[대기오염개론] 자동차 배출가스

1. 자동차 배출가스

- 배출가스 종류 : HC, CO, NOx, CO2, SOx, 매연 등

 

- 가장 배출량이 많고 주요 유해가스 : HC, CO, NOx

 

- 엔진작동상태(공전, 운행, 가속, 감속)에 따라 자동차 배출가스의 구성이 달라진다.

 

- 연료량에 비해 공기량이 부족한 경우 CO 발생량 증가

 

- NOx는 높은 연소 온도에서 발생량 증가, 매연은 연료가 불완전연소 시 발생

 

 

 

(1) 자동차의 주행방식에 따른 배출가스

	NOx	CO	HC
많이 배출될 때	가속	공회전, 가속	감속
적게 배출될 때	공회전	운행	운행

 

 

 

(2) 가솔린 기관 특징

- 연료를 공기와 혼합(예혼합연소)시켜 압축 후 점화플러그로 강제 연소 폭발시키는 방식

 

- 배출가스 : HC, CO, NOx, Pb 등

 

- 휘발유, 옥탄가(C8H18)

 

- 공기와 연료비가 거의 일정하며, 연소실 크기에 제한을 받음

 

 

 

(3) 디젤 기관 특징

- 연소실 내의 공기만을 흡입, 압축하고 고온에서 연료를 분사하여 연료와 공기의 혼합 가스를 착화하는 방식

 

- 배출가스 : NOx, 매연 등

 

- 경유, 세탄가(C16H34)

 

- 압축비가 높아(15~20) 최대 효율, 연비가 가솔린 기관보다 높음

 

- 연료 분사 방식에는 기계식, 전자제어식이 있다.

 

- 소음과 진동이 큼

 

 

참고) 가솔린 기관과 디젤 기관 정리

항목	가솔린 차량	디젤 차량
점화방식	스파크점화	자동(압축)점화
사이클	정적 사이클	정압 사이클
연료	휘발유(옥탄)	경유(세탄)
압축온도	120~140℃	500℃
압축비	8~9	15~20
압축압력	7~11kg/cm2	30~45kg/cm2
연소방식	예혼합연소	확산연소
소음, 진동	작다	크다
배출가스	NOx, CO, HC	SO2, NOx, 매연
연료공급방식	기화기식, 전자제어식 압축 전 공기와 연료혼합	기계식, 전자제어식 공기 압축 후 연료공급
연소실크기	제한적	제한 없음

 

 

 

(4) 옥탄가 (Octane number)

- 가솔린 기관의 자발착화성을 나타내는 지수

 

- 옥탄가가 클수록 노킹 현상이 억제됨 = 노킹에 대한 저항성 커짐

 

- 휘발유의 등급을 나타내는 수치로 옥탄가가 높을수록 고급유라 할 수 있다.

 

- 아이소옥테인(Iso-Octane, C8H16)을 옥탄가 100의 기준으로, 노말헵테인(N-Heptane, C7H16)을 옥탄가 0의 기준으로 한다.

 

- *아이소옥테인은 IUPAC에 따른 명칭으로 2,2,4-트라이메틸펜테인(2,2,4-Trimethylpentane)이라 한다.

 

- 직선형에 가까운 탄화수소는 낮은 옥탄가를 가지고, 가지가 많고 구형에 가까운 탄화수소는 높은 옥탄가를 갖는다.

 

 

 

(5) 세탄가 (Cetane number)

- 디젤 기관의 자발착화성을 나타내는 지수

 

- 세탄가가 클수록 노킹 현상이 억제됨 = 노킹에 대한 저항성 커짐

 

- 세테인(Cetane, C16H34)을 세탄가 100의 기준으로, α-메틸나프탈렌(α-Methyl-Naphthalene)을 세탄가 0의 기준으로 한다.

 

- *세테인은 노말헥사데케인(N-Hexadecane)을 뜻한다.

 

 

 

(6) 자동차 배출가스의 촉매전환

- HC, CO, NOx를 삼원촉매장치를 이용하여 제거한다.

 

- HC, CO + 산화촉매(백금(Pt), 팔라듐(Pd))  →  H2O, CO2

 

- NOx + 환원촉매(로듐(Rh))  →  N2 가스

 

- 촉매를 통한 제거 효율은 80% 이상이나 이러한 저감효율을 위해서는 공급공기연료비가 이론공연비로 공급되어야 하고, 촉매에서 백금과 로듐의 비는 5 : 1로 조절

 

- 공기와 연료의 비율을 나타내는 수치로 이상적인 화학적 필요량을 계산하는 공연비(공기연소비, AFR, Air Fuel Ratio)가 필요하다.

 

(참고 : 공연비(AFR)  https://hmstorage.tistory.com/17  )