2015년 기준 자동차 등록대수는 약 2,100만대를 넘어 1가구당 1.07대를 보유하고 있는 실정이나[1], 국내 자동차용 표준연료에 대한 기준은 부재한 상황이다. 자동차용 표준연료(reference fuel)는 차량의 연비와 배출가스를 인증하거나 새로운 자동차를 개발할 때 차량의 성능 등을 평가하기 위해 사용하는 연료를 의미한다. 현재 국내에는 차량의 배출가스, 성능, 연비시험 등을 위해 유통연료를 사용하고 있으며, 유통연료는 석유 및 석유대체연료사업법과 대기환경보전법 상의 품질기준을 만족하지만 각 제조사의 원료와 공정 등에 따라 연료의 물성차이가 있어 차량 시험 시 편차가 발생할 수 있다. 본 연구에서는 국내 유통되는 휘발유 품질모니터링 분석결과를 바탕으로 표준연료 기준(안)을 설정하고, GDI와 MPI 연료 분사 방식의 차량에 적용하여 비교 평가한 결과, 실제 유통연료를 사용했을 때 최대 3.8%까지 발생하는 연비차이가 1.1%까지 감소함을 확인할 수 있었다.
2015년 기준 자동차 등록대수는 약 2,100만대를 넘어 1가구당 1.07대를 보유하고 있는 실정이나[1], 국내 자동차용 표준연료에 대한 기준은 부재한 상황이다. 자동차용 표준연료(reference fuel)는 차량의 연비와 배출가스를 인증하거나 새로운 자동차를 개발할 때 차량의 성능 등을 평가하기 위해 사용하는 연료를 의미한다. 현재 국내에는 차량의 배출가스, 성능, 연비시험 등을 위해 유통연료를 사용하고 있으며, 유통연료는 석유 및 석유대체연료사업법과 대기환경보전법 상의 품질기준을 만족하지만 각 제조사의 원료와 공정 등에 따라 연료의 물성차이가 있어 차량 시험 시 편차가 발생할 수 있다. 본 연구에서는 국내 유통되는 휘발유 품질모니터링 분석결과를 바탕으로 표준연료 기준(안)을 설정하고, GDI와 MPI 연료 분사 방식의 차량에 적용하여 비교 평가한 결과, 실제 유통연료를 사용했을 때 최대 3.8%까지 발생하는 연비차이가 1.1%까지 감소함을 확인할 수 있었다.
Although the number of registered cars in South Korea is above 21million and one family has about 1.07 cars, there is no national standard for automobile reference fuel in South Korea. Reference fuel is the fuel used for certificating vehicle performance, emissions and fuel economy. Now, domestic ma...
Although the number of registered cars in South Korea is above 21million and one family has about 1.07 cars, there is no national standard for automobile reference fuel in South Korea. Reference fuel is the fuel used for certificating vehicle performance, emissions and fuel economy. Now, domestic market fuels are used as reference fuel. However, the quality of domestic market fuel is constantly changing by seasonal and fuel manufacturers. It may effect vehicle performance, emissions and fuel efficiency test result. On this study, market fuel quality was monitored and reference fuel standard(draft) was set by reflecting market fuel monitoring result. Reference fuel standard(draft) was applied to GDI and MPI engine. As a result, the difference of fuel economy between fuels meeting the reference fuel standards(draft) was reduced to 1.1% while the difference of fuel economy between market fuels was 3.8%.
Although the number of registered cars in South Korea is above 21million and one family has about 1.07 cars, there is no national standard for automobile reference fuel in South Korea. Reference fuel is the fuel used for certificating vehicle performance, emissions and fuel economy. Now, domestic market fuels are used as reference fuel. However, the quality of domestic market fuel is constantly changing by seasonal and fuel manufacturers. It may effect vehicle performance, emissions and fuel efficiency test result. On this study, market fuel quality was monitored and reference fuel standard(draft) was set by reflecting market fuel monitoring result. Reference fuel standard(draft) was applied to GDI and MPI engine. As a result, the difference of fuel economy between fuels meeting the reference fuel standards(draft) was reduced to 1.1% while the difference of fuel economy between market fuels was 3.8%.
본 연구에서는 국내 표준연료(휘발유) 도입 필요성을 검토하고, 상세 표준연료 기준(안)을 설정하고 이를 평가하였다.
제안 방법
이러한 유통연료를 사용하여 인증시험을 진행할 경우, 자동차의 연비와 배출가스 시험 결과 등의 편차가 발생할 가능성이 상존한다. 본 연구에서는 국내 유통되는 보통휘발유의 품질모니터링 결과를 바탕으로 휘발유 표준연료 기준(안)을 설정하였으며, 이 기준(안)을 검증하기 위해 휘발유 연료 3종을 GDI(Gasoline Direct Injection, 가솔린 직분사식) 엔진방식과 MPI(Multi Point Injection, 다중분사방식) 엔진방식의 국내 제작차량에 적용하여 연비, 배출가스, PM(Particle Matter, 입자상물질), PN(Particle Number, 입자개수)등 을 비교 평가하였다.
대상 데이터
우선 국내 휘발유자동차의 연비 및 배출가스 시험방법 등이 미국(EPA) 기준을 따르고 있어 미국 휘발유 표준연료로서 EPA Tier II Gasoline(바이오에탄올 0%)(A)를 선정하였다. 나머지 2종은 표준연료 기준(안)을 평가하기 위해 각 품질기준 범위 내 상한과 하한에 근접한 표준연료(B, C)를 선정하여 각각 제조하였다. 이 2종의 표준연료는 석유 및 석유대체연료 사업법상의 자동차용 휘발유 20개 품질기준 항목 외에 밀도, 발열량, 탄소함량 등을 추가적으로 분석하였으며, 그 결과는 Table.
시험 차량은 연료 분사방식이 다른 GDI(Gasoline Direct Injection)와 MPI(Multi Port Injection) 방식의 차량 2대를 선정하였고, 상세 제원은 Table. 4에 나타내었다. 시험은 국내 연비 및 배출가스 인증시험모드인 시가지모드(FTP-75)와 고속모드(Highway Fuel Economy Test, HWFET)를 적용하였다.
표준연료의 기준을 평가하기 위해 총 3종의 휘발유 시험연료를 선정하였다. 우선 국내 휘발유자동차의 연비 및 배출가스 시험방법 등이 미국(EPA) 기준을 따르고 있어 미국 휘발유 표준연료로서 EPA Tier II Gasoline(바이오에탄올 0%)(A)를 선정하였다. 나머지 2종은 표준연료 기준(안)을 평가하기 위해 각 품질기준 범위 내 상한과 하한에 근접한 표준연료(B, C)를 선정하여 각각 제조하였다.
이론/모형
배출가스 분석기는 시험자동차가 차대동력계의 롤러 위에서 주행할 때 배기관으로부터 배출되는 가스를 정용량 시료채취장치(CVS, Constant volume sampler)로 일정량의 공기를 희석한 후, 채취백에 채취한 배출가스를 분석하는 장치이다. 배출가스 분석기(HORIBA사 MEXA-7200H)는 자동차의 배출가스 중 CO, THC, NOx, CO2, CH4를 분석할 수 있는 장치로서, CO와 CO2는 비분산적외선분석법 (NDIR, Nondispersive Infrared), THC는 열식불꽃이온화검출기법 (HFID, Heated Flame Ionization Detector), NOx는 화학발광법 (CLD, Chemiluminescence Detector), CH4는 GC-FID(Gas chroomatography-FID)를 적용하고 있다[18].
성능/효과
1%로 미미한 차이를 나타냈다. 4개의 유통연료 간 연비가 최대 3.8% 차이가 발생한 결과를 비교하여 볼 때 표준연료를 사용함으로써 연료 간 연비오차가 감소함을 알 수 있다. 이러한 결과를 통해 국내에 표준연료 도입이 필요하며, 휘발유 표준연료 기준(안)이 적절히 설정됨을 확인할 수 있었다.
8% 차이가 발생한 결과를 비교하여 볼 때 표준연료를 사용함으로써 연료 간 연비오차가 감소함을 알 수 있다. 이러한 결과를 통해 국내에 표준연료 도입이 필요하며, 휘발유 표준연료 기준(안)이 적절히 설정됨을 확인할 수 있었다.
후속연구
본 연구는 환경부와 오토오일위원회의 ‘5차년도 한국형 오토오일 사업’으로 수행됐으며, 국내 유통되는 자동차용 휘발유의 품질모니터링 결과를 바탕으로 휘발유 표준연료 기준을 설정·검증함으로써 표준 연료 제도 도입을 위한 기초 자료로 활용가능하며, 이러한 기준은 향후 유통유의 트렌드 변화, 표준연료 생산 기관 및 사용자의 의견 등을 반영하여 보완하는 절차가 필요할 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
외국의 경우 자동차 표준연료는 어떻게 정하고 있으며 어떻게 운영하고 있는가?
자동차 표준연료는 자동차의 연비, 증발가스, 배출가스 등 인증시험에 사용하는 연료로서 미국, 유럽, 일본 등 자동차 선진국에서는 자동차 표준연료의 품질 기준을 법으로 정하고 있으며 자국의 유통 품질기준보다 강화된 형태로 운영하고 있다. 국내의 경우에는 인증시험에 사용하는 표준연료의 기준이 없으며, 석유 및 석유대체연료사업법과 대기환경보전법 기준을 충족하는 유통 연료를 사용하도록 규정하고 있다[2-4].
국내의 경우 자동차 표준연료는 어떻게 정하고 있는가?
자동차 표준연료는 자동차의 연비, 증발가스, 배출가스 등 인증시험에 사용하는 연료로서 미국, 유럽, 일본 등 자동차 선진국에서는 자동차 표준연료의 품질 기준을 법으로 정하고 있으며 자국의 유통 품질기준보다 강화된 형태로 운영하고 있다. 국내의 경우에는 인증시험에 사용하는 표준연료의 기준이 없으며, 석유 및 석유대체연료사업법과 대기환경보전법 기준을 충족하는 유통 연료를 사용하도록 규정하고 있다[2-4]. 그러나 국내 유통연료의 품질 기준은 계절적 특성(동절기, 하절기)에 따라 일부 항목이 다르게 규정되어 있고[3-4], 연료 제조사별 원유, 생산 공정, 배합기재 수급 등의 차이에 따라 연료의 품질 차이가 발생한다.
자동차 표준연료의 정의는 무엇인가?
자동차 표준연료는 자동차의 연비, 증발가스, 배출가스 등 인증시험에 사용하는 연료로서 미국, 유럽, 일본 등 자동차 선진국에서는 자동차 표준연료의 품질 기준을 법으로 정하고 있으며 자국의 유통 품질기준보다 강화된 형태로 운영하고 있다. 국내의 경우에는 인증시험에 사용하는 표준연료의 기준이 없으며, 석유 및 석유대체연료사업법과 대기환경보전법 기준을 충족하는 유통 연료를 사용하도록 규정하고 있다[2-4].
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California Environmental Protection Agency (Air Resource Board), 'California 2015 And Subsequent Model Criteria Polutant Exhaust Emission Standards And Test Procedures And 2017 And Subsequent Model Greenhouse Gas Exhaust Emission Standards And Test Prodedures For Passenger Cars, Lighty-Duty Trucks, And Medium-Duty Vehicles' - Part II, A, 100.3 Certification Fuel Specifications (2012)
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STRATAS ADVISORS, Fuel Specification By Country, www.stratasadvisors.com
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