현재 배기가스 오염규제가 점차 강화됨에 따라 많은 이슈를 불러일으키고 있죠. 유로6에 따르면, 자동차 제조사들은 기존보다 미세매연 입자를 뜻하는 PM을 약 50%, 질소산화물을 약 80%가량을 줄여야만 하는 현 상황, 이에 디젤 차량의 배기가스 저감 장치에 대한 관심이 더욱 높아졌습니다. 오늘은 배기가스 중, 미세매연 입자의 배출량을 줄여주는 장치인 DPF에 관해 알아보도록 합시다.
디젤차의 필수 장치! DPF란?
DPF는 간단히 말해서, 디젤 차량의 배기가스 중 미세매연 입자인 PM을 포집(물질 속 미량 성분을 분리하여 모음)하고, 연소시켜 제거하는 배기가스 후처리 장치입니다. PM(미세매연입자)은 도로에서 흔히 볼 수 있는 매연이라고 볼 수 있는데, DPF를 통해 50~80%까지 줄일 수 있다고 합니다. 국내에서 2005년부터 디젤차에 의무 부착하도록 법제화된 DPF는 제조사에 따라 DPF(르노삼성자동차, 쉐보레), CPF(현대·기아자동차), CDPF(쌍용자동차)라고 부르기도 합니다.
DPF의 구성은?
여러 종류의 DPF가 있지만, 그 중에서도 벌집 형상의 세라믹 DPF가 보편적입니다. 이 세라믹 DPF의 구성은 크게 하우징, 세라믹 담체, 세라믹 플러그로 구성됩니다. 세라믹 플러그가 통로 양단을 하나 건너 교대로 막고 있어, 열린 통로로 들어온 배기가스는 세라믹 담체에 뚫린 기공을 통과하면서 PM(미세매연입자)이 걸러진 후, 이웃 통로를 거쳐 배기 됩니다.
배기가스, DPF에서 어떻게 재생될까?
DPF에서 재생이라 부르는 원리는 다음과 같습니다. 먼저 배기가스 중의 PM(미세매연입자)이 필터 벽면(위에서 말한 세라믹 담체)에 포집 됩니다. 포집된 PM(미세매연입자)은 퇴적되고, 산화되어 CO2, H2O로 배출되면서 매연을 저감시키는 원리죠.
배기가스에는 퇴적된 PM(미세매연입자)을 자체적으로 연소시킬 만큼 충분한 양의 산소가 포함되어 있는데, 여기서 이 연소 과정을 ‘재생’이라고 합니다. 여기서 DPF의 ‘재생’은 일반적으로 배기가스가 약 600℃ 이상이면 PM(미세매연입자)이 연소되는데, 이런 높은 온도는 최대출력상태에서나 가능합니다. 따라서 DPF의 정상작동을 위해 PM(미세매연입자)의 연소온도를 낮추거나 배기가스 온도를 높여야 합니다.
DPF의 원활한 작동? 미세매연입자의 연소온도를 낮춰라!
PM(미세매연입자)이 연소되는 온도를 낮추는 하나의 방법으로, 세륨 또는 금속화합물의 첨가제를 첨가해 PM(미세매연입자)의 연소온도를 약 450~500℃로 낮출 수 있습니다.
또 다른 방법으로, 필터에 백금을 코팅하여 PM(미세매연입자)의 연소를 촉진시키는 촉매식 DPF를 사용하기도 합니다. 이 촉매식 DPF 방식은 첨가제 시스템보다 효과가 낮으나, 회분의 퇴적이 거의 없다는 점이 장점이라고 합니다.
DPF의 원활한 작동을 위한 또 다른 방법? 배기가스 온도를 올리자!
하지만 첨가제 시스템과 촉매식 DPF 모두 근본적인 재생을 위해서는 배기가스 온도 상승을 위한 추가 대책을 필요로 한다고 할 수 있습니다. 일반적으로는 DPF 앞에 DOC라는 장치가 장착되는데, 이 장치는 HC, CO를 줄이고 그 반응열로 배기가스 온도를 높이는 역할을 합니다. 이 DOC에 대해서는 다음 기회에 더 자세히 알아보도록 합시다.
또한, PM(미세매연입자)의 포화수준이 일정 기준에 도달하면 능동 재생 시스템의 활성화를 위해 엔진의 연소를 제어하기도 합니다. 예를 들면, 연료 분사 시기를 지연시켜 배기가스 온도를 매연의 연소가 가능한 수준으로 상승시키기도 하죠. 또 하나의 방법으로, 일부 대형 차량의 경우에는 버너를 이용해 강제로 필터를 재생(연소)시키기도 합니다.
DPF는 어떤 재질로 만들어졌을까?
PM(미세매연입자)이 연소될 때, 필터 온도는 최고 1,200℃까지 상승하므로 DPF는 내열성의 재질이 요구됩니다. 이에 촉매기의 담체로 널리 알려진 세라믹 이외에도, 소결금속이 사용되고 있습니다. 소결금속 필터는 열전도율이 높아 고르게 연소, 제거되는 장점이 있다고 합니다.
DPF 차량, 오일 선택도 중요하다?
또한 DPF 차량에는 반드시 전용 엔진오일을 사용해야 합니다. 일반 엔진오일을 사용해도 당장은 문제가 발생하지 않지만, 장시간 사용 시에는 고장 원인이 될 수 있죠. 따라서 유럽 자동차 제조협회에서 만든 오일 품질 기준인 ACEA 등급 중 C등급 오일을 사용해야 합니다.
DPF의 미래는?
디젤 차량이 환경에 악영향을 끼친다는 인식은 시커먼 매연과 함께 미세먼지인 PM의 영향이 컸습니다. 그러나 DPF를 장착하면, 가솔린차량과 차이가 없을 정도로 PM(미세매연입자) 배출량이 줄어들 수 있도록 끊임없이 기술 개발되고 있습니다.
최근에는 기체에 에너지를 가해 전자와 원자핵으로 분리시키는 기술로 매연을 최대 95%까지 저감시킨 플라즈마 DPF가 개발되었습니다. 이는 기존의 대형 트럭 외에는 장착이 불가능 했던 강제 연소기인 버너의 1/10 크기로, 소형차에도 부착이 가능해졌습니다. 클린 디젤이라는 타이틀이 거의 박탈된 디젤차, 앞으로 그 명예를 되찾을 수 있을지 함께 지켜봅시다. 이상, 당신의 자동차에 대한 열정을 응원하는 Kixx 엔진오일, 휠라이프였습니다.
