그림 Ⅳ-4. 배출가스시험개략도 < 출처 : 에너지관리공단 > * CFV-CVS (Critical Flow Venturi-Constant Volume Sampling): 임계유량벤츄리형정량적시료채취장치 (1) 시험준비과정 준비된배출가스측정대상자동차를시험실의차대동력계에위

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기웅 명
5 years ago
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1 2. 자동차배출가스규제 1) 배출가스규제 세계최초의배출가스규제는 1962년광화학스모그로인해미국의캘리포니아주에서시작되었다. 그발단은로스엔젤레스에서발생한광화학스모그의원인이자동차에서배출되는 HC와 NO 2 의광화학반응에의해발생된것으로판명되면서캘리포니아주는독자적인자동차오염방지법을제정하게된것이다. 이후로다른나라에서도차량에서배출되는 CO, HC, NOx의가스량을규제하게되었다. 배출가스측정은시험차량을실제의도로상주행과동일한상태로차량동력계에설치하여규정된도로주행모드 (FTP-75( 한국, 미국 ), ECE( 유럽 ), JAPAN11 등 ) 로모의주행을실시하면서측정된다. 이때차량동력계에는주행저항에상당한동력흡수장치와가 감속시의관성을고려한플라이휠이사용된다. 차량중량의보정을위하여기계적인플라이휠을사용하였으나, 점차로전기적인방법으로가 감속시발생하는추가부하를제공함으로써기계적인플라이휠을대신하여관성중량을제어하고있다. 이때배출된가스는 CVS(Constant Volume Sampling) 법을사용하여 Sample Bag에포집되며가스분석기를거쳐분석된다. CVS법은정용량채취법으로배출가스중량규제에가장적합한측정법이다. 연료주입시와연료탱크, 연료공급시스템에서발생하는증발가스량은 SHED (Sealed Housing for Evaporative Determination) 법에의해측정된다. 시험차량은외부와차단된밀폐실 (SHED) 로옮겨져서연료를주입하게되며연료탱크의온도를올리면서시험전후밀폐실의 HC 농도량을측정하는것이다. 유럽 (EU) 의배기가스규정에는 EURO3/4 경우증발가스규제로 Diurnal test + Hot soak test 시발생량이 2grams 을넘지않도록하였다. 미국의경우 US Federal과 California에서는 3-day diurnal 과 Supplement 2-day 방법을통해증발가스규제를시험한다. 점차강력해지는규제는새로운시험모드를개발하고저온 (-7 ) 상태에서의 CO량에대한규제를추가하기도하며차량의보증기간을연장시켰다. 2) 배출가스시험절차 국내에서적용되는배출가스시험법률에의해아래와같이그절차와방법이규정되어있다. 배출가스시험절차는시험준비과정, 모의주행과정, 배출가스분석과정등크게 3가지로구성되어있다. 355

2 그림 Ⅳ-4. 배출가스시험개략도 < 출처 : 에너지관리공단 > * CFV-CVS (Critical Flow Venturi-Constant Volume Sampling): 임계유량벤츄리형정량적시료채취장치 (1) 시험준비과정 준비된배출가스측정대상자동차를시험실의차대동력계에위치시킨후운전 계획 (UDDS: Urban Dynamometer Driving Schedule) 에따라예비주행을실시하고, 자동차전체의냉간상태가지속될수있도록 20~30 의항온실에서가솔린차량은 시간이내, 디젤차는 12 시간이상주차보관한다. * UDDS(Urban Dynamometer Driving Schedule: 동력계주행시험계획 ): FTP-72 driving cycle (CT+S phase: 그림 Ⅳ-5 참조 ) (2) 모의주행과정 냉간보관이완료된차량을시동을걸지않고차대동력계상에위치한뒤 배기분석계및시료채취관의연결, 냉각팬을설치후배출가스측정주행모드에 따라모의주행실시한다. - 국내 : CVS-75 cycle (FTP-75 cycle 과동일 ) - 미국 : FTP-75 cycle - 유럽 : ECE + EUDC cycle (3) 배출가스분석 모의주행동안자동차의배기구에연결된시료채취관을통하여측정된 배출가스를분석하여대상차량의배출가스량을결정한다 3) 지역별배출가스규제 기술개발을통한배출가스의지속적인개선에도불구하고, 자동차의보급이활발해짐에따라실제대기환경의개선은이루어지지않아여전히전세계적인 356

3 문제가되고있다. 따라서자국내국민을보호하기위한방안으로더욱더강화된법규를제정하고있다. 다음은일반적으로각국에서규정한배기규제를나타내고있다. (1) 국내배출가스규제 1 법령근거 : 대기환경보전법시행규칙 2 06 년 E/M 강화관련자동차종류 승용자동차대형 GVW 3.5t 이상 12t 이하 경차 소형 중형 초대형 2006 년 1 월 1 일 ~ 800cc 미만 800cc 이상, GVW 3.5t 미만, 8 인이하 800cc 이상, GVW 3.5t 미만, 9 인이상 15 인이하 GVW 12t 이상 * Curb WT(Curb Vehicle Weight: 공차중량 ): PEL(Product Equipment List) 상의 Standard 사양을장착한상태의차량중량. ( 작동유체규정치, Spare Tire, OVM Tool 중량포함.) * GVW(Gross Vehicle weight: 차량총중량 ): 완성차상태에서차량이허용할수 있는최대적재상태의중량 = Curb WT + 최대탑승인원수 * 65kg + 적재가능무게 3 제작차배출허용기준및배출가스보증기간 ( 가솔린 ) 2006 년 1 월적용된본규정은 Korea ULEV 라고도불린다 년 ~ 배출가스허용기준 (g/km) 기준 CO NMOG NOx 보증기간 경차 년, 8 만 km 소형승용, 가 소형화물 나 중형승용, 가 중형화물 나 년, 16 만 km 10 년, 16 만 km 대형승용 / 화물 초대형승용 / 화물 년, 16 만 km (D-13 모드 ) * 상기 ( 가 ) 란은배출허용기준검사와 5 년또는 80,000km 까지의인증시험및결함확인검사에적용하고, ( 나 ) 란은 80,000km 이상의인증시험및결함확인검사에적용함. * 상기소형승용 (2006 년규제 ) 의배출허용기준은연차적으로적용함. 357

4 적용기간 2006 년 2007 년 2008 년 2009 년이후 출고비율 25% 50% 75% 100% * 이전제작 - 90 일이내출고하고나, 이전인증 까지출고할경우제작당시기준적용. ( 소형승용제외 ) 4 제작차배출허용기준및배출가스보증기간 ( 디젤 ) 2006 년기준 CO HC+NOx NOx PM 측정방법보증기간 경차 소형승용 1) 8인이하 (GVW 2.5t 이하 ) RW 1,305 kg 소형화물 2), 중형승용, 중형화물 1,305 < RW 1, ,760 kg < RW ECE-15 및 EUDC 모드 5 년, 8 만 km 대형승용, 화물 GVW 3.5t 이상 ND-13 모드 2 년, 초대형승용, 화물 GVW 12t 이상 ETC 모드 16 만 km * RW(Reference Weight): 공차중량 (Curb Wt) + 100kg * 이전제작 - 90 일이내출고하고나, 이전인증 까지출고할경우제작당시기준적용. ( 소형승용제외 ) * 1)2006 년기준소형승용중 GVW 2.5t 초과하는차량은중형승용기준을적용함. * 2) 소형화물, 중형승용 / 화물 2006 년기준은신차 월부터, 기존차 월부터적용함. ( 소형승용은 2006 년 1 월부터적용 ) 5 운전모드 : CVS-75 cycle ( 북미 FTP-75 모드와동일 ) 국내의배출가스주행모드로는휘발유, 가스차는 CVS-75( 미국의시가지주행모드인 FTP-75) 를 1987 년부터, 경유를사용하는경차및소형 중형자동차는유럽에서 사용중인 ECE15+EUDC 모드를 2004 년부터단계적으로적용하고있다. CVS-75 주행모드는미국에서제작사용되는 FTP-75 모드와같으며이는도심지역의 주행특성을시뮬레이션하여작성된것으로이측정방법은자동차공인연비의 인증시험용으로도사용된다. 위운전모드는차대동력계에서운전보조장치가지시하는대로가감속및 기어변속을행하면서평균차속 34.2km/h, 최고속도 91.2km/h, 주행시간 1874 초, 주행거리 17.86km 를다음그림 Ⅳ-5 와같이주행한다. 정해진주행모드를주행하면서배출가스는일정량의공기로희석하여처음 505 초간은시료주머니 1(Cold start Phase), 505 초 ~ 1370 초까지는시료주머니 2(Transient Phase) 에채취하고시동을끄고 10 분간방치한후재시동하여 505 초 동안시료주머니 3(Hot start Phase) 에채취한다. 각 Phase 에다음식과같이가중치를두어배출가스량을산출한다 * CT * S * HT 358

5 그림 Ⅳ-5. FTP-75 cycle Phases: CT: Cold Transient phase S: Stabilized phase HT: Hot Transient phase Total test distance (C/T+S+H/T): 11.1 miles(17.86km) Total duration (including 10 min soak): 2474 sec Maximum speed: mph (91.2 km/h) at 240 th sec Average speed: mph (34.2 km/h-stop excluded) mph (38.56 km/h) without idle phase (idle time: 17.9 %) CVS-75 Also known as FTP-75, City cycle, EPAⅢ Phase Ⅰ+Ⅱ known as FTP-72, EPAⅡ, LA-4, UDDS(Urban Dynamometer Driving Schedule) (2) 미국배출가스규제 1 자동차종류 * 소형승용차 (Light Duty Vehicles): 승차인원 12 인이하차량 * 소형화물차 - Light Duty Truck: GVWR 8500lb(3856kg), 공차중량 6000lb(2721kg) - Heavy Light Duty Truck: GVWR 8500lb, 공차중량 > 6000lb * 중량자동차 (Heavy Duty Vehicles): GVWR > 8500lb, 공차중량 > 6000lb 2 미국 ( 연방 ) 의자동차배출가스허용기준 미국 ( 연방 ) 의배출가스규제기준은 1994 년부터경량차량및중량차량에대해 2 단계에걸친배출가스배출기준 (Tier1, Tier2) 를규정하고청정연료사용자동차의 생산및보급촉진을위한구매의무화조항을반영하고있다 년부터는 Tier2 기준이적용되어오존생성을통해광화학스모그에영향을 미치는질소산화물 (NOx) 의규제가강화되었고, 포름알데히드등휘발성유기화합물 기준치도 50% 수준으로강화한규정을시행하고있다. 359

6 Tier2 규제는배출가스의배출량을 10단계카테고리로나누어자동차메이커가차종당어느카테고리를만족시킬것인지를스스로정하도록하고, 각각의모델판매대수에따라산출한기업평균배출가스기준이 Bin5 카테고리에해당하는규제치에만족시키도록규정짓고있다. Bin# 인증기준치 (Useful Life = 120,000 miles) 단위 ; g/mile CO NMOG NOx PM 적용시기 년 ~2009 년 Phase-in * 자동차판매대수에따라산출된기업평균배출가스기준이 Bin5를 만족시켜야하므로, Bin8 카테고리의해당차량을판매하는것도가능하다. 그러나 Bin8이후카테고리해당모델은 2008년이후부터는판매할수없고 2009년형모델부터는 Bin7보다엄격한기준을만족하는모델을도입해야한다. 360

7 3 미국캘리포니아州배출가스허용기준세계에서자동차의배출가스규제가가장먼저시행된곳은미국캘리포니아州의로스앤젤레스이다. 도시화가급격히진행된로스앤젤레스에서는이미 1943 년유명한 LA 스모그가발생하였으며, 이것이미국에서의자동차배출가스공해의시작이었다 년캘리포니아공과대학의 A.J.H. 스미트에의해 LA 스모그가태양광선과자동차의배출가스에의한광화학스모그라는것이밝혀지면서자동차배출가스가 LA 스모그의유력한발생원이라고하여주목되기시작하였다. LEV(Low Emission Vehicle) 및 ZEV(Zero Emission Vehicle) 프로그램으로대별되는캘리포니아州의자동차배기가스규제는연방정부의규제치보다배출가스기준이엄격하다 년 ~ 2003 년모델차량에대해적용되어오던 LEV1 기준에이어 2004 년모델부터 NOx 및 PM 기준이한층강화된 LEV2 프로그램을시행중이다. 또한자동차메이커로하여금일정비율의무공해차량 (ZEV) 판매를의무화함으로써청정연료자동차시장확대를추진하고있다. Emission Classes 인증기준치 (Useful life = 120,000 miles) 단위 ; g/mile NMOG 5) CO NOx PM HCHO 6) LEV 1) ULEV 2) SULEV 3) ZEV 4) * 1)LEV: Low Emission Vehicle * 2)ULEV: Ultra Low Emission Vehicle * 3)SULEV: Super Ultra Low Emission Vehicle * 4)ZEV: Zero Emission Vehicle * 5)NMOG: Non-Methane Organic Gas( 비메탄계유기가스 ) * 6)HCHO: Formaldehyde( 포름알데히드 ) * CARB-LEV2 규정채택지역 : 캘리포니아, 뉴욕, 메사추세츠, 메인, 버몬트 4 운전모드 : FTP-75 cycle ( 그림 Ⅳ-5 참조 ) (3) 유럽배출가스규제 EU 의자동차배기가스기준은경량자동차 ( 승용차및소형트럭 ) 에대해서는지침 70/220/EEC 에서, 그리고중량디젤트럭및버스에대해서는지침 88/77/EEC 에서각각규정하고있으며, 각지침에서규정하는기준은유럽의자동차배기가스규제기준인 Euro I, II, III, IV, V 기준으로대변되며, 지속적으로강화되고있는추세이다. 361

8 1 EURO-IV (ANNEX I Passenger cars and light commercial vehicles Directive 98/69/EC) 대상차종 가솔린차량디젤차량 CO HC NOx CO HC+NOx NOx PM M1 ( 승용 ) 9인승이하 Class I RW 1,305kg N1 1,305kg<RW Class II ( 상용 ) 1,760kg Class III 1,760kg<RW * RW(Reference Weight): 공차중량 (Curb Wt) + 100kg 2 EURO-V ( 미확정 : EC 안 ) 대상차종 M1 (9 인승이하승용 ) 및 가솔린차량 디젤차량 CO HC NOx CO HC+NOx NOx PM N1 Class I -25% -25% -20% -80% 단위 : (g/km) 적용시기 05.1 ~ 06.1 ~ 단위 : (g/km) 적용시기 08 년중 시행예정 * 위의적용시기는신차에해당되며, 기존차의경우 1 년간유예하여적용함. 3 운전모드 : ECE15 + EUDC cycle 유럽은 1962 년에프랑스파리시가지의주행흐름을반영한 ECE15 모드와최근에고속주행모드인 EUDC 모드를추가하여 ECE15+EUDC 모드를사용하고있다. 위운전모드는차대동력계에서운전보조장치에서지시하는대로가감속및기어변속을행하면서 4 회의기초도시주행모드 ( 평균차속 18.7km/h(with idling), 최고속도 50km/h, 주행시간 195 초 / 회, 주행거리 1.013km/ 회 ) 로구성된도시주행모드 Part 1) 와추가도시주행모드 ( 평균차속 62.6km/h, 최고속도 120km/h, 주행시간 400 초, 주행거리 6.995km) 로구성된도시주행모드 (Part 2) 를진행하며다음그림 Ⅳ-6, 그림 Ⅳ-7 과같이주행한다. 시료의채취는엔진시동과동시에시작하여주행주기의마지막공회전이끝남과동시에종료한다. 그림 Ⅳ-6. ECE 15 cycle 362

9 그림 Ⅳ-7. EUDC cycle Characteristics Unit ECE 15 EUDC Distance km 4*1.013= Duration s 4* Average Speed Km/h 18.7(with idling) 62.6 Maximum Speed Km/h

- 1 -

- 1 - - 1 - - 2 - - 3 - - 4 - - 5 - - 6 - - 7 - - 8 - - 9 - - 10 - - 11 - - 12 - - 13 - - 14 - - 15 - - 16 - - 17 - 단 계 시간 ( 초 ) 거 리 비고 저온시동시험초기단계저온시동시험안정단계 505 865 9-11분 5.78km (3.59 mile) 6.29km (3.91 mile)