Korea is the geographic location during the summer, the temperature rising to $35^{\circ}C$ and winter temperature is $-15^{\circ}C$ to reduce the air temperature changes, such as relatively large compared to other countries. This increase or decrease of the harmful exhaust gas...
Korea is the geographic location during the summer, the temperature rising to $35^{\circ}C$ and winter temperature is $-15^{\circ}C$ to reduce the air temperature changes, such as relatively large compared to other countries. This increase or decrease of the harmful exhaust gas discharged from automobile substantially inconvenience a significant impact on the active side of the car engine temperature and exhaust gas reducing device receives a large impact on the atmospheric temperature is regulation to be different. However, domestic vehicle emissions test temperature of $20{\sim}30^{\circ}C$ is it does not reflect this situation the actual test temperature to accurately measure the exhaust gas volume of the vehicle is difficult. In this study, domestic automobile exhaust gas test conditions of a test temperature $20{\sim}30^{\circ}C$ various temperatures, including (35, 25, 0, -7, -15, $-25^{\circ}C$) under the two vehicles (2.0L MPI, 2.4 L GDI) as was discussed with respect to the exhaust gas characteristics of the vehicle according to the ambient temperature gas. As a result, domestic emissions test temperature of $25^{\circ}C$ than average conditions were temperature decreases greenhouse gas emissions and increase overall increased by up to 15 times higher. Air temperature and the engine exhaust gas inconvenience a direct effect on the activation temperature required in the reduction unit is determined to be an increase of emissions and greenhouse gases, and also an increase in the variety of lubricants based lubricating and viscosity reduction, such as the engine oil due to the low temperature of these result It is considered that shows the.
Korea is the geographic location during the summer, the temperature rising to $35^{\circ}C$ and winter temperature is $-15^{\circ}C$ to reduce the air temperature changes, such as relatively large compared to other countries. This increase or decrease of the harmful exhaust gas discharged from automobile substantially inconvenience a significant impact on the active side of the car engine temperature and exhaust gas reducing device receives a large impact on the atmospheric temperature is regulation to be different. However, domestic vehicle emissions test temperature of $20{\sim}30^{\circ}C$ is it does not reflect this situation the actual test temperature to accurately measure the exhaust gas volume of the vehicle is difficult. In this study, domestic automobile exhaust gas test conditions of a test temperature $20{\sim}30^{\circ}C$ various temperatures, including (35, 25, 0, -7, -15, $-25^{\circ}C$) under the two vehicles (2.0L MPI, 2.4 L GDI) as was discussed with respect to the exhaust gas characteristics of the vehicle according to the ambient temperature gas. As a result, domestic emissions test temperature of $25^{\circ}C$ than average conditions were temperature decreases greenhouse gas emissions and increase overall increased by up to 15 times higher. Air temperature and the engine exhaust gas inconvenience a direct effect on the activation temperature required in the reduction unit is determined to be an increase of emissions and greenhouse gases, and also an increase in the variety of lubricants based lubricating and viscosity reduction, such as the engine oil due to the low temperature of these result It is considered that shows the.
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문제 정의
본 연구에서는 국내 자동차 배출가스 시험법 시험온도 조건인 20~30 ℃를 포함하여 다양한 온도조건(35, 25, 0, -7, -15, -25 ℃)하에서 2대의 차량(2.0L MPI, 2.4L GDI)으로 대기온도에 따른 휘발유 자동차의 배출가스 특성에 관하여 논하였다.
제안 방법
차량의 상태를 동일한 조건으로 유지하기 위해 본 시험 전 매회 동일 운전모드로 예비 주행하는 Preconditioning을 실시하였다. 그리고 시험온도 조건에서 12시간 이상 Soaking시킨 후 본 시험을 수행하였다. 모든 시험은 결과의 경향성과 신뢰성을 위해 동일 드라이버로 진행되었으며, 6가지 대기 온도조건(35, 25, 0, -7, -15, -25 ℃) 하에서 배출가스 측정 시험을 진행하였다.
또한 현재의 PM(Particle Matter)을 측정하는 방식이지만 유럽에서는 EURO 5+기준에 수량규제를 실시하도록 하였으므로 극 미세입자에 대한 가솔린자동차 배출특성을 확인하여 향후 기본 자료로 활용하고자 PN(Particle Number)을 측정하였으며, 측정 장치는 Fig. 2에 나타내었다.
그리고 시험온도 조건에서 12시간 이상 Soaking시킨 후 본 시험을 수행하였다. 모든 시험은 결과의 경향성과 신뢰성을 위해 동일 드라이버로 진행되었으며, 6가지 대기 온도조건(35, 25, 0, -7, -15, -25 ℃) 하에서 배출가스 측정 시험을 진행하였다.
시험에 사용된 장비는 유럽의 UN-ECE에서 규정한 시험장비(GPMS)를 배출가스 분석시스템 CVS터널에 설치하여 사용하였고, 입자의 분포 특성을 확인하기 위하여 입자분포 측정 장비(EEPS)를 추가하여 동시에 측정할 수 있도록 하였다.3,4)
2.2 시험방법
시험차량을 실 도로 상황과 동일한 부하조건을 설정하기 위해 차대동력계에서 Coast-Down을 실시하였고. 차량의 상태를 동일한 조건으로 유지하기 위해 본 시험 전 매회 동일 운전모드로 예비 주행하는 Preconditioning을 실시하였다.
시험차량을 실 도로 상황과 동일한 부하조건을 설정하기 위해 차대동력계에서 Coast-Down을 실시하였고. 차량의 상태를 동일한 조건으로 유지하기 위해 본 시험 전 매회 동일 운전모드로 예비 주행하는 Preconditioning을 실시하였다. 그리고 시험온도 조건에서 12시간 이상 Soaking시킨 후 본 시험을 수행하였다.
현재 국내 자동차 배출가스 및 연비 시험법 시험온도 조건은 20~30 ℃이며 대부분의 기관에서 25 ℃± 1 ℃에서 시험을 수행하고 있으므로 본 연구결과에 대한 고찰은 25 ℃를 기준으로 고온(35 ℃)과 저온(0, -7, -15, -25 ℃)로 구분하여 시험결과를 상대 비교하였다.
대상 데이터
시험 모드는 국내 휘발유 차량 배출가스 및 연비시험 모드인 FTP-75 모드로서 주행패턴과 주행조건을 Fig. 3과 Table 3에 나타내었다.
시험에 사용된 차량은 현행의 엔진방식인 MPI와 최근 개발되어 상용화된 GDI 방식의 차량을 각각 1대씩 선정하였으며 차량제원은 Table 2와 같다.
성능/효과
1) 시험차량 모두 온도변화에 따른 배출가스 결과는 온도가 고온에서 저온으로 갈수록 대기오염 물질 및 온실가스가 전반적으로 증가하는 경향을 가지고 있었다.
2) CO는 현행 배출가스 시험온도 평균 조건인 25 ℃에 비해 온도가 낮아질수록 MPI 차량은 최대 약 16배 GDI 차량에선 최대 약 11배 증가하였다.
3) NMHC 또한 온도가 낮아질수록 배출가스가 증가하였으며 두 차량 모두 증가 추이가 유사한 패턴이었고 – 7 ℃ 이하부터 배출가스 허용기준을 초과하였다.
4) NOx의 경우 시험온도 평균 온도인 25 ℃에 비해 온도가 낮아질수록 MPI 차량은 증·감의 영향이 크게 나타나지 않았으나, GDI 차량에서는 최대 5배 이상 증가하였으며 고온에서는 두 차량 모두 80 % 이상 증가하였다.
5) PM은 온도가 낮아질수록 두 차량 모두 배출량은 증가되었으며 최대 15배 이상의 배출량증가를 보였다.
6) 대표적 온실가스인 CO2, CH4, N20 또한 25 ℃보다 온도가 낮아질수록 배출량은 증가 하였다.
NOx는 MPI 차량의 경우 온도가 감소하더라도 배출가스가 증가하지 않고 유사한 결과를 보이고 있는 반면 GDI 차량은 온도가 낮아질수록 크게 증가하여 최대 5배 이상 크게 증가하였다. 또한 고온조건인 35 ℃에서 두 차량 모두 80% 가량 증가하였다.
PM도 온도가 낮아질수록 배출량은 최대 15배 이상 증가되었으며 온도변화에 관계없이 MPI 차량보다 GDI 차량이 많이 배출하고 있는 것을 볼 수 있다. 이러한 결과는 GDI 엔진의 특징으로서 고압으로 압축된 연료를 실린더에 직접 분사하기 때문에 균일하지 않은 내부 연소가 발생하여 나타난 결과라고 할 수 있다.
PN 또한 PM과 유사하게 MPI 차량에 비해 GDI 차량의 배출량이 전체적으로 높았으며 온도가 감소될수록 배출량은 증가되었다. 이는 PM결과와 마찬가지로 GDI 엔진의 연소 특성에 의한 결과일 것으로 판단된다.
그리고 CO2, CH4, N20 등 온실가스를 추가적으로 측정한 결과, 25 ℃보다 온도가 낮아질수록 온실가스 또한 배출량이 점차 증가하는 것을 알 수 있었다.
본 연구결과에서 나타난 바와 같이 국내 배출가스 시험온도 평균 조건인 25 ℃보다 온도가 낮아질수록 배출가스 및 온실 가스는 전반적으로 증가 하였으며 최대 15배 이상 증가하였다.
후속연구
이는 대기온도가 엔진 및 배출가스 저감 장치의 필요 활성화 온도에 직접적인 영향을 끼쳐 배출가스 및 온실가스가 증가한 것으로 판단되며 또한 낮은 온도로 인한 엔진오일 등의 각종 윤활유 계열의 윤활성 감소와 점성의 증가가 이러한 결과를 나타낸 것으로 사료된다. 향후 더 많은 차종으로 추가 보완시험이 필요하겠지만, 본 연구결과를 토대로 해석해 본다면 저온에서의 차량 운전을 통한 배출가스 및 온실가스 배출량은 국내 배출가스 시험온도 평균 조건인 25 ℃에 비해 크게 증가하는 수치로서 저온에서의 차량 배기물질 배출에 대한 대책을 강구할 필요가 있다고 할 수 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
자동차 배출가스 허용기준을 강화하게 된 이유는?
전 세계적으로 자동차 산업계는 대기 질 개선 및 지구 온난화 방지, 그리고 화석에너지의 고갈이라는 문제점을 해결하기 위한 강구책으로 자동차 배출가스 허용기준을 대폭 강화하고 있는 추세이다. 이에 자동차 및 저감장치 제작사에서는 자동차 배출가스 양을 줄이기 위해 다양한 분야에서 노력을 기울이고 있는 실정이다.
삼원촉매는 어떻게 배출가스 증가에 영향을 주는가?
삼원촉매의 경우 일정 온도 이상에서 장치가 활성화 되어 유해 배기가스를 저감시키는 역할을 하는 데 대기온도가 낮으면 장치의 활성화 시간이 길어져 저감 효율 저하 현상이 나타날 수 있다. 또한 엔진오일의 윤활성 감소와 점성의 증가를 야기시켜 기계적 손실과 연비저하를 일으키고, 동시에 배출가스 증가에 직접적인 영향을 준다.1)
경유 자동차에서 배출가스를 저감하기 위해 사용하는 것은?
경유 자동차에서는 배출가스를 저감하기 위해 EGR, SCR 및 DPF를 사용하고 있으며, 휘발유 자동차의 경우 탄화수소 및 일산화탄소를 저감하기 위해 엔진 후단에 삼원촉매를 장착하여 배출가스 양이 저감되고 있다. 삼원촉매의 경우 일정 온도 이상에서 장치가 활성화 되어 유해 배기가스를 저감시키는 역할을 하는 데 대기온도가 낮으면 장치의 활성화 시간이 길어져 저감 효율 저하 현상이 나타날 수 있다.
참고문헌 (5)
S. M. Kim et al., 2008, "A study on the exhaust characteristics of gasoline vehicle according to ambient temperature", Proceeding fo the 46th meeting of KOSAE, pp. 237-239.
D. I. Kang et al., 2011, "A Study on the setting of motor vehicle greenhouse gas emission standards", KOSAE(20110519), pp. 641-646.
Kasper. M, 2004, "The number concentration of nonvolatile particles design study for an instrument according to the PMP recommendation", SAE No. 2004-01-0960.
H. S. Kim et al., 2005, "Measurement of size distribution of diesel particles : effects of instruments, dilution methods and measuring positions", International Journal of Automotive Technology, Vol. 6, No. 2, pp. 119-124.
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