대기오염개론 - 자동차 오염

1. 자동차 배출물질의 특징

- 배출되는 물질 : CO2, CO, HC, NOx, SO2, Pb, 매연, 입자상물질

 

- 일반적인 가솔린 자동차 배기가스의 구성 중 가장 많은 부피를 차지하는 물질: CO2(가속상태 기준)

 

- 일반적으로 자동차의 주요 배출 유해가스: CO, NOx, HC

 

- CO는 연료량에 비해 공기량이 부족할 경우 발생

 

- NOx는 높은 연소온도에서 많이 발생하며, 매연은 연료가 미연소하여 발생

 

- 디젤차의 경우 CO와 HC가 휘발유차에 비해 상대적으로 적게 배출됨

 

 

 ※ 휘발유 기준 배기가스

	NOx	CO,HC
많이	가속, 운행	감속, 공전
적게	감속, 공전	가속, 운행

 

cf. 삼원촉매장치

- 산화촉매(Pt, Pd)와 환원촉매(Rh)를 이용하여 CO, HC, NOx를 동시에 줄일 수 있는 후처리시설

 

- 백금, 로듐, 팔라듐 촉매를 많이 사용함

 

- CO와 HC의 산화촉매 : 백금(Pt), 팔라듐(Pd), NO의 환원촉매: 로듐(Rh)

 

 

 

2. 가솔린기관의 특징

- 공기-연료비(화학양론비)가 거의 일정하다

 

- 예혼합연소에 가깝다

 

- 연소실 크기에 제한을 받는 편이다

 

 

 

3. 디젤기관의 특징

- 압축비가 높아(15~20) 최대 효율이 가솔린자동차에 비해 1.5배이며, 연비도 가솔린기관에 비해 높다.

 

- 기계식 분사 또는 전자제어 분사방식으로 연료를 공급한다.

 

- 정지가동시 배출가스 중 CO 농도가 낮다

 

- 고속주행시 배출가스 중 NOx 농도가 높고 매연이 많이 배출된다. (소음진동도 큼)

 

 

 

4. 메탄올 자동차의 특징

- 옥탄가는 메탄올이 약106, 무연휘발유가 92~98정도이며 압축비가 향상되므로 출력을 향상시킬수 있다.

 

- 윤활기능이 휘발유에 비해 매우 약해 금속이나 플라스틱 재료를 쉽게 침식시킬 수 있다.

 

- 가격이 싸고, 발열량이 휘발유의 약 1/2 정도이므로, 연료탱크의 크기가 보통 휘발유차의 2배 정도로 하면 1회 충전당 항속거리를 휘발유와 비슷하게 할 수 있다.

 

 

5. DME(Dimethyl Ether) 연료

- 상온상압에서 무색 투명한 기체

 

- 물성이 LPG와 유사한 특성이 있으며, 발열량은 경유에 비해 낮다.

 

- 점도가 경유에 비해 낮다.

 

- 산소함유율이 35%로 높아 연소시 매연이 적다.

 

- 고무류와 반응하므로 재질에 주의해야 한다.

 

 

cf. 가솔린엔진과 디젤엔진의 비교

특성	가솔린	디젤
연료공급방식	압축전 연료공기혼합	공기압축후 연료공급
점화방식	불꽃점화	압축점화
소음, 진동	적다	크다
압축비	8~9 (낮다)	15~20 (높다)
연료소비효율	연비 낮음	연비 높음
연소실 크기 (실린더직경)	제한적 (노킹으로 인해 160mm 이하)	제한없음
기타	삼원촉매장치	입자상물질의 여과장치

 

 

※ 공기연소비(Air Fuel Ratio)

: 공기와 연료의 비율을 나타내는 수치이다.

 

1. 공연비의 특징 (휘발유 자동차 기준)

 (1) AFR을 10에서 14로 증가시키면 CO농도는 감소한다.

 

 (2) 공연비가 14.7(이론공연비)보다 크면 NOx는 증가, CO와 HC는 감소한다.

 

 (3) 공연비가 14.7(이론공연비)보다 작으면 NOx는 감소, CO와 HC는 증가한다.

 

 

 

2. 공연비(AFR) 의 계산

(1) 체적비 (Sm3/Sm3)

 

       산소의 갯수*22.4Sm3*1/0.21

=    ----------------------------------

        연료의 갯수*22.4Sm3

 

(2) 중량비(kg/kg)

         산소의 갯수*32kg*1/0.232

=    ----------------------------------

        연료의 갯수*연료의 분자량(kg)

 

 

 

3. 공연비 계산 예제

ex) 옥탄(C8H18)의 공연비(AFR)을 구하시오.

 

먼저 문제를 풀기 전에 부피비로 구해야하는지 중량비로 구해야 하는지 확인해야 한다.

그다음 옥탄의 완전연소식을 작성한다.

 

C8H18 + 12.5O2 ------> 8CO2 + 9H2O

 

 

문제에서 부피비로 공연비를 계산하라고 나와있다면

 

위와 같이 공연비를 계산하면 된다.

 

문제에서 중량비로 공연비를 계산하라고 나와있다면

 

위와 같이 공연비를 계산하면 된다.