[논문]5-cycle 모드 특성에 따른 온실가스 배출특성 및 배출량 보정식 개발 연구

박진성; 임재혁; 이민호; 김기호

doi:10.9726/kspse.2017.21.6.094

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Due to the environmental problems caused by the greenhouse effect, regulation of $CO_2$ emissions is getting stronger day by day. In paricular, regulations of automobiles $CO_2$ emissions are being strengthen. However, existing $CO_2$ measurement methods do not refle...

Due to the environmental problems caused by the greenhouse effect, regulation of $CO_2$ emissions is getting stronger day by day. In paricular, regulations of automobiles $CO_2$ emissions are being strengthen. However, existing $CO_2$ measurement methods do not reflect the environment and operating conditions on actual roads. Emissions of $CO_2$ can be increased by various conditions such as environmental condition(temperature and humidity) and driver's tendency(aggressive and passive). Therefore it is necessary to reflect the conditions of various actual roads such as 5-cycle test method on behalf of the existing $CO_2$ emission measurement method. The 5-cycle measurement method has five test modes; FTP-75, HWFET, US06, SC03, Cold FTP-75. The method reflects the following three environments and operating conditions as compared to conventional method; Using heater at low temperature, Aggressive driving such as rapid acceleration or deceleration, Using air conditioner at high temperature. Because of these various conditions of each test cycle, the 5-cycle method can reflect actual environments and operating conditions. This paper attempt to analyze $CO_2$ emission characteristics based on the results measured through the 5-cycle mode and develop the correction formula that can derive the results of the 5-cycle test method using existing test methods. As a result, the developed correction formula is expected to reduce $CO_2$ emissions and cut down expense for testing 5-cycle mode.

주제어

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문제 정의

본 연구에서는 5-cycle 모드 특성이 온실가스 배출량에 어느 정도의 영향을 미치는지 알아보고자 하였다. 또한 5-cycle 시험방법 전체에 대한 시험 없이도 그 영향을 온실가스 배출량에 반영하기 위해 시험차량 30대를 시험하여 보정식을 개발하고자 하였고, 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
본 연구에서는 온실가스 배출량에 영향을 줄 수 있는 실제도로의 환경조건과 운전특성이 고려된 시험방법(5-cycle 시험법)을 국내 판매중인 차량에 적용하였다. 이를 통해 각 시험모드에 따른 국내 자동차의 온실가스 배출 특성을 확인하고,5-cycle 시험모드의 결과 값을 대신할 수 있는 온실가스 배출량 보정식을 산출해 내고자 한다.

제안 방법

7℃ 조건에서 Preconditioning을 실시하고 동일한 온도 조건에서 12시간 이상 정차한 이후 시험을 하게 된다. 그 외 HWFET, US06, SC03은 차량이 예열된 상태에서 시험이 진행이 되기 때문에 시험 전, Preconditioning 모드로 주행하고 본시험을 시행하였다. 차량의 설치에 소요되는 불필요한 시간을 줄이기 위해 시험 순서는 Soaking 후 시험을 진행하는 FTP-75(혹은 Cold FTP-75)모드를 먼저 실시하고, 예열이 필요한 HWFET, US06, SC03 모드를 뒤이어 시험하였다.

대상 데이터

시험차량은 2011년 국내에서 판매되는 자동차 중 등록대수가 가장 많은 모델과 배기량을 고려하였고, 사용 유종별로는 국내에서 사용 중인 연료 전체인 가솔린, 경유, LPG를 사용하는 차를 선정하였다. 그리고 친환경차인 하이브리드 자동차를 포함하여 총 30대의 차량을 가지고 시험을 진행하였다.
시험모드는 5-cycle 모드로서 실제 도로 조건에서 일어날 수 있는 상황을 반영한 모드이다. Table 1에 5-cycle 시험모드의 평균차속, 최대차속, 가속율 및 환경조건을 나타내었다.
시험차량은 2011년 국내에서 판매되는 자동차 중 등록대수가 가장 많은 모델과 배기량을 고려하였고, 사용 유종별로는 국내에서 사용 중인 연료 전체인 가솔린, 경유, LPG를 사용하는 차를 선정하였다. 그리고 친환경차인 하이브리드 자동차를 포함하여 총 30대의 차량을 가지고 시험을 진행하였다.

데이터처리

따라서 낮은 속도와 많은 가감속 주행패턴이 포함되어 있는 FTP-75와 고속 주행패턴이 주를 이루는 HWFET의 시험 결과를 조합한 데이터를 가지고 US06과 비교하였다.

이론/모형

본 연구에서는 온실가스 배출량에 영향을 줄 수 있는 실제도로의 환경조건과 운전특성이 고려된 시험방법(5-cycle 시험법)을 국내 판매중인 차량에 적용하였다. 이를 통해 각 시험모드에 따른 국내 자동차의 온실가스 배출 특성을 확인하고,5-cycle 시험모드의 결과 값을 대신할 수 있는 온실가스 배출량 보정식을 산출해 내고자 한다.

성능/효과

1) 5-cycle 시험방법 중 SC03, US06, Cold FTP-75 모드에 대한 시험결과를 보면 차량별로 CO₂ 배출량 증가폭의 차이는 있었으나, 특정 환경 및 운전조건에서 배출량이 증가한다는 면에서 전체적으로 유사한 양상을 보였다. CO₂ 배출량 증가에 영향을 주는 조건은 고속 및 공격적인 운행(33.
2) 유종별로 보면 기존의 5-cycle 모드를 적용하는 경우 Combined 모드(FTP-75, HWFET만 측정)에 대비하여 CO₂ 배출량이 도심모드는 가솔린 27.3%, LPG 28.4%, 디젤 25.7% 증가하였으며, 고속도로 모드에서는 가솔린 39.8%, LPG 39.1%, 디젤 46.8% 증가하는 결과를 보였다.
결과를 보면 전체적으로 평균 16.8% 정도 CO₂의 배출이 증가하였고, 시험 대상별로 최소 12.5%에서 최대 32.6%까지 분포를 보였다. 유종별로 보면 가솔린은 14.
전체적인 결과를 봤을 때 유종별로 CO₂ 배출량 증가폭이 차이가 나지만, 저온이라는 환경조건과 히터 작동이라는 운전조건이 CO₂ 배출량 증가에 영향을 미치는 것을 알 수 있다.
증가율을 비교하여 나타낸 것이다. 표를 보면 전체적으로 5-cycle 시험방법을 도입하게 됨으로써 도심모드에서 CO₂는 28.0%, 고속도로 모드에서는41.6% 증가하는 결과를 나타내었음을 알 수 있다.

후속연구

5) 이 보정식은 환경 및 운전조건에 영향을 받으므로 자동차 기술의 발전에 따라 온실가스 배출량이 변동할 가능성이 있기 때문에 신규 차량에 대한 추가적인 시험을 통해 지속적인 업데이트가 필요하다.
그러나 5-cycle 시험방법을 국내에 출시되는 모든 차량에 적용하는 경우, 비용 및 시간에 대한 부담이 커지기 때문에 FTP-75모드와 HWFET모드의 시험 결과만 가지고도 5-cycle 시험결과를 얻을 수 있는 보정식의 개발이 필요해졌다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	온실가스에 의한 환경문제 발생으로 세계 각국은 무엇의 규제를 강화하고 있는가?	세계 각 국은 온실가스에 의한 환경문제 발생으로 대기질 개선을 위해 자동차 배출가스의 규제를 단계적으로 강화하고 있는 추세이다. 이에 따라 자동차 제작사들은 강화된 온실가스 배출규제에 대응하기 위하여 배출가스 감축과 관련한 기술 개발에 많은 예산을 투입하고 있다.
	5-cycle 시험방법을 국내 출시 모든 차량에 적용하는 경우 어떤 부담이 생기는가	그러나 5-cycle 시험방법을 국내에 출시되는 모든 차량에 적용하는 경우, 비용 및 시간에 대한 부담이 커지기 때문에 FTP-75모드와 HWFET모드의 시험 결과만 가지고도 5-cycle 시험결과를 얻을 수 있는 보정식의 개발이 필요해졌다.
	자동차 배출가스의 규제 강화로 인하여 자동차 제작사들은 무엇에 예산을 투자하게 되었는가	세계 각 국은 온실가스에 의한 환경문제 발생으로 대기질 개선을 위해 자동차 배출가스의 규제를 단계적으로 강화하고 있는 추세이다. 이에 따라 자동차 제작사들은 강화된 온실가스 배출규제에 대응하기 위하여 배출가스 감축과 관련한 기술 개발에 많은 예산을 투입하고 있다. 이와 더불어 일부 국가에서는 시험실의 제한된 환경조건 외에 실제 도로의 환경 및 운전조건을 반영한 시험결과를 얻고자 하였고, 이로 인해 차대동력계상에서 실제의 환경조건과 운전조건을 반영하여 일정한 거리를 주행하는 시험모드의 개발이 활발하게 이루어지고 있다.

참고문헌 (8)

J. S. Welstand, H. H. Haskew, R. F. Gunst and O. M. Bevilacqua, 2003, "Evaluation of the Effects of Air Conditioning Operation and Associated Environmental Conditions on Vehicle Emissions and Fuel Economy", SAE.
EPA Final Technical Support Document, 2006, "Fuel Economy Labeling of Motor Vehicles : Revisions to Improve Calculation of Fuel Economy Estimates", EPA.
Y. T. Kim, 2009, "Effect of Fuels on $CO_2$ Emission in CVS-75 Mode", KASE.
L. Breton, EPA Mechanical engineer, 2010, "Emissions and Fuel economy of vehicles and engines in the real world and on the road", Seminar Resource.
T. W. Lee, 2010, "Greenhouse Gas and Pollutant Emission from Light-Duty Vehicles Regarding the Relative Positive Acceleration", KASE.
K. H. Kim, 2014, "The Study on the Assesment Greenhouse Gases and Air Pollutants of Diesel Vehicle according to Ambient Temperature and Driving Condition", KSPSE.
K. H. Kim, 2014, "The Study on the Assesment Fuel Economy of Hybrid Vehicle on Test Mode", KSPSE.
K. H. Noh, 2015, "The Impact Sutdy on Fuel Economy of Electric Vehicle According to the Test Mode Characteristics", KSPSE.

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