매연

1 매연 개요
 1) 매연의 구성
  - 디젤연료는 탄화수소 혼합물로 이루어져 이론적으로 완전연소시 연소생성물은 이산화탄소(CO2)와 물(H2O), 엔진 흡입공기(N2, O2 등)가 된다.
  - 실제로는 연료의 불완전연소, 고온고압에서의 혼합물의 반응, 윤활유와 윤활유첨가제의 연소, 그리고 연료첨가제와 연료 중에 들어있는 유황성분의 연소 등으로 미량일지라도 인체에 유해한 입자상 물질(particulate matter, PM)등의 디젤엔진 배출물질(pollutant emission)을 포함하고 있다
  - 디젤엔진 배출물질에는 가솔린엔진에 비해 일산화탄소와 탄화수소 양은 적지만, 가솔린엔진 배출물질에는 거의 없는 입자상 물질(PM)과 질소산화물이 다량 포함되어 있다. 또한 압축비와 열효율이 좋아서 CO2배출량이 20~25가량 적다

 2) 매연의 형태
  - 배출물질은 가스상 형태(gas phase)와 입자 형태(particle phase)로 구성된다.
   * 가스 형태 : 일산화탄소(caron monoxide), 질소산화물(nitrogen oxides)과 벤젠이나 폼알데하이드 같은 휘발성유기물질들이 포함된다.
   * 입자 형태 : 유기탄소, 재, 황화물 및 금속 등이 포함
   * 기체형/입자형 : 다핵 방향족 탄화수소(Polynuclear Aromatic Hydrocarbon, PAH)와 니트로아렌(nitroarenes)은 가스 및 입자 두 가지 형태
  - PM은 다양한 형태의 입자인데 구성은 흙, Soot, Smoke, Liquid doplet을 포함한다

PM의 구성(출처 http://blog.naver.com/gb145/220167588246 )

 

 3) 발생원인
  - NOx : 질소는 높은 온도, 높은 압력 등에서 NOx를 발생시키며 특히 2000도 이상이나 이론공연비 부근에서 발생 확률이 높다.
  - CO : 실린더 내에 산소공급이 부족한 상태로 연소하면 불완전 연소를 일으켜 일산화탄소 발생
  - HC : 미연소시, 밸브 오버랩으로 혼합가스 누출시, 실화를 일으킬때, 혼합가스가 희박할때
  - PM : 실린더 내 농후한 연료 혼합기가 화학반응을 일으키면서 탄소화합물은 말들어 내는데, 급격한 화학반응으로 인하여 미연소물질과 연료(오일)이 서로 고상화 된 형태를 띈다

2 매연의 영향 및 저감방법
 1) 인치에 미치는 영향
  - NOx : 질산기(NO3) 호흡계 질환, 심혈관계 질환 유발, 미세먼지 유발, 질산(HNO3) 비부염, 탈모유발, 물과 반응하여 형성하며 산성비 생성
  - CO : 헤모글로빈과의 결합력이 높아 산소공급을 저해하고 구통 및 현기증 CO중독시 저산소증으로 질식유발
  - HC : 인체에 발암성 물질 생성
  - PM : 빛을 많이 흡수하여 시정을 감소시키고, 대기질저하 호흡기 질환을 유발한다. 

 2) 저감대응 기술(관련법규 : 2005년부터 디젤차 대상, 매연 후처리장치 의무화)
  ① 삼원촉매장치
    - 3개의 유해물질이 무해한 가스로 변환되는것을 의미
     * 촉매란 자기자신은 변하지 않는 상태에서 화학반응을 일으키는 물질
    - 산화(화학적으로 분해하는것 백금촉매)기능과 환원(화학적으로 결합하는것 로듐촉매)에 의해 일산화탄소 및 탄화수소는 배출가스에 함유된 산소와 결합하여 무해한 이산화탄소 및 물로 변환되어 배출됨
   ② EGR : 엔진에서 연소된 배기가스 일부를 다시 엔진으로 재순환시켜 연소실 온도를 낮추고 이로인해 질소산화물을 억제유도하는 후처리장치. 단 고출력이 필요할 시 EGR밸브를 통해서 배기의 재순환여부를 조절함
    - 작동조건 - 최적의 연소조건이 형성되어 연소온도가 높은 조건이 형성될대 작동
    - 비작동조건 - 높은 출력을 필요로 할때 냉간시, 시동시
  ③ 산소센서 : 촉매컨버터가 효율적으로 작동하기 위해서는 이론공연비가 일어날 수 있도록 제어를 해야한다. 이를 공연비제어라 한다. 공연비제어는 연소가 이론공연비에서 발생하였는지를 점검하는것이 필요한데 이러한 기능을 하는것이 산소센서이다. 산소센서는 배기가스의 온도에 따라 전압을 발생시켜 ECU에게 전달하는 화학적 전압발생 장치이다
    - 촉매컨버터 : 자동차 배기관의 도중에서 촉매의 의하여 배기중 유해한 CO, HC를 무해한 CO2, H2O로 산화시키거나 유해한 NOx를 N2, O2로 환원시키는 장치
  ④ DPF : PM을 저감하기 위한 용도로 내연기관에 설치되는 후처리 장치