급하고, 공급된 연료를 적합한 타이밍에 연소시켜 동력축에 필요한 에너지를 만들어내며, 연소 후 생성된 배기가스를 정화하여 외부로 배출하는데 까지 필요한 여러 장치를 제어하는 시스템 전체를 EMS라고 부릅니다.

EMS에서 필요로 하는 역할은 매우 다양하지만, 대표적인 역할은 아래 [표.1]과 같이 나누어 볼 수 있습니다. 이번 글에서는 여러 기능 중 디젤 엔진 후처리 제어 부분에 대해 정리해 보도록 하겠습니다.

□ 후처리 제어 기술이란?

엔진 연소 후 배출되는 배기가스에는 환경과 인체에 유해한 물질들이 포함되어 있습니다. 이러한 물질들은 국가별로 배출량 규제기준이 있으며 일정치 이하로 관리하고 있기에 자동차 제조사에서는 이를 고려하여 배기가스에 포함된 유해 물질이 배출되지 않도록하는 장치를 차량에 탑제하고 있습니다. 이러한 기술을 후처리 제어 기술이라 할 수 있으며, 디젤 차량에서는 NOx(질소산화물), PM(입자상물질, Particulate Matter), HC, CO 등을 컨트롤 하는 것에 포커싱 되어 있습니다. 참고로 디젤 차량은 에너지 밀도가 높고 연료 효율이 좋은데 이에 따라 CO, CO2 등은 가솔린에 비해 적게 배출 되나, 산소량에 비해 연료량이 적게 투입되기 때문에 산소 과다 상태로 배기가 이루어 지기 때문에 NOx에서 산소를 환원하기에 불리한 조건에 있습니다.

배기가스 저감을 위해 차량에 쓰이는 후처리 촉매 조합은 아래와 같이 다양합니다. 본 글에서는 개별 촉매와 필터의 역할과 기능에 대해서 알아 보도록 하겠습니다.

1. 오래 사용되고 있는 디젤촉매 DOC(Diesel Oxidation Catalyst)

DOC는 디젤촉매 중에서 가장 오래된 기술이면서 가장 널리 쓰이기 있는 촉매입니다. 불완전 연소 등으로 발생한 HC, CO, SOF를 산화하여 CO2와 H2O로 변환하는 역할을 주로 합니다. 또한 SOF(Soluble Organic Fraction, PM의 한 종류)를 산화하여 제거합니다. 이러한 산화 반응에서 발생하는 열은 배기가스 온도를 상승시켜 DPF의 온도를 상승시키는데 이는 DPF 재생시 도움을 주게 됩니다.

2. NOx를 저감하기 위한 LNT(Lean NOx Trap)

디젤 차량에서 컨트롤 하기 어려운 대표적 배기가스는 NOx(질소산화물)입니다. NOx를 저감하기 위해 사용되고 있는 대표적인 촉매는 LNT와 SCR이 있습니다. LNT의 NOx 저감 기능은 SCR에 비해 떨어지지만 SCR은 부가 장치(요소수 탱크, 분사장비 등)가 필요하고, 요소수를 충전해야하기에 LNT만으로 규제 기준을 만족 할 수 있다면 LNT만을 사용하는 것이 차량제조사 입장에서는 세일즈 포인트에 있어 유리합니다.

LNT는 산소가 다량 포함된 배기가스 상태에서 NOx를 흡착하여 배출을 방지하고, 흡착되어 있는 NOx를 환원시켜 N2(질소)로 만들기 위해 배기가스의 산소 농도를 낮춥니다. 산소 농도를 낮추기 위해 연료를 후분사 하여 산소를 없애고 추가적인 HC를 주입함으로 NOx를 N2와 H2O로 만들게 됩니다. 이러한 후분사 과정에서 추가적인 연료분사가 필요하기에 연료 효율은 떨어지게 됩니다.

3. 더욱 강력한 NOx 제거를 위한 SCR

각국의 NOx 배출량에 대한 규제는 더욱 강력해 지고 있습니다. LNT만으로는 규제치를 만족시킬 수 없거나, 기본적으로 NOx 배출량이 높은 대배기량 트럭 등에서는 SCR을 통해 NOx를 제어하고 있습니다. 위에서 언급했듯이 SCR을 사용하기 위해서는 요소수가 필요하며 요소수 탱크에 저장되어 있는 요소수는 일정 배기온도 이상(일반적으로 180도 가량)에서 분사되어 물은 기화되고 요소는 열반응으로 NH3(암모니아)로 변하게 됩니다. 이 암모니아(NH3)가 질소산화물(NOx)과 반응하여 무해한 물과 질소로 변화하게 됩니다.

4. 암모니아 배출을 방지하기 위한 AOC(Amonia Oxidation Catalyst)

SCR 촉매 반응 위해 필요한 암모니아(NH3)가 항상 완벽히 환원되지는 않습니다. 암모니아가 배출 될 시, 이 또한 오염물질이 될 수 있고 암모니아 배출을 방지하기 위해 산소과잉 조건에서 암모니아를 제거하려고 하면 암모니아가 NOx, N2O로 전환될 수 있습니다. 따라서 저온상태에서 암모니아를 산화시켜주는 AOC를 장착하게 됩니다.

5. 입자상물질(PM)을 걸러내는 필터 DPF(Diesel Particulate Filter)

유해가스가 아닌 입자상물질(PM)을 걸러내는 것을 담당하는 것이 DPF입니다. DPF 또한 촉매 코팅을 하여 유해물질을 저감하고 있으나, 이는 추가적인 기능이며 주기능은 PM의 포집 및 제거입니다.

DPF의 경우 [그림.2]과 같이 끝 부분이 막혀 있어 배기가스가 기재를 통과하여야 되는 것이 특징입니다. 배기가스는 기재를 통과 하지만 PM등은 기재를 통과하지 못하고 걸러지게 됩니다. 걸러진 PM이 너무 많이 퇴적되게 되면 배기 압력 손실이 발생하여 출력이 떨어지게 되는데 이를 방지하기 위해서 퇴적된 PM(Soot)을 태워 없애는 과정이 DPF 재생입니다. PM 포집이 DPF의 주요 기능이지만, 촉매를 코팅하여 HC, CO, NOx 등을 저감하면서 PM 포집을 병행하는 방향으로 발전하고 있습니다.

여기까지 EMS(Engine Management System)의 한 축을 담당하고 있는 후처리 기술에 대해 알아 보았습니다.

참고;

https://www.hscatalysts.com/rnd/car_cont2&hide_lang=kr

http://www.aea.or.kr/main_business/technology.php

차량을 운행하다 보면 엔진 경고등에 알람이 들어 오는 경험을 하게됩니다. 주유 후 연료 뚜껑이 제대로 닫혀 있지 않을 때, 센서류(산소센서, 공기질량센서, 차압센서 등) 들의 이상으로 엔진이 최적의 상태에서 연료를 연소하지 않고 있을 시에도 엔진 경고등이 작동합니다. 이번 포스팅에서는 그 중에서도 차압센서에 이상이 생겼을 때의 대처 방안에 대해서 알아 보겠습니다.

1. 차압센서의 기능

디젤 차량의 경우 가솔린, LPG 차량에 비해 대기환경오염 물질이 다량 발생하고, 발생한 오염물질을 걸러내기 위한 시스템이 가솔린, LPG 차량에 비해 복잡합니다. 이런한 디젤 차량에는 미세매연입자를 걸러내기 위한 DPF(Diesel Particulate Filter)가 부착되어 있고, 엔진에서 발생한 배기가스가 DPF를 통과하며 압력이 떨어지게 되는데 이를 측정하는 역할을 차압센서(Differential Pressure Sensor)가 담당하게 됩니다.

[그림1]

2. 차압센서의 필요성

위 [그림1]과 같이 디젤 엔진에서 발생한 미세매연입자를 포집하기위해 DPF 필터를 설치하게 되면, 엔진에서 발생한 배기압력이 DPF를 통과하며 떨어지게 됩니다. 매연저감을 위해 어느정도의 배기압력 감소는 희생하여야 하지만 이 현상이 심하게 되면 배기계를 통해 외부로 배출 되어야 하는 배기가스가 원할히 배출 될 수 없고, 이로 인해 출력과 연비 저하가 발생 할 수 있습니다. 따라서 DPF를 통과하는 동안 배기압력이 어떻게 유지되는지를 모니터링하기 위해서는 차압센서가 필요합니다.

3. 차압센서의 역할

앞서 언급한 것과 같이 차압센서(DPS: Differential Pressure Sensor)는 DPF의 차압을 모니터링 하게됩니다. 모니터링 된 차압은 ECU로 보내지게 되고 ECU는 일정 차압 이상이 감지 될 경우 DPF를 재생(Regeneration)하여 DPF에 쌓여 있던 Soot를 줄이라는 판단을 내립니다. 설정된 차압 한계치는 차마다 설정치가 다르지만 보통 200~300mbar(20~30Kpa) 가량이 초과 할 경우 재상모드에 들어가게 됩니다.

※ DPF 재생 : 온도를 상승시켜 DPF내에 쌓여 있는 미세매연입자를 연소시켜 제거하는 것

4. 차압센서 고장 (엔진경고등)

엔진 경고등(주황색 Check Level)이 들어오는 경우는 큰 문제가 아니고도 겪을수 있습니다. 주유 후 연료 뚜껑이 제대로 닫혀 있지 않을 때, 센서류(산소센서, 공기질량센서, 차압센서 등) 들의 이상으로 엔진이 최적의 상태에서 연료를 연소하지 않고 있을 시에도 엔진 경고등이 작동합니다. DPF에 이상이 생겼을 경우 차압센서가 이를 감지하고 이상 유무를 알리는 주요 역할을 하는데, DPF 자체의 고장에 의한 것일 수도 있지만 차압센서의 고장으로 발생하는 경우도 흔히 발생합니다.

DPF에 이상이 발생했을 경우에는 출력저하 혹은 연비저하 현상이 나타날 수 있기에 DPF 교환을 하여야 하지만, DPF의 교환 가격이 고가이기에 차압센서를 우선 교환하고 ECU를 리셋한 후 엔진경고 등이 또 점등 되는지 1차적인 판단을 하는 것도 단계적 정비 포인트 체크를 위한 방안이 될 수 있습니다.

엔진 경고 등에 알림이 들어와 정비소를 찾았을 시, DPF 이상에 의한 점등임이 확인 되었다면 고가의 DPF 교환을 즉시 실시하기 보다는 차압센서의 교체를 통해 1차적 확인을 하는 것을 담당 정비사님과 상담해 보기를 추천합니다.