비사업용 승용자동차 타이어 관리조건에 따른 유효발열량 기반 마모 인덱스 분석을 통한 타이어 분진 저감에 관한 연구 = A Study on Tire Dust Reduction through Wear Index Analysis Based on Effective Heat Energy under Tire Management Conditions for Non-Commercial Passenger Vehicles

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

As air pollution and fine dust (PM₂.₅ and PM₁₀) have become major environmental
challenges in South Korea, the need for sustainable vehicle maintenance strategies has
increased. Among the various sources of particulate matter, tire wear is a significant
contributor to non-exhaust emissions, releasing micro-particles composed of rubber, carbon
black, and trace metals. This study explores effective methods for reducing fine dust
emissions through systematic automobile tire management.
The research focuses on how tire rotation and tire pressure management influence the rate of
particulate matter generation. By applying both experimental measurement and
simulation-based analysis, this study evaluates fine dust reduction potential under different
driving conditions and maintenance intervals.
Results indicate that maintaining optimal tire pressure and performing regular tire rotation
can reduce non-exhaust fine dust emissions by up to 25%, while also improving fuel
efficiency and tire longevity. These findings provide essential engineering data for developing
eco-friendly vehicle maintenance standards and contribute to the establishment of sustainable
transportation and air quality improvement policies.

국문 초록 (Abstract)

대기오염과 미세먼지(PM₂.₅ 및 PM₁₀)가 대한민국의 주요 환경 문제로 대두됨에 따라, 지속 가능한 차량 유지관리 전략의 필요성이 커지고 있다. 다양한 미세먼지 발생원 가운데 타이어 마모는 비배출(non-exhaust) 오염원의 중요한 원인으로, 고무, 카본블랙, 미량 금속 등으로 구성된 미세 입자를 대기 중으로 방출한다. 본 연구는 체계적인 자동차 타이어 관리를 통해 미세먼지 배출을 저감할 수 있는 효과적인 방안을 탐구한다.

본 연구는 타이어 위치 교환과 타이어 공기압 관리가 미세먼지 발생률에 미치는 영향을 중심으로 분석하였다. 이를 위해 실험적 측정과 시뮬레이션 기반 분석을 병행하여, 다양한 주행 조건과 유지관리 주기에서의 미세먼지 저감 가능성을 평가하였다.

연구 결과, 적정 타이어 공기압을 유지하고 정기적인 타이어 로테이션을 수행할 경우 비배출 미세먼지 배출량을 최대 25%까지 저감할 수 있는 것으로 나타났으며, 동시에 연비 향상 및 타이어 수명 연장 효과도 확인되었다. 이러한 결과는 친환경 차량 유지관리 기준 수립을 위한 핵심 공학적 자료를 제공하며, 지속 가능한 교통체계 구축 및 대기질 개선 정책 마련에 기여할 것으로 기대된다.

목차 (Table of Contents)

• 표 목 차
• <표 1> 타이어 구성과 기능8
• <표 2> 타이어 사이드월 표기와 설명11
• <표 3> 구조에 따른 분류11
• <표 4> 계절에 따른 분류12
• <표 5> 사용 목적에 따른 분류13
• <표 6> 트레이드 패턴에 따른 분류13
• <표 7> 타이어 마모에 영향을 주는 요소21
• <표 8> 타이어 규격별 타이어 회전수24
• <표 9> 차량별 타이어 접지면적 27
• <표 10> 유효발열량과 마모 인덱스(단위 면적당 유효발열량)28
• <표 11> 타이어 마모한계선까지의 예상 중량감소 46
• <표 12> 1일 평균 31.4km 주행 시 발생 되는 타이어 마모 질량 46
• <표 12> 1일 평균 31.4km 주행 시 발생 되는 타이어 마모 질량 46
• 그 림 목 차
• <Fig 1> 타이어 구조 (한국타이어)7
• <Fig 2> 타이어 단면도7
• <Fig 3> 타이어의 일반성분9
• <Fig 4> 타이어 사이드월 표기 정보(UTQG)10
• <Fig 5> 올 시즌 타이어 표기12
• <Fig 6> 윈터타이어 표기12
• <Fig 7> 리브 형 패턴13
• <Fig 8> 러그형 패턴14
• <Fig 9> 비대칭 패턴14
• <Fig 10> 방향 성형패턴14
• <Fig 11> 트레이드웨어와 접지력의 관계15
• <Fig 12> 트레이드 표기 예시16
• <Fig 13> 트레이드웨어 측정 코스19
• <Fig 14> 트레이드 웨어 측정 방법20
• <Fig 15> 타이어 접지면적25
• <Fig 16> 이론적 타이어 접지면적26
• <Fig 17> 보정계수 타이어 접지면적26
• <Fig 18> 타이어 회전수와 주행 가능 거리28
• <Fig 19> 마모 인덱스 비교29
• <Fig 20> 60km 주행 시 타이어 회전수 30
• <Fig 21> 대기 온도 변화에 따른 마모 인덱스 변화(MJ/)31
• <Fig 22> 타이어 공기압 비교34
• <Fig 23> 숄더 마모34
• <Fig 24> 센터 마모35
• <Fig 25> 타이어 공기압력 변화에 따른 접지면적 변화(mm)36
• <Fig 26> 타이어 공기압력 변화에 따른 단위 면적당 유효발열량37
• <Fig 27> 모닝 마모 타이어38
• <Fig 28> 모닝 새 타이어39
• <Fig 29> K5 마모 타이어 40
• <Fig 30> K5 새 타이어40
• <Fig 31> 쏘렌토 마모 타이어41
• <Fig 32> 쏘렌토 새 타이어41
• <Fig 33> 새 타이어와 마모 타이어 비교(mm)42
• <Fig 34> 모닝 마모된 타이어 질량43
• <Fig 35> 모닝 새 타이어 질량43
• <Fig 36> K5 마모된 타이어 질량44
• <Fig 37> K5 새 타이어 질량44
• <Fig 38> 쏘렌토 새 타이어 질량45
• <Fig 39> 마모에 따른 타이어 중량감소45
• I. 서 론 1
• 1. 연구의 배경 1
• 2. 연구의 목적 4
• 3. 연구의 방법 5
• II. 연구의 이론적 배경 6
• 1. 타이어 이론 6
• 1-1) 타이어의 구조 6
• 1-2) 타이어 규격 및 형태 10
• 1-3) 타이어의 종류 11
• 2. 타이어 마모 15
• 2-1) 타이어 마모 내구성의 표준화 개념 15
• 2-2) 트레드웨어 시험의 규정 근거와 절차 16
• 2-3) 마모 내구성에 영향을 미치는 주요 요인 21
• 2-4) 타이어 마모 미세입자 발생과 발열 21
• 2-5) 발열→마찰→마모→상관관계 22
• 2-6) 타이어 관리의 물리적 효과 23
• 2-7) 연구의 시사점 23
• Ⅲ. 연구결과 24
• 1. 타이어 규격에 따른 회전수 비교 분석 24
• 1-1) 주행 시 타이어의 회전수 차이 24
• 1-2) 타이어의 접지면적 25
• 1-3) 대기 온도와 타이어 마모 31
• 1-4) 타이어 공기압과 마모 33
• 1-5) 타이어 마모에 따른 타이어 중량 감소 38
• 결 론 47
• 참 고 문 헌 49
• Abstract 51