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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 내연기관 차량의 연료 (가솔린, LPG, 경유)의 CO2 배출물과 연비와의 상관관계를 파악하기위하여 현재 국내 연비시험 주행모드인 시가지주행모드 (CVS-75모드)와 고속주행모드 (HWFET)를 사용하여 시험을 진행하였고, 또한 차량의 중량 비교에 따른 연비특성을 연구하였다.
제안 방법
- CO2와 연비의 상관관계를 해석하기 위한 시가지주행모드는 총 3개의 phase로 구성되어 있으며, 예비주행을 수행한 차량을 25℃ 의 항온항습 되는 공간에서 12시간이상 36시간미만 차량을 방치하여 차량상태를 안정화시킨 후 시험을 진행한다. 저온시동 구간인 Phase1은 평균속도 40.
- 아래 그림에서 보는바와 같이 차량의 무게에 따라 연비 차이가 나는 것을 확인 할 수 있다. 공차중량이약 1200, 1400, 1700, 2000kg 차량 4대를 가지고 시가지 주행모드와 고속도로주행모드에 대하여 연비와 CO2를 비교해 보았다. 시가지주행모드에서 중량이 1,200kg 차량과 1,400kg 차량을 비교 하였을 때 무게는 12.
- 내연기관차량의 연비와 CO2와의 상관관계, 시가지주행모드와 고속도로주행모드에 따른 연비 및 배출가스의 비교, 차량중량에 따른 시가지주행모드와 고속도로주행모드의 연비비교 시험을 통하여 아래와 같은 결론을 얻었다.
대상 데이터
- 본 연구의 사용된 시험모드는 국내의 연비시험 모드인 시가지주행모드(CVS-75)와 고속주행모드이며, Fig. 2는 주행시험 모드를 나타낸 것이다.
- 1에 나타내었다. 시험 장치는 크게 두 부분으로 나누어져 있으며 도로주행을 모사할 수 있는 AVL사의 48 inch single roll (4WD) AC motor MIM 방식 차대동력계와 주행 시 차량에서 배출되는 배기가스를 일정유량으로 포집할 수 있는 시료채취장치(CVS), 배기가스 (CO, CO2, THC, NOx등)를 분석하는 HORIBA사의 M EXA-7400LE 배기측정기기로 나뉘어져 있다.
- 실험대상 차종은 연료별로 국내에서 판매되고 있는 휘발유, LPG, 경유 차량을 선정하고, 차량의 중량별 비교 시험의 차량은 동일제작사의 무게가 다른 3차종의 차량으로 선정하여 에너지소비성능 비교 평가를 실시하였으며, LPG차량은 2대, 가솔린차량 3대, 경유차량 3대, 중량별로 사용한 시험차량은 토요타사의 무게가 다른 3대의 제원은 Table 1과 같다.
성능/효과
- 1) 차량에서 나오는 배출가스중 CO2 배출량이 적을수록 차량의 연비는 높고, 디젤차량이 가솔린, LPG 차량에 비하여 CO2 배출량이 적으며, 가솔린과 LPG 차량에서 배출되는 CO2의 양이 같아도 연료에 포한된 탄소의 비중에 따라 차이가 있다.
- 2) 사용연료에 따라 시가지주행모드와 고속도로주모드를 비교해본결과 차량의 웜업 조건과 주행모드에 조건에 따라 저온시동으로 출발하는 시가지주행모드에서는 연비와 배출가스에서 불리하고, 웜업을 주행하고 고속주행을 하는 고속도로주행모드는 시가지주행모드에 비하여 연비와 배출가스가 유리 한 것을 알 수 있었다.
- 3) 차량의 중량에 따라 시가지주행모드와 고속도로주모드를 비교해본결과 중량과 배기량에 따라 다소 차이는 있지만 시가지주행모드와 고속도로 주행모드에서 중량이 무거운 차량이 가벼운 차량보다 연비가 불리하게 나타내는 것을 알 수 있었고, 정차구간 없이 주행 하는 고속도로주행모드보다 정차구간이 많은 시가지주행모드에서 차량의 구배저항으로 인하여 연비에 영향을 주는 것을 확인할 수 있었다.
- 3%가량 나타내는 것을 확인할 수 있다. 고속도로주행모드 (HWFET)에서는 가솔린 연료의 경우 CO2 배출량이 22.2%가량의 배출차이가 있을 때 연비는 18.2%가량 차이를 나타내지만 LPG연료의 경우에는CO2 배출량의 차이가 0.9% 가량 더 배출되었을 때 연비의 차이 1.3%차이를 보이고 디젤 연료의 경우에는 CO2 배출량의 차이가 38.1% 가량 더 배출되었을 때 연비의 차이는 27.6%가량 나타내는 것을 확인 할 수 있다. 이는 자동차에서 배출되는 CO2의 배출량은 연비와 상관관계를 이루고 있다고 판단된다.
- 2% 가량 차이를 나타내었다. 고속도로주행모드에서 중량이 1,200kg 차량과 1,400kg 차량을 비교 하였을 때 무게는 12.8%가량 차이가 나지만 CO2 배출량은 약 0.9%가량 차이를 나타내었고 연비는 약 1.3% 가량 차이를 나타내었고, 중량이 1,400kg 차량과 1,700kg 차량을 비교 하였을 때 무게는 22.0%가량 차이가 나지만 CO2 배출량은 약 17.8%가량 차이를 나타내었고 연비는 약15.1% 가량 차이를 나타내었으며, 중량이 1,700kg 차량과 2,000kg 차량을 비교 하였을 때 무게는 19.2%가량 차이가 나지만 CO2 배출량은 약 13.9%가량 차이를 나타내었고 연비는 약12.3% 가량 차이를 나타내었다. 차량의 중량은 배기량에 따라 다소 차이가 있을 수 있지만 차량의 중량이 연비에 미치는 영향은 정차구간이 없는 고속도로주행모드 보다는 여러 번의 정차구간이 있는 시가지주행모드에서 더 영향을 주는 것을 확인 할 수 있었다.
- 배기량과 차량의 중량 변속기 등에 따라 다소 차이가 있을 수 있지만 사용연료에 따라 LPG 연료의 경우 시가지주행모드 보다 고속도로주행모드에서 55%~70%가량 연비가 향상되고, 가솔린연료의 경우에는 33.5%~54%가량 연비가 향상되었으며, 디젤차량의 경우에는 34%~39%가량 연비가 향상됨을 나타내었다. 여기서 디젤차량의 연비는 가장 높았지만 가솔린과 LPG를 사용한 차량보다 다소 연비향상 효과를 보이지 않음을 확인하였다.
- 이것은 예비주행을 수행한 차량을 25℃의 항온항습 되는 공간에서 12시간이상 36시간미만 차량을 방치하여 차량상태를 안정화시킨 후 시험을 진행한 시가지주행모드는 저온시동 테스트가 진행되었고 고속도로주행모드는 차량의 조건을 맞추기 위한 예비주행 싸이클을 주행 후 측정을 하기 때문에 차량의 웜업 상태에 따라 배출가스의 차이가 있다고 판단되었다. 시가지주행모드 주행의 연비보다 고속도로주행모드에서 연비가 높게 나오는 것을 확인 할 수 있는데 이것은 시가지주행모드는 총 18개의 싸이클과 정차구간으로 구성되어있고 평균속도가 40.4km/h의 저속을 위주로 되어있지만, 고속도로주행 모드는 웜업 구간을 포함하여 총 두 개의 싸이클로 구성이 되어있으며 평균속도 96.4km/h의 고속 싸이클로 구성되어 연비차이가 있다고 판단된다.
- 공차중량이약 1200, 1400, 1700, 2000kg 차량 4대를 가지고 시가지 주행모드와 고속도로주행모드에 대하여 연비와 CO2를 비교해 보았다. 시가지주행모드에서 중량이 1,200kg 차량과 1,400kg 차량을 비교 하였을 때 무게는 12.8%가량 차이가 나지만 CO2 배출량은 약 13.5%가량 차이를 나타내었고 연비는 약12.3% 가량 차이를 나타내었고, 중량이 1,400kg 차량과 1,700kg 차량을 비교 하였을 때 무게는 22.0%가량 차이가 나지만 CO2 배출량은 약 22.1%가량 차이를 나타내었고 연비는 약17.6% 가량 차이를 나타내었으며, 중량이 1,700kg 차량과 2,000kg 차량을 비교 하였을 때 무게는 19.2%가량 차이가 나지만 CO2 배출량은 약 23.8%가량 차이를 나타내었고 연비는 약19.2% 가량 차이를 나타내었다. 고속도로주행모드에서 중량이 1,200kg 차량과 1,400kg 차량을 비교 하였을 때 무게는 12.
- 아래 그림에서 보는바와 같이 시가지주행모드 (CVS75)에서 사용연료에 따라 CO2 배출량이 많은 차량의 연비가 적게 나오는 것을 나타내고 있고, 가솔린 연료의 경우 CO2 배출량이 34.5%가량의 배출차이가 있을 때 연비는 25.6%가량 차이를 나타내지만 LPG연료의 경우에는 CO2 배출량의 차이가 13.5% 가량 더 배출되었을 때 연비의 차이 12.3%차이를 보이고 디젤 연료의 경우에는 CO2 배출량의 차이가 43.2% 가량 더 배출되었을 때 연비의 차이는 30.3%가량 나타내는 것을 확인할 수 있다. 고속도로주행모드 (HWFET)에서는 가솔린 연료의 경우 CO2 배출량이 22.
- 5%~54%가량 연비가 향상되었으며, 디젤차량의 경우에는 34%~39%가량 연비가 향상됨을 나타내었다. 여기서 디젤차량의 연비는 가장 높았지만 가솔린과 LPG를 사용한 차량보다 다소 연비향상 효과를 보이지 않음을 확인하였다.
- 3% 가량 차이를 나타내었다. 차량의 중량은 배기량에 따라 다소 차이가 있을 수 있지만 차량의 중량이 연비에 미치는 영향은 정차구간이 없는 고속도로주행모드 보다는 여러 번의 정차구간이 있는 시가지주행모드에서 더 영향을 주는 것을 확인 할 수 있었다. 이는 정차후 출발할 때 차량의 구배저항으로 인하여 연비의 영향을 주는 것으로 판단된다.
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