현대 자동차에서는 아래와 같은 배출가스 흐름에 따라 저감장치들이 설치되어 있습니다:
엔진 연소 DOC DPF SCR
각 장치는 연소 가스의 종류에 따라 순차적으로 유해 물질을 제거하며, 최종적으로 정화된 가스만이 대기로 배출됩니다.
예를 들어, DOC는 HC 및 CO를, DPF는 PM을, SCR는 NOx를 처리합니다.
🚦 각 저감장치 설명 카드
DOC (Diesel Oxidation Catalyst)
/디젤산화촉매장치
HC와 CO를 이산화탄소와 물로 산화시켜 제거하는 장치입니다. 주로 디젤 차량에 탑재되며 초기 정화에 큰 역할을 합니다.
🔄 그림 설명
➤ 왼쪽: 배출가스 유입 (엔진 → DOC)
- HC (Hydrocarbons, 탄화수소) : 연료가 완전 연소되지 않았을 때 나오는 유해 가스.
- CO (Carbon Monoxide, 일산화탄소) : 유독성이 강한 가스.
- O₂ (산소) : 산화 반응을 돕기 위해 외부에서 공급되거나 연소 후 남은 산소.
➤ 중앙: DOC 내부
- 내부에는 벌집 구조의 촉매 표면(주로 백금, 팔라듐 등 귀금속으로 코팅됨)이 있습니다.
- 이곳에서 산화 반응이 일어나고, HC와 CO가 O₂와 반응하여 무해한 물질로 전환됩니다.
➤ 오른쪽: 배출가스 정화 후 배출
- H₂O (물) : HC의 산화로 생성.
- CO₂ (이산화탄소) : CO의 산화로 생성.
📌 특징 요약
- 디젤 차량 필수 배출가스 정화 장치
- 화학적 산화 반응을 통해 유해가스를 무해하게 전환
- DPF, SCR 등의 장치와 함께 사용됨
EGR (Exhaust Gas Recirculation)
/배기가스 재순환장치
EGR 시스템은 엔진에서 배출된 일부 배기가스를 흡기 쪽으로 다시 순환시켜, 연소 온도를 낮추고 NOx(질소산화물) 발생을 줄이는 배출가스 저감 장치입니다.
🔄 그림 설명
그림 속 구성 요소와 흐름은 다음과 같습니다:
▶ 왼쪽: 배출가스 유입
- Exhaust gases (배기 가스)
: 엔진에서 나오는 고온의 연소 가스. 여기에 NOx가 포함되어 있습니다. - NOx (Nitrogen Oxides, 질소산화물)
: 고온에서 질소(N₂)와 산소(O₂)가 반응하여 생성되는 유해 대기오염 물질입니다. 인체 건강에 해로우며, 스모그의 주원인이 됩니다.
▶ 중앙: EGR 밸브
- 그림의 금속 부품이 바로 EGR 밸브로, 전자식 혹은 진공식으로 제어됩니다.
- 이 밸브는 엔진 상태에 따라 배기 가스의 재순환량을 조절합니다.
▶ 오른쪽: 흡기 유입
- N₂ (질소)
: 재순환된 배기가스는 주로 질소와 이산화탄소로 구성되어 있어 연소실 온도를 낮춥니다.
❌ EGR이 작동하지 않는 경우
- 시동 직후(냉간 상태)
- 급가속 또는 고부하 상태
- 공회전 또는 정차 상태
- EGR 시스템 이상 시 (ECU 감지 시 작동 차단)
DPF (Diesel Particulate Filter)
/ 매연미립자필터
미세먼지를 포집한 후 주기적으로 태워 제거하는 필터 시스템입니다. PM 저감에 핵심적인 장치입니다.
🖼️ 그림 설명
▶ 왼쪽: 오염물 유입
- HC (Hydrocarbons, 탄화수소)
: 연소되지 않은 연료 성분, 유해한 대기 오염물질 - CO (Carbon Monoxide, 일산화탄소)
: 산소 부족 연소로 발생하는 유독성 가스 - PM (Particulate Matter, 입자상 물질)
: 매연이나 탄소 덩어리 등의 미세한 고체 입자 - O₂ (산소)
: 산화 반응에 필요한 산소
이러한 물질들이 배기구를 통해 DPF 내부로 유입됩니다.
▶ 중앙: 필터 내부
- 벌집 구조의 세라믹 필터가 내부에 위치하여 PM을 걸러줍니다.
- 이 과정에서 고온 또는 촉매의 도움을 받아 일부 물질이 연소되며, 필터에 쌓인 PM은 주기적으로 재생(regeneration) 과정을 통해 제거됩니다.
▶ 오른쪽: 정화 후 배출
- N₂ (질소)
: 정화된 배출가스의 주요 구성 성분 중 하나이며, 무해합니다.- (PM 등 유해 입자는 거의 제거됨)
LNT (Lean NOx Trap)
/ 희박 질소산화물흡착장치
NOx를 일시적으로 저장한 후 연료를 주입해 고온에서 질소와 수증기로 환원하는 촉매 장치입니다.
🔧 LNT와 DPF의 외형이 비슷한 이유
| 금속 원통형 하우징 | 두 장치 모두 배기 시스템 중간에 설치되며, 고온의 배기가스를 견뎌야 하므로 내열성이 강한 스테인리스 스틸 등의 금속 외형을 사용 |
| 벌집 구조 세라믹 필터 | 내부는 세라믹 소재의 벌집(honeycomb) 구조를 가지고 있으며, 촉매 또는 필터 역할을 함 |
| 배기 가스 정화 장치 | 둘 다 배출가스를 정화하는 역할을 하며, 같은 라인에 장착되므로 공간 구조상 비슷한 형태를 가짐 |
| 후처리 계통 장비 | 디젤 차량에서 DOC → DPF → LNT 또는 SCR 순으로 장착되므로, 일체형 또는 유사 설계가 많음 |
⚙️ 하지만 역할은 다름
| 주요 기능 | NOx(질소산화물) 흡착 및 환원 | PM(입자상 물질, 매연) 포집 |
| 작동 원리 | 흡착 → 환원 → 정화 | 필터링 → 재생(연소) |
| 대상 오염물질 | NOx | PM (매연) |
LNT와 DPF는 역할이 다르지만,
📦 금속 외형, 🔳 벌집 구조, 🔧 배기라인 설치 형태 등
설계상의 공통 조건이 많아 자연스럽게 흡사한 외형을 갖게 되는 것입니다.
LNT는 NOx를 대상으로 촉매층(catalyst)에서 흡착 후 환원 하는 방식이다.
반면에 DPF는 PM(입자상 물질)을 대상으로 세라믹 필터에서 포집 후 재생하는 방식이다.
SCR (Selective Catalytic Reduction) / 선택적 환원촉매
SCR은 요소수를 주입하여 배출가스 내 NOx를 무해한 질소와 물로 환원시키는 고효율 시스템입니다.
- 🔧 구성요소 및 흐름 설명
- NOx (질소산화물)
: 디젤 엔진 연소 시 생성되는 유해 대기오염물질
→ SCR에서 제거 대상 - O₂ (산소)
: 배기가스에 포함된 산소로, 반응 촉진에 필요
🔷 상단: AdBlue 주입- AdBlue (요소수)
: 요소(Urea)와 정제수로 구성
→ 고온의 SCR 장치 내부에서 **NH₃(암모니아)**로 분해 - 주입 노즐과 분사선 표시
: 실제 차량 구조처럼 요소수가 분사되어 반응을 유도하는 모습이 시각적으로 표현됨
⚗️ 내부 반응- NOx + NH₃ + O₂ → N₂ + H₂O
: 암모니아가 NOx와 선택적 환원 반응을 통해
→ 무해한 **질소(N₂)**와 **물(H₂O)**로 전환
🟦 우측: 정화된 배출물- N₂ (질소) : 무해한 기체, 대기 중 78% 구성
- H₂O (물) : 수증기 형태로 배출
→ 물방울 아이콘으로 시각적으로 표현
- NOx (질소산화물)
- 🔶 좌측: 배출가스 유입
| 🎯 목적 | NOx 저감 (질소산화물 → 질소 + 물) |
| ⚗️ 사용 물질 | 요소수 (AdBlue) |
| 🔁 반응 방식 | 화학적 환원 반응 |
| 🧪 결과 | N₂, H₂O로 무해화 |
| 🚗 사용 | 디젤 승용차, 상용차, 대형 트럭 등 |
🌱 일상에서 할 수 있는 저감 방법
- 정기점검을 통해 차량 상태 유지
- 부드러운 운전으로 연비 향상
- 공회전 줄이기
- 하이브리드 또는 전기차 고려
✅ 마무리
배출가스 저감은 단순히 환경을 위한 일이 아니라 우리 건강과 미래 세대를 위한 필수 과제입니다. 함께 실천한다면 맑은 하늘과 깨끗한 공기를 되찾을 수 있습니다.
다음 시간에는 각 장치에 대해 세부적으로 더 알아보자.
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