차량에 탑재하여 운행 중 배출가스를 측정할 수 있는 이동식 배출가스 장비(PEMS)를 활용한 결함확인검사 방법을 미국은 2007년부터 시행하였고, 유럽은 2013년 EURO6부터 도입할 계획을 수립했다. 따라서 한국도 국내의 대형차 배출가스 관리의 중요성을 고려할 때 PEMS를 활용한 실 도로 주행 특성을 반영한 측정 방법의 도입이 필요한 시점이다. PEM의 다양한 활용 방안을 위하여 도로유형, 매연저감장치 및 공회전제한장치 그리고 에어컨 작동에 따른 배출가스 평가를 수행하였다. 본 연구는 PEMS을 활용한 상용차 결함확인 검사 방법을 분석하여 국내 실정에 적합한 대형차 결함확인 검사제도 시행에 필요한 기초자료를 마련하고자 한다.
차량에 탑재하여 운행 중 배출가스를 측정할 수 있는 이동식 배출가스 장비(PEMS)를 활용한 결함확인검사 방법을 미국은 2007년부터 시행하였고, 유럽은 2013년 EURO6부터 도입할 계획을 수립했다. 따라서 한국도 국내의 대형차 배출가스 관리의 중요성을 고려할 때 PEMS를 활용한 실 도로 주행 특성을 반영한 측정 방법의 도입이 필요한 시점이다. PEM의 다양한 활용 방안을 위하여 도로유형, 매연저감장치 및 공회전제한장치 그리고 에어컨 작동에 따른 배출가스 평가를 수행하였다. 본 연구는 PEMS을 활용한 상용차 결함확인 검사 방법을 분석하여 국내 실정에 적합한 대형차 결함확인 검사제도 시행에 필요한 기초자료를 마련하고자 한다.
Since 2007, the defect confirmation test for vehicles using PEMS has been enforced in USA. This test can measure emissions from on-street vehicles using a device mounted on a car. Europe has confirmed its plan for introducing this test from EURO6, 2013. Thus, the Korean government is also under pres...
Since 2007, the defect confirmation test for vehicles using PEMS has been enforced in USA. This test can measure emissions from on-street vehicles using a device mounted on a car. Europe has confirmed its plan for introducing this test from EURO6, 2013. Thus, the Korean government is also under pressure to adopt this method that reflects the real-world driving conditions using PEMS, considering the emission controls for domestic heavy-duty vehicles. To provide various utilizations of the PEM, this emission test has been developed in accordance with the type of driving road, DPF, ISG, and air conditioner. This research aims to provide the fundamental materials for implementing defect confirmation tests for commercial vehicles, which are appropriate for domestic emission control situations, after studying the defect confirmation test methods for heavy-duty vehicles using PEMS.
Since 2007, the defect confirmation test for vehicles using PEMS has been enforced in USA. This test can measure emissions from on-street vehicles using a device mounted on a car. Europe has confirmed its plan for introducing this test from EURO6, 2013. Thus, the Korean government is also under pressure to adopt this method that reflects the real-world driving conditions using PEMS, considering the emission controls for domestic heavy-duty vehicles. To provide various utilizations of the PEM, this emission test has been developed in accordance with the type of driving road, DPF, ISG, and air conditioner. This research aims to provide the fundamental materials for implementing defect confirmation tests for commercial vehicles, which are appropriate for domestic emission control situations, after studying the defect confirmation test methods for heavy-duty vehicles using PEMS.
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문제 정의
(4) 소형차에서 배출되는 질소산화물을 PEMS를 이용하여 실 도로에서 측정한 값과 모드상에서 측정된 값을 비교한 결과에 있어서 특히 질소 산화물 배출가스에서는 상당한 차이가 있음을 보였다.(5,6) 5대의대형엔진과 다른 DPF를 장착하여 PEMS의 특성을 평가하고자 했다.(7) 섀시동력계를 이용한 배출 가스 시험에서는 실 도로 상태와 차량의 주행 패턴을 반영하는데 한계를 나타냈다.
따라서 특정 주행모드가 아닌 실차에서 발생가능한 모든 조행 조건을 반영할 수 있는 제도적인 규제가 필요하다. 본 연구는 자동차배출가스관리 차원에서 PEMS을 활용 타당성을 검토하기위해서 도로유형에 따른 자동차 배출가스 특성, 매연저감장치(DPF) 및 공회전제한장치(ISG) 실 도로 평가, 에어컨 작동에 따른 배출가스를 평가하여 향후 제작 차 배출허용기준을 강화하는데 실효성을 더욱 제고할 수 있는 정책을 마련하는데 기초 자료로 활용하고자 한다.
PEMS의 가장 큰 장점은 도로를 실제로 주행하면서 속도, 가속도 등 주행특성과 배출가스를 동시에 측정할 수 있다는 점이다. 자동차 배출가스에 영향을 줄 수 있는 요소는 매우 다양하므로 데이터의 산포는 있지만, 적정한 구간을 선정하고 평값을 구하고자 실험을 진행했다. 주행경 로를 도심(과학원-공촌사거리-독정사거리, 9km), 교외(수송도로, 12km), 전용도로(올림픽도로, 30km) 구간으로 구분하고 고속도로 주행 시 톨게이트 진출입을 기준으로 구분하여 배출가스 특성을 조사하였다.
제안 방법
(1,2) 다음의 경우는 3대의 가솔린과 경유 자동차에 각각 PEMS을 장착하여 도로 특성에 따른 가스상의 배출가스(CO, THC, NOX)와 미세먼지를 Number(#/km)와 Mass(g/km)로 분리해서 측정했다.
(3) 6대의 다른 PEMS를 이용하여 실 도로 주행에서의 배출가스측정이 이루어졌으며 각각의 PM-PEMS에 대한 평가를 수행했다.
Fig. 4는 올림픽도로의 행주 대교에서 종합운동장까지 4개의 구간으로 나누어서 주행 특성과 배출가스 특성을 비교하였다. 시험 기간 중 행주 대교- 여의도 상류 IC까지는 정체가 거의 없었는데 평균속도는 염창IC-여의상류 IC 구간이 더 높게 나타났다.
대형차의 실 도로 배출가스 허용 기준 강화의 실효성을 높이기 위하여 이동식 배출가스 측정장비(PEMS)를 이용해서 실 도로 배출가스 평가는도로유형, DPF, 공회전 제한장치, 에어콘 가동에따라서 주행 시험이 실시되었으며 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
공회전 제한장치의 특성상 차량의 주정차가 빈번한 조건에서 주로 동작하여 CO2의 저감 효과를 기대할 수 있기 때문이다. 이를 반영하여 환경부에서는 공회전제한장치의 적용차종을 시내버스, 택배트럭, 택시로 한정하고 있다, 동일 주행 경로에서 공회전제한장치 on-off를 번갈아 2회 시행하였고, 그때의 배출가스 평균값을 Fig. 6에 나타내었다. 공회전제한장치 동작 시에 약 8.
자동차 배출가스에 영향을 줄 수 있는 요소는 매우 다양하므로 데이터의 산포는 있지만, 적정한 구간을 선정하고 평값을 구하고자 실험을 진행했다. 주행경 로를 도심(과학원-공촌사거리-독정사거리, 9km), 교외(수송도로, 12km), 전용도로(올림픽도로, 30km) 구간으로 구분하고 고속도로 주행 시 톨게이트 진출입을 기준으로 구분하여 배출가스 특성을 조사하였다.
대상 데이터
실 도로 주행 시험에 활용한 시험 차량의 제원은 Table 1에 나타내었다. 시험 차량은 탑차 형태로 개조되었고 평가에 활용한 DPF는 수도권 대기환경개선에 관련된 인증을 받은 소형복합 DPF를 이용했고 공회전 제한 장치 또한 대기환경보전법에 따라 택배 트럭으로 인증을 받은 장치를 적용했다.
주행경로는 Fig. 1에 나타낸 바와 같이 국립환경과학원을 출발하여 도심, 교외, 차량 전용 도로, 그리고 고속도로의 특성을 반영할 수 있도록 인천공항고속도로 경로를 이 나타날 수 있는 경로를 선정했다. 공회전 제한장치의 평가 시에는 도심경로만을 평가에 활용했다.
성능/효과
(1) 소형 화물자동차의 실제 도로 주행 중 배출가스를 측정한 결과, CO, THC, Soot는 대체로 배출 허용 기준이었으나, NOx는 고속 운전 조건에서 배출 허용기준의 1.5~2.5배 수준으로 과다 배출되었다. 고속운전조건에서 NOx 저감 장치인EGR의 작동 이상에서 비롯되었다고 판단된다.
(2) 도로 유형에 따른 단위 주행거리 당 배출가스 특성을 분석한 결과 CO, THC은 도심 운행 조건에서, NOX는 고속도로 주행조건에서 배출량이가장 높았다. Soot 는 평균속도가 높아짐에 따라 감소하였고, CO2는 60km/h 까지는 평균속도가 증가함에 따라서 감소하지만, 그이상에서는 증가하는 특성을 나타내었다.
(3) PEMS를 이용하여 소형경유화물자동차의입자상물질 저감장치 (DPF) 및 공회전제한장치(ISG) 부착시 실 도로 배출가스 저감 특성을 평가한 결과, DPF 장착으로 약 90% 의 Soot , ISG동작으로 약 7.7%의 CO2 감소 효과를 확인하였다. 또한 에어컨 가동시에는 약 14.
(3) 6대의 다른 PEMS를 이용하여 실 도로 주행에서의 배출가스측정이 이루어졌으며 각각의 PM-PEMS에 대한 평가를 수행했다.(4) 소형차에서 배출되는 질소산화물을 PEMS를 이용하여 실 도로에서 측정한 값과 모드상에서 측정된 값을 비교한 결과에 있어서 특히 질소 산화물 배출가스에서는 상당한 차이가 있음을 보였다.(5,6) 5대의대형엔진과 다른 DPF를 장착하여 PEMS의 특성을 평가하고자 했다.
3은 구간의 평균속도에 따른 실 도로 배출가스 특성을 나타내었다. CO, THC는 저속 주행구간에서 배출가스가 높게 나타났고, NOX는 평균속도 60km/h 까지는 감소하는 추세이지만, 속도가 더 증가하면 급격하게 증가하는 경향을 나타내었다. CO2도 평균속도 60km/h 까지는 감소하는 추세이지만, 더 높은 속도에서는 증가하는 경향을 보였다.
CO, THC는 저속 주행구간에서 배출가스가 높게 나타났고, NOX는 평균속도 60km/h 까지는 감소하는 추세이지만, 속도가 더 증가하면 급격하게 증가하는 경향을 나타내었다. CO2도 평균속도 60km/h 까지는 감소하는 추세이지만, 더 높은 속도에서는 증가하는 경향을 보였다. 평균속도 40km/h 내외의 교외와 전용도로 구간에서는 평균속도가 유사함에도 불구하고 전용도로 구간에서 NOx 와 CO2는 낮게 나타났다.
9%로 가장 높았고 교외와 전용도로에서도 유사한 증가율을 보였다. CO와 THC에는 큰 변화가 없는 것으로 판단되지만, 에어컨 가동시는 EGR을 적용 하지않은 상태에서 NOx는 평균 165%으로 모든 도로 주행구간에서 크게 증가했다.
이는 잦은 주정차 특성으로 인하여 배기가스 온도가 상대적으로 낮아서 산화촉매의 저감 효율이 낮기 때문으로 판단된다. NOx는 고속도로에서 가장 높게 나타났고 Soot는 대체로 평균 속도가 높은 도로에 서 낮아졌는데, CO2는 전용도로에서 가장 낮았고, 고속도로에서는 다소 증가하였다.
는 고속도로 주행조건에서 배출량이가장 높았다. Soot 는 평균속도가 높아짐에 따라 감소하였고, CO2는 60km/h 까지는 평균속도가 증가함에 따라서 감소하지만, 그이상에서는 증가하는 특성을 나타내었다. 올림픽도로의 한남대교-종합운동장 구간으로 한정하여 데이터를 분석한 결과 평균속도가 20km/h에서 50km/h 로 증가하면 약 45%의 CO2 배출량이 감소하는 것을 실측으로 확인하였다.
여의 상류 IC-종합운동장 구간은 도로정체에 따라 평균속도가 변하고, 배출량 변화도 함께 나타났다. 가장 뚜렷한 변화를 볼 수 있었던 구간인 한남대교-종합운동장 구간의 CO2 배출특성을 보면, 평균속도가 20km/h에서 50km/h으로 높아지면 CO2 배출은 207.1g/km에서 142.3g/km 로 약 45%가 적게 배출되는 것으로 나타났다. 이러한 조사 결과는 특정 도로 구간의 정체도 개선에 따른 CO2 저감 기대 효과를 실제로 확인할 수 있다는 점에서 의미가 있을 것으로 판단된다.
7% 저감되었다. 공회전시 엔진 정지효과는 배출가스 측면에서도 나타났는데 평균적으로 CO 0.015g/km, THC 0.017g/km가 감소되었다. 엔진 정지 시에는 배기가스 온도 감소에 따른 산화 촉매 효율에 저하가 우려되었으나, 실제로 큰 문제가 없는 것으로 판단된다.
6에 나타내었다. 공회전제한장치 동작 시에 약 8.4%의 연료소모가 감소되었고, CO2는 7.7% 저감되었다. 공회전시 엔진 정지효과는 배출가스 측면에서도 나타났는데 평균적으로 CO 0.
7%의 CO2 감소 효과를 확인하였다. 또한 에어컨 가동시에는 약 14.2% 의 연료가 추가로 소모되고 CO2는 15.3% 증가했으며EGR 동작 중단으로 NOx는 165% 가 증가하였다.
8%의 저감 효율을 나타내었다. 실 도로에서 Soot의 저감 효율은 평균 91.8% 수준이었고, 도심, 교회, 전용도로 구간에서 유사하게 나타났다. 인증시험과 시험차량 및 배출가스 수준이 다르고, 실 도로에서는 Soot 만을 측정한 결과이므로 직접적인 비교는 어렵지만, DPF 인증기준이 PM80% 이상임을 고려한다면 실 도로에서도 입자상물질은 인증기준 이상의 감소 효율이 나타나는 것으로 판단된다.
Soot 는 평균속도가 높아짐에 따라 감소하였고, CO2는 60km/h 까지는 평균속도가 증가함에 따라서 감소하지만, 그이상에서는 증가하는 특성을 나타내었다. 올림픽도로의 한남대교-종합운동장 구간으로 한정하여 데이터를 분석한 결과 평균속도가 20km/h에서 50km/h 로 증가하면 약 45%의 CO2 배출량이 감소하는 것을 실측으로 확인하였다. 이와 같이 PEMS는 도로 유형과 특정구간의 주행 특성에 따른 자동차의 배출량의 영향을 분석하는데 활용될 수 있다.
8% 수준이었고, 도심, 교회, 전용도로 구간에서 유사하게 나타났다. 인증시험과 시험차량 및 배출가스 수준이 다르고, 실 도로에서는 Soot 만을 측정한 결과이므로 직접적인 비교는 어렵지만, DPF 인증기준이 PM80% 이상임을 고려한다면 실 도로에서도 입자상물질은 인증기준 이상의 감소 효율이 나타나는 것으로 판단된다. 평균적으로 THC는 81.
5에 나타내었다. 장착된 DPF는 인증 시험시 CVS-75 주행모드로 PM 98%, THC 42%, CO62.8%의 저감 효율을 나타내었다. 실 도로에서 Soot의 저감 효율은 평균 91.
CO2도 평균속도 60km/h 까지는 감소하는 추세이지만, 더 높은 속도에서는 증가하는 경향을 보였다. 평균속도 40km/h 내외의 교외와 전용도로 구간에서는 평균속도가 유사함에도 불구하고 전용도로 구간에서 NOx 와 CO2는 낮게 나타났다. 이는 속도 이외의 인자의 영향에 의해서 비롯되는데 주행패턴 분석에서 전용도로의 평균 가속도가 교외보다 낮게 나타난 것과 교외구간의 신호로 인한 대기 기간과 관련이 있을 것으로 사료된다.
인증시험과 시험차량 및 배출가스 수준이 다르고, 실 도로에서는 Soot 만을 측정한 결과이므로 직접적인 비교는 어렵지만, DPF 인증기준이 PM80% 이상임을 고려한다면 실 도로에서도 입자상물질은 인증기준 이상의 감소 효율이 나타나는 것으로 판단된다. 평균적으로 THC는 81.5%, CO는 49.8%의 저감 효과를 나타내었는데 도심구간에서는 높았고, 전용도로에서는 낮게 나타났다. 이는 차량에 산화촉매가 부착되어 배기가스 온도가 높은 구간에서는 THC, CO의 산화효율이 높기 때문인 것으로 사료된다.
후속연구
(5,6) 5대의대형엔진과 다른 DPF를 장착하여 PEMS의 특성을 평가하고자 했다.(7) 섀시동력계를 이용한 배출 가스 시험에서는 실 도로 상태와 차량의 주행 패턴을 반영하는데 한계를 나타냈다.(8,9)
고속운전조건에서 NOx 저감 장치인EGR의 작동 이상에서 비롯되었다고 판단된다.또한, SCR 장치가 시급히 도입되어야 할 것으로판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
대형차 부문의 배출가스 관리 대책 개선은 적용 대상의 수는 적지만, 자동차 오염물질에 상당한 영향을줄 수 있는 이유는?
차량 총중량 3.5톤 이상의 대형자동차는 국내의 경우 큰 배기량의 엔진을 장착하고, 주로 승객 및 화물 운송용으로 활용되어 주행거리도 많지만 등록대수는 전체 자동차의 5% 수준이며, 배출량은 2007년 기준으로 전체 자동차 배출량 중 NOx 71%, PM 58%를 점유한다. 따라서 대형차 부문의 배출가스 관리 대책 개선은 적용 대상의 수는 적지만, 자동차 오염물질에 상당한 영향을줄 수 있다.
차량 총중량 3.5톤 이상의 대형자동차 주로 어떤 용도로 활용되는가?
차량 총중량 3.5톤 이상의 대형자동차는 국내의 경우 큰 배기량의 엔진을 장착하고, 주로 승객 및 화물 운송용으로 활용되어 주행거리도 많지만 등록대수는 전체 자동차의 5% 수준이며, 배출량은 2007년 기준으로 전체 자동차 배출량 중 NOx 71%, PM 58%를 점유한다. 따라서 대형차 부문의 배출가스 관리 대책 개선은 적용 대상의 수는 적지만, 자동차 오염물질에 상당한 영향을줄 수 있다.
차량 총중량 3.5톤 이상의 대형자동차는 국내의 경우 어떤 엔진을 장착하는가?
차량 총중량 3.5톤 이상의 대형자동차는 국내의 경우 큰 배기량의 엔진을 장착하고, 주로 승객 및 화물 운송용으로 활용되어 주행거리도 많지만 등록대수는 전체 자동차의 5% 수준이며, 배출량은 2007년 기준으로 전체 자동차 배출량 중 NOx 71%, PM 58%를 점유한다. 따라서 대형차 부문의 배출가스 관리 대책 개선은 적용 대상의 수는 적지만, 자동차 오염물질에 상당한 영향을줄 수 있다.
참고문헌 (9)
Dilara, P., Kousoulidou, M., Fontaras, G., Ntziachristos, L., Bonnel, P. and Samaras, Z., 2013, "Use of Portable Emissions Measurement System for the Development and Valiable of Passenger Car Emission Factors," Atmospheric Environment, 64, pp. 239-338.
Huang, C., Lou, D., Hu, Z., Feng, Q., Chen, Y., Chen, C., Tan, P. and Yao, D., 2013, "A PEMS Study of the Emissions of Gaseous Pollutants and Ultrafine Particles from Gasoline and Diesel-fueled Vehicles," Atmospheric Environment, 77, pp. 703-710.
Khan, M., Johnson, K., Durbin, T., Jung H., Cocker III, D., Bishnu, D. and Giannelli, R., 2012, "Characterization of PM-PEMS for in-use Measurements Conducted During Validation Testing for the PM-PEMS Measurement Allowance Program," Atmospheric Environment, 55, pp. 311-318.
Lee, T., Lee, J. and Kim, J., 2012, "Evaluation of On-Road NOx Emission From a Light Duty Diesel Vehicle Using A Portable Emissions Measurement System," Journal of Korean Society for Atmospheric Environment, Vol. 28, No. 1, pp. 94-104.
Mamakos, A., Bonnel, P., Perujo, A. and Carriero, M., 2013, "Assessment of Portable Emission Measurement Systems (PEMS) for Heavy-Duty Diesel Engines with Respect to Particulate Matter," Atmospheric Environment, 57, pp. 54-70.
Mridul G. and Gregory J., 2001, "Measurement of In-use, On-board Emissions From Heavy-duty Diesel Vehicles: Mobile Emissions Measurement System," SAE 2001-01-3643.
Palmgren, F., Hansen, A. B., Berkowicz, R. and Skov, H., 2001, "Benzene Emission from the Actual Car Fleet in Relation to Petrol Composition in Denmark," Atmospheric Environment, 35, pp. 35-42.
Weiss, M., Bonnel, P., Hummel, R., Provenza, A. and Manfredi, U., 2011, "On-road Emissions of Light-Duty Vehicles in Europe," Environmental Science & Technology, 45, pp. 8575-8581.
Weiss, M., Bonnel, P., Provenza, A., Lambrecht, U., Alessandrini, S., Carriero, M., Colombo, R., Forni, F., Lanappe, G. and Lijour, P., 2012, "Will Euro 6 Reduce the NOx Emissions for New Diesel Dars?-Insights from on-road tests with Portable Emissions Measurement Systems (PEMS)," Atmospheric Environment, 62, pp. 657-665.
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