자동차 디젤 엔진 Urea-SCR 시스템용 암모니아 가스 센서에 관한 연구

Abstract

세계 각국에서 대기 환경오염의 주범인 질소산화물 배출량을 엄격하게 규제함에 따라 이를 만족시키기 위한 다양한 방법이 연구되고 있다. 특히 디젤 차량의 질소 산화물 배출량이 급증함에 따라 자동차 배기가스에 우레아를 직접 분사하여 분해된 암모니아가 NOx와 만나 이를 저감하는 기술이 고려되고 있는데, 이론적으로 암모니아가 NO, $NO_2$ 와 만나면 인체에 무해한 $H_2O$, $N_2$ 등으로 분해되기 때문에 질소 산화물을 줄일 수 있는 것이다. 하지만 요소수 분사 시 미반응된 암모니아 가스가 그대로 배기가스에 배출되는 암모니아 슬립 및 기타 제반의 문제를 해결하기 위해 Closed loop 시스템을 구성해야 하며 이때 $NH_3$ 센서가 필수 불가결적 요소로 장착되어야만 한다. 본 연구에서는 지금까지 여러 가지 암모니아 가스 센서의 기술동향을 통해서 디젤 엔진 내에 직접 장착이 가능한 센서를 구현하고자 하였고 고온에서 안정한 세라믹계 고체전해질 CZI(In-doped Calcium Zirconate) 와 YSZ(Yttria-Stabilized Zirconia)을 이용하여 전기 화학식 센서를 고안하였다. 제한전류형 암모니아 감지 센서를 시작으로 혼합전위형 센서까지 제작하여 신호의 재현성과 높은 감도 및 빠른 응답성을 확인하고 방해가스 실험을 하였다.