디젤엔진 공부
-디젤 엔진의 배기가스를 정화하는 기술-
1) 디젤 엔진에서 발생한 미세먼지를 포집 후 태워 없애는 DPF
대표적인 기술이 바로 DPF(Diesel Particulate Filter)입니다. DPF는 디젤 엔진의 배기가스에서 발생하는 입자상물질(PM)을 포집하여 태워서 없애는 장치입니다. 연료를 흘려보내 열로 태워버리는 방식을 채택했기 때문에 미세매연입자의 연소를 방해하는 물질의 유입을 억제한 전용 엔진 오일 사용은 필수적이죠.
2) 배기가스를 정화시키는 EGR
EGR(Exhaust Gas Recirculation)은 흔히 DPF와 함께 사용되는 기술이라고 알려져 있습니다. 쉽게 설명해 EGR은 배기가스를 냉각한 후 재순환시켜 엔진의 질소화합물 발생량을 줄이는 장치라 할 수 있죠. 하지만 그 과정에서 각종 찌꺼기들이 흡기 및 연소실에 누적되어 장기적으로는 출력이 저하되는 등의 문제도 발생한다고 알려져 있습니다.
3) 화학적 방법으로 배기가스를 정화하는 SCR
우리말로 해석하면 ‘촉매에 의한 선택적 환원법'이라고 볼 수 있습니다. 말 그대로 촉매를 이용해 오염 물질을 정화 또는 무해화하는 방식입니다. 한마디로 화학적 방법으로 배기가스를 정화하는 방식이라 할 수 있습니다. SCR의 핵심기술은 바로 ‘촉매 작용’
우선 SCR은 엔진에서 연료가 연소되는 단계부터 시작됩니다. 다른 두 장비보다 더 높은 온도를 조성해 폭발시키는데, 이때 높은 온도에서 폭발한 연료는 일반 디젤엔진에 비해 미세먼지를 포함해 각종 오염물질의 발생량이 줄어듭니다. 그러나 문제도 있습니다. 디젤 엔진은 높은 온도와 압력에서 연료를 폭발시키기 때문에 질소화합물이 생성되는데, SCR 방식은 다른 방식에 비해 더 높은 온도와 압력으로 연료를 폭발시키므로 더 많은 질소화합물이 발생할 수밖에 없습니다.
질소화합물을 정화하기 위해 꼭 필요한 ‘요소수’
SCR의 핵심은 바로 연소실에서 배출되는 배기가스로부터 질소화합물을 정화하는 것에 있습니다. 그래서 ‘요소수’라는 물질을 사용합니다. ‘Ad Blue’라고도 불리는 요소수는 말 그대로 물에 요소 성분을 혼합한 액체입니다. 요소수는 배기가스가 통과하는 곳에 분사되게 되어 있으며, 이때 요소 성분이 질소화합물을 다시 질소와 물로 환원시키는 역할을 합니다. 이런 이유로 SCR을 화학적 정화라고 하며, 질소화합물만 환원시키기 때문에 선택적 환원 촉매 방식이라고 부릅니다.
유일한 단점이라면 역시나 다른 두 방식과 달리 요소수를 계속 보충해줘야 한다는 점입니다. 이 부분은 경제적인 부분과도 연결되어 있는데, DPF나 EGR은 기계적으로 고장을 일으키지 않는 한 사용자가 추가로 유지보수에 비용을 들일 필요가 없지만, SCR은 촉매제인 요소수를 계속 보충해줘야만 제 역할을 발휘할 수 있습니다. 일반적으로 요소수는 연료량 대비 6%정도 사용되는 것으로 집계되며, 최근 기준으로 1L당 1,000원 정도의 가격이 형성되어 있으므로 추가로 비용이 지출되는 것은 피할 수 없는 일입니다.
요소수는 어디서, 어떻게 보충하나요?
대부분 차량이 요소수를 연료 탱크 근처에 보관하기 때문에 연료 주입구 옆에 요소수 주입구를 따로 만들어 둡니다. 따라서 이쪽으로 주입하면 되는데, 경우에 따라서는 트렁크 안쪽, 혹은 엔진룸 안쪽 깊숙한 곳에 있기 때문에 차량 설명서를 반드시 읽어보아야 합니다.
만약 요소수를 넣지 않는다면 어떻게 될까요?
요소수가 다 떨어졌음에도 보충하지 않는다면 시동이 차단되거나 정상 속도로 운전할 수 없게 됩니다. SCR 이후 초기에 출시된 차량을 제외하고, 요소수가 부족하면 시동에 제한을 걸며 운행을 하더라도 보충 전까지 정상 속도를 내지 못하도록 설계되어 있기 때문이죠.
또한 요소수를 보충해야 한다는 경고를 무시하고 계속 운행할 경우 후처리 장치가 고장을 일으킬 가능성이 매우 높습니다. SCR도 DPF와 마찬가지로 고장이 났을 때 수리 비용이나 교체 비용이 상당히 비싸기 때문에 요소수 보충 경고등이 들어왔다면 즉시 보충을 해주는 것이 좋습니다.
덧붙이자면, DPF에 포집된 입자상물질(PM)은 실린더에 추가로 연료를 분사하여 DPF로 연료가 흘러들게 한 후 연소시킵니다. 즉 EGR과 SCR은 질소화합물을 처리하는 장치이며, DPF는 입자상물질(PM)을 주로 처리하는 장치이죠.