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문제 정의
- 이와 같은 배경 하에 본 연구에서는 현행 정밀검사를 통해 얻어진 차량 배출가스 중의 대기 오염물질 농도 결과를 질량 결과로 환산하기 위한 효과적이고 경제적인 방법을 도출하고자 하였다. 다양한 사양을 갖는 시험 차량에 대해 여러 운전 조건에서 배출가스 부피 유량을 측정하여 배출가스 부피 유량의 특성을 파악하였고, 이를 차량 관성중량에 대한 함수 형태로 정리함으로서 유량계를 사용하지 않고도 통계적으로 활용 가능한 질량 환산 결과를 얻을 수 있도록 하였다.
제안 방법
- 1) 배출가스 부쇼 유량측정 및 분석을 통해 차량 관성 중량을 독립변수로 하는 배출가스 부피 유량 함수를 도출하였다. paired-t 검 정 결과, 배출가스 부피 유량 측정값과 함수값 사이에는 통계적으로 유의한 차이가 없음을 확인하였다.
- 2) 운행차 정밀검사의 농도 측정 결과를 배출가스 부피 유량 함수를 이용하여 g/km 단위를 갖는 질량 결과인 배출계수로 환산하였다. 제작차용 장비와 운행차용 장비간의 측정 원리 및 정밀도 차이를 고려할 때, 환산 결과는 측정 결과와 정량적, 정성적으로 좋은 일치를 보이고 있다.
- 다양한 사양을 갖는 시험 차량에 대해 여러 운전 조건에서 배출가스 부피 유량을 측정하여 배출가스 부피 유량의 특성을 파악하였고, 이를 차량 관성중량에 대한 함수 형태로 정리함으로서 유량계를 사용하지 않고도 통계적으로 활용 가능한 질량 환산 결과를 얻을 수 있도록 하였다. 최종적으로, 연구결과의 효과적인 활용을 위해 현장에서 활용 가능한 구체적인 방법을 제시함으로서 국가 환경 정책 운용에 도움이 될 수 있도록 하였다.
- 본 연구에서는 배출가스 부피 유량에 대해 뚜렷한 2차 함수의 상관성 을 보여 주었던 차량 관성 중량을 독 립 변수로 하여 식 (3)과 같은 배 출가스 부피 유량 함수를 도출하였다. 식 (3)은 Table 2의 시험 차량 10대 및 추가 시험 차량 7대의 ASM 2525 모드 시험 결과를 바탕으로 한 결과로서, 결정 계수(R2)는 0.
- 본 연구에서는 배출가스중의 이산화탄소를 트레이서 가스로 사용하는 트레 이서 방법을 통해 배출가스 부피 유량을 측정하였다. 이 방법은 과도 운전 시에는 사용이 어렵지만, 정상상태 운전에서는 정확한 측정 이 가능하며,15) 본 연구와 시험 장비 구성이 유사한 타 연구에도 적용되어 타당성이 확인된 방법 이다.
- 본 연구에서는 제작차 배출가스 인증시험용 장비와 운행차 배출가스 정밀검사용 장비를 함께 사용하였다. Fig.
- 본 연구의 목적을 효과적으로 달성하기 위해 시험을 (1) 배출가스 부피 유량 측정 시험 및 (2) 농도측정 결과의 질 량 환산 시험 등 두 부분으로 나누어 구성하였다.
- 운행차 배출가스 정밀검사용 장비에 의해 휘발유 승용차 7대의 배출가스 농도를 측정한 후, 배출가스 부피 유량과 각 화학종의 밀도를 이용하여 질량 결과로 환산하였다. 총 28개의 환산 결과를 제작차 배출가스 인증시험용 장비 에 의해 측정된 결과와 비교하여 그 타당성 을 검 증하였다.
- 운행차용 장비로 측정된 배출가스 농도를 각 오염물질의 분자량과 표준상태에서의 밀도를 이용하여 질량 결과로 환산하였다.'6)운행차용 분석기의 헥산 기준 탄화수소 측정값에는 6을 곱하여 ppmC 단위로 환산하였다.
- 운 행 차용 배 출가스 분석기는 제 작차용 분석 기 에 비해 구조가 간단한데, 탄화수소, 질소산화물, 이산화탄소 및 일산화탄소의 농도를 모두 비분산 적외선 법으로 측정한다. 탄화수소는 헥산(C6H14), 질소산화물은 일산화질소(NO)의 흡수파장을 기준으로 측정한다 본 연구에서는 운행차용 차대동력계는 사용하지 않고 제작차용 차대동력 계만을 사용하였다.
- 트레이서 방법에 대한 타당성은 이미 확인 된 바 있으나, 배출가스 부피 유량 측정의 중요성을 감안하여 두 운전조건에서 검증 시험을 실시하였다. Fig.
- 휘발유 승용차 4대의 배출가스 부피 유량을 측정하여 배기량, 관성중량, 엔진 회전속도 및 차량비 출력 (Vehicle Specific Power, VSP) 의 변화에 따른 배출가스 부피 유량의 변화를 파악하였다.
대상 데이터
- 총 28개의 환산 결과를 제작차 배출가스 인증시험용 장비 에 의해 측정된 결과와 비교하여 그 타당성 을 검 증하였다. 시험 모드는 Table 1 의 운전점 중 차속 40 km/h, 차량비출력 5.4 kW/ton 인 운전점을 사용하였는데, 이는 국내 휘 발유 자동차의 정밀검사 모드인 ASM 2525 모드 운전점이다.
- 시험 모드는 일정한 차량비출력 조건하에서 400 초 동안 정속 상태로 주행하는 정속 주행 모드를 사용하였다. 차량비 출력 은 가속 모사모드에서 의 도로 부하를 나타내는 지표"로서, 차량의 속도 및 가속도를 포함하는 동시에 차량 중량에 대한 비출력이라는 점에서 차량 시험 결과 분석에 활용도가 높은 변수라 할 수 있다.
- 시험 차량은 휘발유 승용차 10대로서, 주요 제원 및 적용된 시험 내용은 다음Table 2와 같다. 연료는 시 중에서 판매 되는 일반 휘 발유를 사용하였다.
- 연료는 시 중에서 판매 되는 일반 휘 발유를 사용하였다.
- 9개의 운전점이다. 차량비출력 구간은 이전 연구에서 활용된 구간을 준용하였다.' 각 운전점은 평탄한 도로를 정속 주행할 때 필요한 도로부하보다 최대 4.
이론/모형
- 장비이다. 운 행 차용 배 출가스 분석기는 제 작차용 분석 기 에 비해 구조가 간단한데, 탄화수소, 질소산화물, 이산화탄소 및 일산화탄소의 농도를 모두 비분산 적외선 법으로 측정한다. 탄화수소는 헥산(C6H14), 질소산화물은 일산화질소(NO)의 흡수파장을 기준으로 측정한다 본 연구에서는 운행차용 차대동력계는 사용하지 않고 제작차용 차대동력 계만을 사용하였다.
- 22 m의 롤러 1개와 롤러의 관성을 기계적, 전기적으로 제어하는 제어장비로 구성되어 시험 차량의 부하를 설정한다. 주행 중 발생된 시험 차량의 배출가스와 희석용 공기가 섞인 희석 배출가스는 정 용량 시료 채취 장비에 의해 일정한 양만큼 테플론 백 (bag)에 담겨지게 되며, 배출가스 분석기는 탄화수소는 화염이온화법, 질소산화물은 화학발광법, 그리 고 이산화탄소와 일산화탄소는 비분산 적 외선 법을 이용하여 그 농도를 측정 한다. 농도 결과는 정 용량 시료 채취 장비 에서 측정된 배출가스 부피 유량을 이용하여 질 량 결과로 최종 환산된다.
성능/효과
- 3) 정밀검사의 농도 결과를 질량 결과로 환산함으로서 이를 활용한 정속 주행 연비 측정 이 가능하도록 하였다.
- 4) 운행차 정밀검사 현장에서 쉽게 적용 가능한 대기 오염물질 배출계수 및 연비 산출 방안을 제시함으로서 연구 결과가 국가 교통 환경 데이터 베이 스 구축 등에 실제 적 으로 활용될 수 있도록 하였다
- 7은 MODAL(e) 배출계수 결과를 이용하여 구한 연비를 MODAL(m) 배출계수 결과를 이용하여 구한 연비와 비교한 것이다. MODAL(e) 연비 결과는 MODAL(m) 연비 대 비 평균 1 % 이 내, 최대 +/- 6.5 % 이내의 편차를 갖는 결과를 보임을 확인하였다. 현재 정밀검사 시의 연비 결과는 전혀 축적되어 있지 않기 때문에, 본 연구 결과는 지 역별, 연식별, 주행 거리별로 세분화된 국가 차량 연비 정보를 구축하는 데 일조할 것으로 사료된다.
- 식 (3)은 Table 2의 시험 차량 10대 및 추가 시험 차량 7대의 ASM 2525 모드 시험 결과를 바탕으로 한 결과로서, 결정 계수(R2)는 0.96 이다 paired-t 검정 결과, 배출가스 부피 유량 측정 값과 함수값 사이 에는 통계적으로 유의한 차이가 없음을 확인하였다. Fig.
- 시험 주행 모드의 차이를 감안할 때, 두 결과는 비교적 유사한 수준으로서, 이와 같은 유사성은 본 연구를 통해 얻어진 40 km/h 정속 배출계수의 활용 가능성을 시사하는 결과이다. 더불어 향후 정속 주행모드와 과도(transient) 주행모드 간의 측정 결과 상관성을 보다 명확히 파악함으로서 그 활용의 폭을 더욱 넓힐 수 있을 것으로사료된다.
- 93 이상의 값을 보이는 등, 정량적, 정성적으로 뛰어난 일치를 보이고 있다. 이는 본 연구를 통해 얻어진 배줄가스 부피 유량 함수를 이용하여 정밀검사 결과를 g/km 단위를 갖는 배출계수로 환산하는 것이 타당한 접근 방법임을 입증하는 결과라 할 수 있다
- 결과인 배출계수로 환산하였다. 제작차용 장비와 운행차용 장비간의 측정 원리 및 정밀도 차이를 고려할 때, 환산 결과는 측정 결과와 정량적, 정성적으로 좋은 일치를 보이고 있다.
- 환산하였다. 총 28개의 환산 결과를 제작차 배출가스 인증시험용 장비 에 의해 측정된 결과와 비교하여 그 타당성 을 검 증하였다. 시험 모드는 Table 1 의 운전점 중 차속 40 km/h, 차량비출력 5.
- 다양한 사양을 갖는 시험 차량에 대해 여러 운전 조건에서 배출가스 부피 유량을 측정하여 배출가스 부피 유량의 특성을 파악하였고, 이를 차량 관성중량에 대한 함수 형태로 정리함으로서 유량계를 사용하지 않고도 통계적으로 활용 가능한 질량 환산 결과를 얻을 수 있도록 하였다. 최종적으로, 연구결과의 효과적인 활용을 위해 현장에서 활용 가능한 구체적인 방법을 제시함으로서 국가 환경 정책 운용에 도움이 될 수 있도록 하였다.
후속연구
- 5) 본 연구를통해 얻을 수있는배출계수및 연비는 비 록 차속 40 km/h의 정 속 주행 이 라는 제 한된 주행 조건에 대한 것이지만, 추가 비용 부담 없이지 역 별, 연식 별, 주행거리 별로 세분화된 많은 자료를 얻을 수 있다는 점에서 그 기 대 효과가 크다고 하겠다.
- 시사하는 결과이다. 더불어 향후 정속 주행모드와 과도(transient) 주행모드 간의 측정 결과 상관성을 보다 명확히 파악함으로서 그 활용의 폭을 더욱 넓힐 수 있을 것으로사료된다.
- 정용량 시료 채취 장비는 희석 배출가스의 부피 유량을 측정 함으로서 대기 오염 물질의 농도를 질량으로 환산할 수 있도록 한다. 따라서, 최종 시험 결과가 g/km의 질량 단위로 산출되어야 하는 제작차 인증시험에는 이 장비가 반드시 필요한 반면, 최종 결과가 ppm 또는 %의 농도 단위 로 산출되 기 만 하면 되는 운행차 정밀검사에는 필요 없게 된다.
- 또한, 정속 주행모드와 과도(transient) 주행모드 간의 측정 결과 상관성 을 파악하여 ASM 2525 모드를 통해 얻어진 정속 배출계수를 보다 폭넓게 활용할 수 있도록 할 계획이다,
- 본 연구결과를 통해 배출가스 부피 유량 함수의 활용 가능성이 확인된 바, 보다 다양한 제원을 갖는 많은 대수의 차량 시험을 통한 광범위한 배출가스 부피 유량 데이터베이스를 구축할 계획이다. 또한, 정속 주행모드와 과도(transient) 주행모드 간의 측정 결과 상관성 을 파악하여 ASM 2525 모드를 통해 얻어진 정속 배출계수를 보다 폭넓게 활용할 수 있도록 할 계획이다,
- 이렇게 얻어진 배출계수는 차속 40 km/h의 정속주행이라는 제한된 주행 조건에서 얻어진 것이기 때문에, 보다 폭넓은 활용을 위해서는 배출계수 산정을 위해 사용되어지는 과도(transient) 주행모드 측정 결과와의 상관성을 파악할 필요가 있다. Table 4 에 본 시험을 통해 얻어진 8대 시험차량의 배출계수 수준과 휘발유 승용차에 대해 산정된 국가 배출계수18)를 비교하였다.
- 5 % 이내의 편차를 갖는 결과를 보임을 확인하였다. 현재 정밀검사 시의 연비 결과는 전혀 축적되어 있지 않기 때문에, 본 연구 결과는 지 역별, 연식별, 주행 거리별로 세분화된 국가 차량 연비 정보를 구축하는 데 일조할 것으로 사료된다.
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