[논문]국내 차량 인증시험용 표준연료(경유) 도입 필요성 검토 연구

황인하; 강형규; 성상래; 송호영; 하종한; 나병기

doi:10.12925/jkocs.2017.34.4.974

국내 차량 인증시험용 표준연료(경유) 도입 필요성 검토 연구
A feasibility study on Introducing Reference Fuel(Diesel) for Testing Vehicles in South Korea 원문보기

한국유화학회지 = Journal of oil & applied science, v.34 no.4, 2017년, pp.974 - 985

황인하 (한국석유관리원) , 강형규 (한국석유관리원) , 성상래 (한국석유관리원) , 송호영 (한국석유관리원) , 하종한 (한국석유관리원) , 나병기 (충북대학교 화학공학과)

초록
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2016년 기준 국내 자동차 등록대수는 약 2,200만대를 육박하고 있으나[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 물성 차이가 있어 차량 시험 시 편차가 발생할 수 있다. 본 연구에서는 국내 유통되는 자동차용 경유 품질모니터링 분석결과를 바탕으로 자동차용 경유의 시험용 표준연료 기준(안)을 설정하고, CRDI 방식의 차량에 적용하여 표준연료 기준(안)을 평가하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Although the number of registered cars in South Korea is about 22million but, 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 diesel fuel quality was monitored and reference fuel standard(draft) was set by reflecting market fuel monitoring result. Reference fuel standard(draft) was applied to CRDI engine.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 국내 자동차용 경유 표준연료 도입을 위한 상세 표준연료 기준(안)을 설정하고 이를 평가하였다.

제안 방법

경유표준연료 3종을 동일 차량에서 FTP-75Mode(도심모드), HWFET(Highway Fuel Economy Test) Mode(고속모드), NEDC(New European Driving Cycle) Mode별로 적용하였으며. CO, NOx, NMHC(Non-Methane HydroCarbon), CH4, CO2, PM, PN, Fuel Economy 시험 결과를 Fig.
이러한 유통연료를 사용하여 인증시험을 진행할 경우, 자동차의 연비와 배출가스 시험 결과 등의 편차가 발생할 가능성이 상존한다. 본 연구에서는 국내 유통되는 자동차용경유의 품질모니터링 결과를 바탕으로 경유 인증시험용 표준연료 기준(안)을 설정하였으며, 이 기준(안)을 검증하기 위해 경유 연료 3종을 CRDI (common rail direct injection engine, 커먼레일엔진) 방식의 국내 제작차량에 적용하여 연비, 배출가스, PM(Particle Matter, 입자상물질), PN(Particle Number, 입자개수)등에 대해 비교 평가하였다.
표준연료의 연비와 배출가스 등이 유통연료와의 편차를 최소화하기 위해 국내 유통연료의 품질모니터링 분석결과를 바탕으로 표준연료 기준(안)을 설정하였다. 인화점, 동점도, 90% 유출온도, 세탄가(지수), 밀도, 바이오디젤은 유통 범위 내에서 상한과 하한 기준을 설정했으며, 유동점, 물과 침전물, 회분, 황분, 동판부식.

대상 데이터

우선 국내 경유자동차의 연비 및 배출가스 시험방법 등이 유럽 기준을 따르고 있어 유럽 경유 표준연료로서 EURO 5 B5(바이오디젤 5% 함유 경유) (A)를 선정하였다. 나머지 2종은 국내 표준연료 기준(안)을 평가하기 위해 품질기준을 만족하는 표준연료(B, C)를 선정하였으며, 정유사의 정상경유에 경유 원료를 혼합하여 2종을 제조하였다. 이 3종의 표준연료에 대하여 석유 및 석유대체연료 사업법상의 경유의 품질기준 16개 항목을 분석하였으며, 그 분석결과 및 시험방법[9∼19]은 Table 3에 나타내었다.
시험 차량은 CRDI(Common Rail Direct Injection) 방식의 차량 1대를 선정하였고, 상세 제원은 Table 4에 나타내었다. 시험은 FTP-75(도심모드)와 HWFET(Highway Fuel Economy Test, 고속모드), 유럽의 NEDC(New European Driving Cycle) Mode를 적용하여 비교하였다.
표준연료의 기준을 평가하기 위해 총 3종의 경유 시험연료를 선정하였다. 우선 국내 경유자동차의 연비 및 배출가스 시험방법 등이 유럽 기준을 따르고 있어 유럽 경유 표준연료로서 EURO 5 B5(바이오디젤 5% 함유 경유) (A)를 선정하였다. 나머지 2종은 국내 표준연료 기준(안)을 평가하기 위해 품질기준을 만족하는 표준연료(B, C)를 선정하였으며, 정유사의 정상경유에 경유 원료를 혼합하여 2종을 제조하였다.
표준연료의 기준을 평가하기 위해 총 3종의 경유 시험연료를 선정하였다. 우선 국내 경유자동차의 연비 및 배출가스 시험방법 등이 유럽 기준을 따르고 있어 유럽 경유 표준연료로서 EURO 5 B5(바이오디젤 5% 함유 경유) (A)를 선정하였다.

데이터처리

시험 차량은 CRDI(Common Rail Direct Injection) 방식의 차량 1대를 선정하였고, 상세 제원은 Table 4에 나타내었다. 시험은 FTP-75(도심모드)와 HWFET(Highway Fuel Economy Test, 고속모드), 유럽의 NEDC(New European Driving Cycle) Mode를 적용하여 비교하였다. 차량 데이터의 신뢰성 확보를 위해 각 유종별 최소 3회 이상의 시험을 실시하여 평균값을 적용하였다.
시험은 FTP-75(도심모드)와 HWFET(Highway Fuel Economy Test, 고속모드), 유럽의 NEDC(New European Driving Cycle) Mode를 적용하여 비교하였다. 차량 데이터의 신뢰성 확보를 위해 각 유종별 최소 3회 이상의 시험을 실시하여 평균값을 적용하였다. 그리고 시험 결과의 최대 및 최소 범위는 error bar로 표시하였다.

성능/효과

1. 국내 제작차 배출허용 기준인(NEDC Mode,g/km) CO 0.74 이하, NOx 0.28 이하, NMHC+NOx 0.35 이하, PM 0.005 이하를 3종의 연료(A, B, C) 모두 만족하고 있다.
0km/L 를 나타내고 있다. 국내 PM 배출기준 FTP-75 mode모드에서 PM 0.005 g/km 이하를 만족하고 있으며, 동일모드 내 PM 차이는 배출기준 대비 미세한 차이를 나타냈다. 특히 연비의 경우 FTP-75 mode 및 HWFET mode에서 국내 연료 간 각각 1.
국내 경유의 품질 모니터링 결과 및 자동차제작사 및 정유사의 자문위원의 의견을 바탕으로 경유 표준연료 기준(안)을 설정했으며, 이를 평가하기 위해 해외 표준연료 1종(Euro 5 B5), 국내 표준연료 2종 등 총 3종의 연료를 차량(CRDI)에 적용하여 연비 및 배출가스를 평가한 결과, 표준연료(3종) 간 배출가스는 유의미한 차이를 보이지 않았으며 차량의 연비는 1.2%로 이내의 미미한 차이를 나타냈다.

후속연구

본 연구는 환경부와 오토오일위원회의 ‘5차년도 한국형 오토오일 사업’으로 수행됐으며, 국내 유통되는 자동차용 경유의 품질모니터링 결과를 바탕으로 경유 표준연료 기준을 설정·검증함으로써 표준연료제도 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
	자동차용 표준연료의 의미는?	2016년 기준 국내 자동차 등록대수는 약 2,200만대를 육박하고 있으나[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 물성 차이가 있어 차량 시험 시 편차가 발생할 수 있다.
	해외의 자동차 표준연료 운영 형태는?	자동차 표준연료는 자동차의 연비, 증발가스, 배출가스 등 인증시험에 사용하는 연료로서 미국, 유럽, 일본, 중국 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].
	국내 표준연료의 현황은 어떠한가?	국내의 경우에는 인증시험에 사용하는 표준연료의 기준이 없으며, 석유 및 석유대체연료사업법과 대기환경보전법 기준을 충족하는 유통 연료를 사용하도록 규정하고 있다[2-4]. 그러나 국내 유통연료의 품질기준은 계절적 특성(동절기, 하절기)에 따라 일부 항목이 다르게 규정되어 있고[3-4], 연료 제조사별 원유, 생산 공정, 배합기제 수급 등의 차이에 따라 연료의 품질 차이가 발생한다. 이러한 유통연료를 사용하여 인증시험을 진행할 경우, 자동차의 연비와 배출가스 시험 결과 등의 편차가 발생할 가능성이 상존한다.

참고문헌 (20)

Ministry of Land, Infrastructure and Transport, MOLIT STATISTICS SYSTEM, http://stat.molit.go.kr
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Commission Regulation(EC) No 692/2008 (2008R0692 - EN - 04.02.2015 - 008.001), p.125-127
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)
Federal Regulation Title 40:Protection of Environment - Chapter I - Subchapter U - Part 1065- Subpart H - ${\S}$ 1065.703 Distillate diesel fuel.
STRATAS ADVISORS, Fuel Specification By Country, www.stratasadvisors.com
American Society for Testing and Materials, Standard Test Method for Pour Point of Petroleum Product(Automatic Air Pressure Method)(ASTM D6749)
Determination of flash point - Pensky-Martens closed cup method(ISO 2719)
Petroleum products - Transparent and opaque liquids - Determination of kinematic viscosity and calculation of dynamic viscosity(ISO 3104)
American Society for Testing and Materials, Standard Test Method for Distillation of Petroleum Products at Atmospheric Pressure(ASTM D86)
Petroleum products - Determination of carbon residue - Micro method(ISO 10370)
Petroleum products - Determination of ash(ISO 6245)
Petroleum products - Calculation of cetane index of middle-distillate fuels by the four-variable equation (ISO 4264)
Petroleum products -- Corrosiveness to copper -- Copper strip test (ISO 2160)
American Society for Testing and Materials, Standard Test Method for Determination of Total Sulfur in Light Hydrocarbons, Spark Ignition Engine Fuel, Diesel Engine Fuel, and Engine Oil by Ultraviolet Fluorescence(ASTM D5453)
Crude petroleum and petroleum products - Determination of density - Oscillating U-tube method (ISO 12185)
Aromatic Hydrocarbon Types in Diesel Fuels and Distillates - High Performance Liquid Chromatography Refractive Index Detection Method(IP391)
Taeyoon Lim, "Characteristics of Particle Number and Exhaust emission by Alteration of MTBE Contents in Gasoline", Journal of Energy Engineering' Vol. 24, No. 4, pp.11-16 (2015)

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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