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엔진 및 실도로 배출 인증 시험 자료를 활용한 대형차 인증 현황 및 배출 특성 분석
조성인(Seongin Jo),김형준(Hyung Jun Kim),권상일(Sangil Kwon),이종태(Jong-Tae Lee),박수한(Suhan Park) 한국자동차공학회 2021 한국자동차공학회 부문종합 학술대회 Vol.2021 No.6
전체 차량의 등록 대수 중 대형차의 비중은 약 6.6%로 작지만 주행거리의 비중은 약 26.4%로 큰 비중을 차지하고 있다. 대형차는 주로 경유를 사용하는 큰 배기량의 엔진을 장착하기 때문에 오염물질 배출량 비중이 높다. 대형차의 오염물질 배출을 개선하기 위해 배기규제는 점점 강화되고, 자동차 업계는 이에 대응하기 위해 배기 후처리 장치 등의 저감 기술들을 연구 및 개발하고 있다. 또한, 동력계를 이용한 시험뿐만 아니라 다양한 운전조건 및 불규칙적인 가감속 패턴이 반영된 RDE(real driving emission) 시험 규제가 도입되어 제작 및 운행단계의 실도로 주행 시 발생하는 배기 수준을 감소시키기 위한 노력이 활발히 진행되고 있다. 한편, 대형차에 대한 배출가스 인증 시험을 진행하면서 엔진 및 실도로 시험에서 측정된 수많은 배출 인증 자료들이 축적되어 있어, 이를 활용한 규제 기준의 강화에 따른 대형차의 인증 현황 및 배기 배출물 특성 분석이 필요하다. 본 연구에서는 수많은 인증자료 분석의 편의성을 위해 시험 결과를 직관적으로 볼 수 있는 대시보드를 제작하고 규제 단계, 배기량, 차량 중량, 누적 주행거리 등에 따른 배출 특성을 분석하였다. Fig. 1은 엔진 인증 시험의 배출허용기준 및 시험 모드 변화에 따른 질소산화물과 입자상물질의 배출량 변화율을 보여주는 대시보드이다. 이 대시보드를 통해 규제 단계, 제작사, 유종 등을 선택하여 질소산화물 및 입자상물질의 평균 배출량을 직관적으로 확인할 수 있도록 하였다. 또한, 규제단계가 EURO-V에서 VI로 강화됨에 따라 시험 모드가 달라지는데(정상상태: ND-13 →WHSC / 과도상태: ETC →WHTC), 이러한 시험모드 변화에 따른 평균 배출량의 개선율을 확인할 수 있도록 하였다. EURO-V에서 VI로 규제 단계가 강화됨에 따라 NO<sub>X</sub> 배출허용기준은 정상상태 시험에서 80%, 과도상태 시험에서 77% 강화되었고 이에 따른 인증 자료의 평균 배출량은 정상상태 시험에서 89.77%, 과도상태 시험에서 82.01% 개선되었다. PM 배출허용기준은 정상상태 시험에서 50%, 과도상태 시험에서 66% 강화되었고 이에 따른 인증 자료의 평균 배출량은 정상상태 시험에서 78.58%, 과도상태 시험에서 64.74% 개선되었다. Fig. 2는 2016년 ~ 2019년까지 측정된 실도로 주행 시험의 배기량, 차량 총중량, 누적 주행거리, 평균 기온에 따른 질소산화물 배출량 분포와 검사 종류에 따른 평균 배출량 변화율을 보여주는 대시보드이다. 실도로 주행검사 종류 중 수시검사는 생산 단계, 사전검사는 운행단계, 본검사는 사전검사 후 예비검사에서 부적합 판정을 받은 차종이 다시 실시하는 검사이다. 따라서 수시검사, 사전검사, 본 검사 순으로 시험이 진행되며, 이 대시보드를 통해 실도로 주행 검사절차에 따른 평균 배출량 변화율을 확인할 수 있다. 향후 시험 차량의 후처리 저감장치 데이터를 추가하여 저감장치의 종류 및 배열구조에 따른 배출량 특성까지 분석하고자 한다.