NOx 는발암물질, 미세먼지의원인, 조기사망초래 WHO( 세계보건기구 ) 산하 IARC(International Agency for Research on Cancer) 는 디젤엔진에서나오는오염물질을발암물질로규정함. NOx 는미세먼지의원인임. 한국

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서겸 미
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1 폭스바겐 / 아우디조작의기술적실체

2 NOx 는발암물질, 미세먼지의원인, 조기사망초래 WHO( 세계보건기구 ) 산하 IARC(International Agency for Research on Cancer) 는 디젤엔진에서나오는오염물질을발암물질로규정함. NOx 는미세먼지의원인임. 한국환경정책평가연구원은 까지폭스바겐조작차량 12.6만대가기준치를초과하여질소산화물을배출하는데따른사회적비용을연간 339~801 억원 / 년으로추정함. 유럽에서폭스바겐디젤게이트조작으로 2008 년에서 2015 년사이배출된 NOx 때문에 1200 여명이호흡기질환으로조기사망한다는 MIT 조사결과보고서. 폭스바겐디젤게이트조작이밝혀지게된도로주행시험을했던 ICCT 는전체디젤차량이배출하는 NOx 로대한민국에서 2015 년 788 명이조기사망했다고발표했음. 1

3 폭스바겐 / 아우디 EA 189 엔진 2

4 배출가스저감장치 EGR 은배출가스재순환장치로서이사건 Ero5 차량들에모두장착이되어있음. 그리고, Q5 차량에는 EGR 에추가하여요소수분사장치인 SCR 도장착되어있음 ( 일부차량에는 LNT 도장착되어있다는설도있음 ) LNT는질소산화물저장 제거장치로서 NOx를포집하고, 연료를과잉분사하여 CO 와 HC 를발생시켜 NOx 를물, 질소, 이산화탄소로변환시켜제거함. 이와같이연료를많이사용하므로연비를저하시킴. SCR 은선택적환원촉매장치라고부름. 요소수를분사하여열을가하면암모니아가되는데이암모니아가 NOx 를만나면물과질소로변환시켜 NOx 를제거함. 요소수보충기간의간격을엔진오일교환주기와맞추기위해서는커다란요소수탱크가필요한데, 이는트렁크공간을없애경쟁력을약화시키고, 제조원가를높임. 조작은일반도로주행상태에서 EGR, SCR 의작동을빈번하게중단시켜가동율을현격히감소 (Sbstantially redce 시킴 ) 3

5 배출가스저감장치 (EGR 1) 4

6 배출가스저감장치 (EGR 2) 5

7 배출가스저감장치 (ECU) EGR 등배출가스저감장치의작동을컨트롤하는두뇌인 ECU 의형태 6

8 배출가스저감장치 (ECU/BOSCH EDC17) 폭스바겐 아우디의 ERG 조작을가능케한 BOSCH 가개발한 ECU 인 EDC17 7

9 배출가스저감장치 (EGR 동영상 ) 8

10 배출가스저감장치 (EGR 동영상 transcript) Previos approach of the emission control is not capable of meeting the new reqirement. The next viable step in r edcing peak combstion temperatres, and therefore red cing emission, is to cool some of the exhasted gas, mi x with fresh intake air, and move this mixtre into the co mbstion chamber. This process is known as exhasted g as recirclation, or EGR. 예전에쓰이던배출제어방법으로는새로운요구사항을충족시킬수없습니다. 그다음으로가능한방식은최고연소온도를줄여배출을줄이는방식으로배출가스일부를냉각시켜, 흡기와혼합시킨후, 이러한혼합물을연소실에넣는방식입니다. 이러한방식은배기가스재순환방식, 줄여서 EGR 이라고부릅니다. 9

11 배출가스저감장치 (EGR 동영상 transcript) The mixtre of recirclated exhast gas and fresh intake air is re ferred to as charge air. The extra exhast gas and charge air is i nert. It means there is virtally no oxygen in it, therefore it will n ot spport combstion. Also some of the heat energy dring com bstion is absorbed by inert exhast gas instead of the fresh air, thereby redcing peak combstion temperatre. This redce the formation of Nox, while minimizing se of retarded timing. Press re inside the exhast manifold is increased. This is accomplish ed throgh se of variable geometry trbo charger and exhast t hrottle orifice or other restrictions. 재순환배기가스와신선한흡기의혼합물은차지에어라고부릅니다. 추가적인배기가스와차지에어는비활성상태입니다이는이혼합물이거의산소를가지고있지않다는의미이고, 고로연소를일으키지않습니다. 또한, 연소중발생하는일부의열에너지가신선한공기대신에이러한비활성배출가스에흡수됨으로, 최대연소온도를줄여주는효과를낳습니다. 이는지연시간의사용을줄이면서 NOx 의형성을막는효과가있습니다. 또한배기매니폴드 ( 집합관 ) 의압력은증가하는데이는가변용량제어터보차저 (VGT 장치 ) 와배기스로틀오리피스등의제한장치에의하여일어납니다. 10

12 배출가스저감장치 (EGR 동영상 transcript) The recirclated exhast gas enters the water cooled EGR cooler from the exhast manifold, where its temperatre is redced. Th e cooled gas then contines to flow throgh exhast tbing to th e EGR valve. When commended to do so, EGR valve opens, then allow more exhast gas to flow. the gas then flow throgh the EG R connection tbing toward intake air inlet. On the intake side of the engine, the recirclated exhast gas enters inlet mixer. At th is point, compressed fresh intake air coming from the trbo, is c ombined with recirclated exhast gas to form the charge air for combstion. This charge air then enters intake manifold, and the n the combstion cylinder. 재순환배기가스는배기매니폴드에서수냉식 EGR 쿨러로들어가서온도가낮아지게됩니다. 온도가낮아진기체는배기튜브를타고 EGR 벨브로들어가게되고, 기계적명령에의하여 EGR 밸브가열리게되면, 더많은양의배기가스가흐르게됩니다. 그후기체는 EGR 튜브를타고흡입공기입구쪽으로흐르게됩니다. 본엔진의흡입부에서, 재순환배기가스는혼합기로들어가게되고, 터보에서들어온압축된신선한흡기는재순환된배기가스와섞여서연소를위한차지에어를형성합니다. 이렇게형성된차지에어는그후흡기메니폴드로들어가고, 연소실린더에들어가게됩니다. 11

13 배출가스저감장치 (LNT 와 SCR) 12

14 배출가스저감장치 (SCR) sorce: SAE, Atomotive Handbook 13

15 배출가스저감장치 (LNT) sorce: SAE, Atomotive Handbook 14

16 실내인증시험과 Cycle Beating (1) 15

17 실내인증시험과 Cycle Beating (2) 실내인증시험은차대동력계 (Chassis Dynamometer) 라고불리는장치위에서에어컨을끄고핸들을고정시킨상태로실제주행을모사한패턴에따라 20 여분가량정해진속도로실험을실시. 이와같이실내인증시험은그시험의내용과실시방법이모두다알려져있으므로자동차제조자는실내인증시험중임을인식하고배출가스저감장치를강하게많이작동시켜인증시험을쉽게통과하는것을 Cycle Beating 이라하고, 도로주행시에는배출가스저감장치의작동을끄는임의설정을 Sht-Off 임의설정 이라함. 자동차제조자가실내인증시험만통과하고실제주행상태에서는배출가스저감장치의작동을끄거나줄이는것을금지하기위하여환경부는사전인증시험시에 (1) 실내인증시험에그치지아니하고나아가자동차제조자로부터자료를제출받아 (2) 구조, 성능, 내구성에대한기술적점검을하고 (3) 임의설정이없다는것을확인함. 16

18 임의설정의정의및폭스바겐의임의설정 대기환경보전법제 46 조 1 항과제 48 조 1 항은고의적인배출가스저감장치조작을이미포괄적으로금지하고있었으며, 임의설정 도동법이금지하는조작에해당됨은명백함. " 임의설정 (Defeat Device)" 이란일반적인운전및사용조건에서배출가스시험모드와다르게배출가스관련부품의기능을저하되도록그부품의기능을정지, 지연, 변조하는구성부품 ( 온도, 차량속도, 엔진회전수, 변속기어, 매니폴드부압등의변수감지를통한기능설정 ) 을말함. ( 제작자동차인증및검사방법과절차등에관한규정 [ 환경부고시 ] 제 2 조제 19 호 ) 폭스바겐은엔진 ECU 소프트웨어에인증실내시험실에서만배출가스저감장치를최대로작동하고실제정상주행상태에서는임의로배출가스저감장치를끄는알고리즘, 즉, 조작코드를설정하여위와같은배출가스조작을위한임의설정을행함. 이와같은임의설정은배출가스인증제도의근간을훼손하는중대한비위행위로서대기환경보전법제 46 조 1 항과제 48 조 1 항을정면으로위배하는것임 ( 서울행정법원 2016 구합 닛산캐시카이판결 ). 17

19 EGR 가동의특성과폭스바겐의조작이유 EGR 은엔진에서나오는배기가스를다시엔진으로재흡입시켜엔진내에온도와산소량을떨어뜨림으로써질소산화물 (NOx) 발생량을감소시키는장치. EGR을작동하게되면카본이많이발생하여 Diesel Particlate의발생이증가하게되고, 이는 DPF 필터가막히게되는결과를초래함. DPF 필터교체비용은고가이므로, 폭스바겐은 7년장기간보증수리기간동안발생하는보증수리비용을줄이기위하여정상주행상태에서 EGR의작동을중단시키는조작을하였다고보고있음. EGR 을작동하게되면, 연비, 엔진출력, 토크가저하됨. 폭스바겐은실제정상주행상태에서 EGR 을끄는조작을통해연비, 엔진출력, 토크면에서경쟁업체보다상대적으로높은수치를유지시켜, 이를통해제조원가를낮추고차량의판매가증가되는것을통해세계 1 위에등극하고막대한불법이익을취했다고보고있음. 18

20 폭스바겐의임의설정은최악의조작 적발된임의설정사례 (1) 실제주행시 Sht-Off 임의설정 : 인증시험실모드와실제정상주행상태모드의두가지모드간에변환이가능하도록하여인증시험시에는배출가스저감장치를최대한켜고실제정상주행시에는끔 ; 폭스바겐. (2) Thermal Window 임의설정 : 35 이상에서배출가스저감장치를끔 ; 르노 (dci 엔진 ), 닛산 ( 캐시카이 ). (3) 시간경과 Sht-Off 임의설정 : 시동후 25 분 ( 인증시험은 22 분소요 ) 이경과하면배출가스저감장치를끔 ; 피아트 / 크라이슬러. 독일도로교통부 (KBA) 도브린트장관이폭스바겐임의설정이 clearly illegal 이라한바와같이, 폭스바겐의불법행위는명백하고, 위 3 가지사례중조작이가장명백하고위법성이매우중함. 국립환경과학원교통환경연구소고모연구사는 폭스바겐은인증때만동작하는별도의불법장치를설치해서인증규정을완전히위반했다 고지적함. 19

21 폭스바겐 / 아우디조작을 2006 년부터주도한독일본사임원들 독일검찰은폭스바겐본사, 아우디본사, Jones Day 뮌헨사무실등과빈터콘전회장및고위임원들의자택을압수수색했고, 빈터콘전회장등경영감독위원회멤버들에대해서도디젤게이트조작지시여부를수사중임. 지난주 아우디엔진개발본부열역학팀장인 Giovanni Pamio 를구속. 미국검찰은 다음과같이공소장에기재된폭스바겐엔진개발본부장 Hadler, Dorenkamp, Nesser 등 7 명을조작의기술적주범으로기소하였음. 이들은 2006 년부터 10 년넘게조작을주도했음 Pamio 를기소. 폭스바겐미국법인의인증담당책임자로근무했던올리버슈미트는 마이애미공항에서체포되어수감중으로, 디트로이트연방지법 Sean Cox 판사에게유죄를시인함 (plead Gilty) 형사재판이예정되어있음. D-1( 피고 -1) James Liang 는 Sean Cox 판사로부터 40 개월징역에 20 만달러벌금형을선고받음. 공소장에기재된 Hadler 등독일거주 5 명의임원에대해서는미국법무부가인터폴에적색체포령을요청하여국제수배중임. 20

22 폭스바겐 / 아우디디젤게이트의기술적주범 21

23 폭스바겐 / 아우디디젤게이트의기술적주범 디젤엔진개발팀장 엔진개발본부장 엔진개발본부장 품질관리및제품안전본부장 미국환경엔지니어링사무소책임자 15 인증그룹근무 22

24 폭스바겐 / 아우디디젤게이트의기술적조작의경과 2000 년초아우디가디젤엔진시동시발생하는소음을줄이기위해개발한엔진 ECU 소프트웨어인이른바 Acostic Condition 이이사건임의설정조작으로진화했음 년최고위기술책임자가작성한 PPT 자료는인증시험실테스트는 100% 예측할수있다고하면서엔진 ECU 소프트웨어에코드를심어인증시험패턴을인식한후배출가스저감장치를인증시험통과를위해서만작동시키는방법을제시하였음 당시엔진개발본부장인 Hadler 가 Dorenkamp 에게 EA189 엔진이장착된 2009 년식차량부터시험실에서인증시험중임을인식하여배출가스저감장치를많이작동시키고실제도로주행상태에서는이를끄는임의설정조작을하도록지시하였음 당시엔진개발본부장인 Nesser 와품질본부장인 Gottweis 는분사장치, 필터등 Hardware 의고장이빈번해지자자동차핸들이 20 이상꺾였는지를인식할수있는 핸들각도인식기능 (Steering wheel angel recognition featre) 을엔진 ECU 소프트웨어에추가하도록지시하여임의설정조작을더욱정교하게만듬. 23

25 조작에관한폭스바겐독일본사의 발표내용 (1) 24

26 조작에관한폭스바겐독일본사의 발표내용 (2) 25

27 조작에관한폭스바겐독일본사의 발표내용 (2) 엔진제어소프트웨어가시험실테스트중임을인식하여 Nox 배출량을줄이기위해 EGR 을더욱강렬하게작동시킴. 26

28 조작에관한폭스바겐독일본사의 발표내용 (3) 27

29 조작에관한폭스바겐독일본사의 발표내용 (3) ECU 가 Test bench 인지 Road 인지를인지해서 Test bench 에서는 NOx 를감소시키는 A 배출가스작동체계 를가동하고, Road 에서는 NOx 배출이증가하는 B 배출가스작동체계 를가동함 28

30 조작코드에관한논문 (1) l 조작코드에관한논문 How They Did It: Analysis of Emission Defeat Devices in Modern Atomobiles [IEEE 보안심포지움에서발표 (2017 년 5 월 23 일 )] ( 발표동영상 : Volkswagen Grop 과 Fiat Chrysler Atomobiles 의배기가스조작장치에대한분석 è 위부분중 Volkswagen Grop 에관한내용은이사건에서참고할수있음 29

31 조작코드에관한논문 (2) 30

32 조작코드에관한논문 (3) [Abstract] 조작의기본원리 현재의전자엔진컨트롤러 (ECU) 를사용하면, 제조업체는차량이실내인증시험중인지를프로그램적으로추측할수있음 (Using modern electronic engine controllers, manfactrers can programmatically infer when a car is ndergoing an emission test) 배출가스기준을준수하도록차량의동작을변경 (alter the behavior of the vehicle to comply with emission standards) 반면, 일반도로에서의정상주행상태에서는성능의향상을위해배출가스기준을초과하여배출 (while exceeding them dring normal driving in favor of improved performance) 31

33 조작코드에관한논문 (4) [I. INTRODUCTION] ü ü Volkswagen 조작장치스캔들의핵심 일반적인차량운행으로예상되는경우에는배출가스저감장치의효율성을감소시킴 ( redces the effectiveness of the emission control system nder conditions which may reasonably be expected to be encontered in normal vehicle operation and se, ) cycle beating è 대부분의국가에서배기가스시험은시험실의샤시에서고정되어행해짐 32

34 조작코드에관한논문 (5) [I. INTRODUCTION] ü Volkswagen 은 Bosch 에의해고안된조작장치를활용하였음 33

35 조작코드에관한논문 (6) [II. Technical Backgrond] A. Diesel Engines Gasoline Engine과달리점화시연료와공기가불완전불균등하게혼합됨 è black smoke, heavy knocking sond 1 EGR 배기가스재순환장치 è NOx 감소, particlate matter 증가 2 DPF Particlate filter è 짧은거리만을운행하는운전자는고속주행을하여 Particlate 를태울만한충분한온도에도달하기어려워 maintenance 문제가발생하게됨 è EGR 을끄는조작이필요하게됨 34

36 조작코드에관한논문 (7) [II. Technical Backgrond] B. Emission Test Cycles and Emission Standards 35

37 조작코드에관한논문 (8) [II. Technical Backgrond] C. Electronic Engine Control 36

38 조작코드에관한논문 (9) [III. DATASET] A. Fnction Sheets B. A2L and OLS Files C. Firmware images 37

39 조작코드에관한논문 (10) [IV. DEFEAT DEVICES] 38

40 조작코드에관한논문 (11) [IV. DEFEAT DEVICES] A. The Volkswagen Device: Test Detection Activating conditions Deactivating conditions Test cycle crves Steering wheel checks 39

41 조작코드에관한논문 (11) [IV. DEFEAT DEVICES] A. The Volkswagen Device: Test Detection 40

42 조작코드에관한논문 (12) [IV. DEFEAT DEVICES] A. The Volkswagen Device: Test Detection 1 Activating conditions 43

43 조작코드에관한논문 (12) [IV. DEFEAT DEVICES] A. The Volkswagen Device: Test Detection 2 Deactivating conditions ( 저감장치를끄는조건 ) ü ü ü ü 엔진이켜지고가속페달의위치가처음으로정해진한계점을넘길때까지의시간이설정된시간을넘겼을경우 (InjCrv_tiNsAppVal_C) 엔진회전수가설정된값을초과했을경우 (InjCrv_ctNsStrtExtd_C) 배출시험모드가금지된경우 차량이출발후인증시험테스트곡선의프로파일바깥쪽에서적어도한번이상벗어났을경우 (InjCrv_vThres_C) 44

44 조작코드에관한논문 (12) [IV. DEFEAT DEVICES] A. The Volkswagen Device: Test Detection 3 Test cycle crves 45

45 조작코드에관한논문 (13) [IV. DEFEAT DEVICES] A. The Volkswagen Device: Test Detection Steering wheel checks 46

46 조작코드에관한논문 (13) [IV. DEFEAT DEVICES] A. The Volkswagen Device: Test Detection Acostic condition Test cycle crves logic 41

47 조작코드에관한논문 (13) [IV. DEFEAT DEVICES] A. The Volkswagen Device: Test Detection 42

48 조작코드에관한논문 (14) [IV. DEFEAT DEVICES] B. The Volkswagen Device: Effect on Injection 47

49 조작코드에관한논문 (14) [IV. DEFEAT DEVICES] C. The Volkswagen Device: Effect on EGR 48

50 조작코드에관한논문 (14) [IV. DEFEAT DEVICES] C. The Volkswagen Device: Effect on EGR 49

51 2011 년환경부 EGR 조사자료제출거부함으로써조작은폐 2011 년환경부가폭스바겐 / 아우디디젤차량의질소산화물 (NOx) 과다배출원인과개선방안을제출하라고요구했지만, 폭스바겐 / 아우디는이를거부했음. 환경부는총 6개사 8개차종에서실제도로주행상태에서 NOx가과다배출되는것을발견하고개선방안을제출하라고요구했고다른회사들은이를이행했음. 폭스바겐 / 아우디는독일본사관계자까지한국으로건너와관련사항을파악하고환경부와의회의에도참석했으나, 환경부에게그원인과개선방안제출을거부했음. 폭스바겐 / 아우디는이당시한국에서판매된디젤차량에문제된조작장치 ( 정상주행상태에서배출가스저감장치를끄는임의설정 ) 가달려있음을알면서도이를감추기위해위와같이환경부에그원인과개선방안제출을거부했던것임. 50

52 환경부리콜방안승인의위법성과기술적문제점 현재서울행정법원에서리콜방안승인처분취소소송진행중 ( 교통환경연구소방준홍연구사에대한증인신문실시했고, 환경부홍동곤과장과김정수교통환경연구소장에대한증인신문예정 ) 환경부가승인한리콜방안은초과 NOx 감축수준이 20~30% 수준에불과하여위법 ( 미국은 80~90% 감축 ). 환경부는리콜방안의내구성에대한검증을전혀하지않아향후빈번한고장발생가능성에고객들을노출 ( 미국은다양한자체내구성시험실시 ). 이와같은고장발생위험에대하여환경부는배출가스관련부품에대한보증기간연장조치를전혀취하지않아위법 ( 미국은보증기간 4 년연장 ). 성능저하와관련하여토크저하시험을전혀실시하지않고, 간이가속시험과간이등판시험만실시한부실검증. 연비저하와관련하여조작을하지않은선의의자동차제조자에적용하는 5% 마진조항을고의로대기환경보전법을위반한폭스바겐에적용한잘못이있음. 51

53 리콜방안의성능및연비저하시험 2017 년 3 월 29 일스웨덴의유명한자동차전문잡지 테크니켄스바르드 는폭스바겐의리콜방안이토크와연비를저하시킨다는자체시험결과를발표했음. 토크 12 마력 (10N/m) 감소, 연비 4% 저하. 52

54 리콜실시시발생하는고장사례 (1) 영국폭스바겐디젤포럼 리콜폭스바겐, 연비 성능저하 :05:37 英리콜고객 효율 성능저하, EGR DPF 고장등문제점겪어 [ 천지일보 = 손성환기자 ] 폭스바겐리콜을받은차량들이연비효율저하를비롯해성능저하, EGR 밸브고장, DPF 필터막힘, 연료분사장치고장등많은문제점을겪고있다고영국의 폭스바겐디젤고객포럼 이보고서를발간했다. 21일 ( 현지시간 ) 영국자동차전문잡지오토카에따르면, 폭스바겐고객포럼보고서에서는리콜을받은폭스바겐차량에서터보차저고장, 차량이저속모드로돌연전환하는문제, 엔진소리가커지는현상등도리콜이후발생했다고밝혔다. 53

55 리콜실시시발생하는고장사례 (2) 54

56 리콜실시시발생하는고장사례 (2) There are many mechanical isses being reported, which are as follows: Redced MPG Redced performance Diesel Particle Filter (DPF) excessively regenerating DPF Failre Exhast Gas Regeneration Valve (EGR) Valve failre Vehicles entering Limp Mode Trbo failre Excessive engine noise Excessive exhast fmes/ brning smell Injection failre. 55

57 리콜실시시발생하는고장사례 (3) 폭스바겐, 배출가스리콜수리후재출발이어렵다? 2017 년 04 월 03 일 ( 월 ) 04:01:28 이한승기자 hslee@top-rider.com 2010 년형골프 1.6 TDI 를소유하고있는제임스해리슨씨는배출가스관련리콜을통해차량의일부하드웨어를교체받았다. 해리슨씨는리콜수리이후정지후재출발상황에서간헐적으로재출발이어려운상황을경험했다고전했다. 또한리콜이후필터에수집된매연을태우는재생모드가매일동작하고있으며, 이같은잦은동작으로인한배기가스재순환밸브 (EGR) 와배기시스템의수명단축과이로인한연비저하가심각한수준이라고말했다. 이한승기자 < 탑라이더 hslee@top-rider.com> 56

58 끝 57

Industry_mm_2010

Industry_mm_2010 LIG Research Division Industry Analysis 2016/05/18 Analyst 신재영ㆍ 02)6923-7341 ㆍ jyshin@ligstock.com 자동차 ( 비중확대 ) 하이브리드, 디젤을넘어대세가되다 한국닛산의캐시카이모델에서도배기가스조작이발견되었으며, 국내출시된경유차 20 종을실제도로조 건에서시험한결과 19 개차종의배출량이초과되었습니다.