가. 휘발유자동차 엔진의 연소방법

  자동차에 사용하는 연료는 산유국에서 가져온 화석연료(Crude Oil)를 정유공장에서 고열로 증류할 때 비중이 가벼운 LPG, 휘발유, 등유(석유), 경유, 벙커C유, coal tar 순으로 뽑아낸다. 이중에서 자동차용으로는 LPG, 휘발유 및 경유이다. 이외에도 천연가스 지대에서 가스상태로 분출하는 천연가스가 있고, 기타 수소, 메탄올 등이 있다. 이러한 연료를 사용하여 동력을 발생시키는 엔진은 휘발유 엔진, 디젤엔진으로 구분된다. 휘발유 엔진은 불꽃점화방식(Otto cycle)에서 유래된 것으로 공기와 연료를 14.7대1로 혼합하여 연소실로 들여보내 압축시켜 고온고압으로 된 혼합연료에 전기불꽃을 튀겨 전기점화 시켜서 동력을 얻는 원리이다.

나. 배출가스 발생기구

  자동차에서 배출되는 가스는 그 배출원에 따라 배기가스(exhaust gas), 블로바이 가스(blow-by gas), 증발가스(evaporation gas)로 구분한다.

(1) 증발가스

  증발가스란 엔진의 기화기장치나 연료탱크 내의 휘발유가 연료캡등을 통하여 증발되어 대기중에 방출하는 가스를 말한다. 그 주성분은 탄화수소(HC)가 대부분이다.

(2) 블로바이 가스

  블로바이 가스는 피스톤과 실린더 사이의 간극을 통해서 크랭크 케이스로내려가 밸브구동실이나 헤드캡등을 통하여 유출되는 가스를 말하며 소형차는 대부분 흡기계로 되돌려 재연소시킨다. 블로바이 가스의 성분은 그 대부분이 미연 HC이고 나머지가 연소가스 및 불완전 연소된 혼합가스로 되어있다.

(3) 배기가스

  95%이상이 배기관을 통하여 배출되는 가스로서 연소된 가스상 물질이다. 오늘날 우리가 사용하는 화석연료의 대부분은 여러 종류의 HC로 이루어진 혼합물이다. 완전연소가 이루어지기 위해서는 이 HC들이 산소와 결합하여 수증기와 탄산가스만을 생성시켜야 한다. 그러나 현재의 기술수준으로는 기관의 작동상태가 최적연소라 할지라도 혼합기를 완전 연소시킬 수 없기 때문에 배기가스 중에는 유해물질이 포함될 수 밖에 없다. 중부하 중속으로 휘발유엔진이 작동될 때 배기가스의 대부분은 질소(71%), 탄산가스(18.1%), 수증기(9.2%)이고 유해물질은 총배기가스의 약1% 정도가 된다. 여기에 포함하고 있는 유해물질은 주로 다음과 같다.

 o 일산화탄소(CO)

 o 탄화수소(HC)

 o 질소산화물(NOx)

다. 엔진의 운전조건에 따른 오염물질 배출특성

(1) 엔진의 회전속도

  고속에서는 엔진 자신의 마찰마력이 증대되고 또 보조장치의 출력소모도 증가한다. 따라서 연료소비율이 증가한다는 것은 연료소비율에 비례해서 유해물질의 배출량도 증가한다는 것을 의미한다.

(2) 엔진의 부하

  엔진의 부하가 증가하면 연소실의 온도도 상승한다. 따라서 화염면이 전달되지 않는 연소실벽 근처의 경계층 두께도 그만큼 얇아진다. 그리고 배기가스 온도가 높기 때문에 동력행정과 배기행정에서의 후반응(post-reaction)이 활성화된다. 따라서 부하가 증가함에 따라 HC의 발생량은 감소한다. 그리고 일산화탄소의 발생량도 감소한다. 이는 활발한 후반응에 의해서 일산화탄소가 이산화탄소로 변화하기 때문이다. 그러나 반대로 NOx은 증가한다. 부하가 증가함에 따라 연소실의 온도가 상승하므로 NOx은 급격히 증가하게 된다.

(3) 차량의 주행속도

  주행속도가 높아지면 연료소모율은 증가한다. 그러나 HC와 일산화탄소의 배출량은 경제속도 60∼80km/h를 넘어서면서 약간 증가한다. 질소산화물(NOx)은 주행속도에 비례해서 증가하는 것으로 알려져 있다.

  스로틀 밸브가 급격히 열리면 기화기 엔진이나 전자분사(SPI: single point injection)시스템의 경우엔 공급된 연료중의 일부가 흡기통로 벽에 점착된다. 농후한 혼합기를 공급하면 미연 HC와 일산화탄소의 배출량이 증가한다. 연료를 흡입밸브 전방에 바로 분사하는 시스템, 즉 MPI(multi point injection)시스템에서는 위 방식보다 좋다. MPI시스템에서는 엔진이 가속시에도 적절한 혼합기를 유지한다.

(4) 공기과잉률과 배출가스

  가솔린 엔진의 배기가스에 포함된 유해물질은 공연비의 영향을 크게 받는다. 공기과잉률(λ)은 엔진이 실제로 흡입한 공기량과 완전연소에 필요한 이론 공기량의 비를 말한다. 이론 혼합비에서는 공기과잉률은 1이다. 일반적으로 가솔린엔진은 5∼10% 공기부족(λ=0.95∼0.9 : 농후혼합기) 상태에서 최대출력을 발생시키므로 전 부하시에는 대부분 농후 혼합기를 공급한다. 공기 부족시에는 연료를 완전하게 연소시킬 수 없기 때문에 연료 소비율은 증가하고 동시에 배기가스 중의 유해물질의 비율도 크게 증가한다. 휘발유 엔진은 약 10%정도의 공기과잉(λ=1.1 : 희박혼합기)상태로 운전될 때, 연료 소비율은 가장 낮지만 반대로 엔진의 출력은 감소하고 또 연소속도가 느리기 때문에 엔진의 온도도 상승한다. 약 10%정도의 공기과잉상태에서는 배기가스 중에 일산화탄소와 미연 HC의 비율은 크게 증가한다.

(5) 점화시기와 배출가스

  점화시기를 앞당기면 그만큼 연소시간이 길어져 완전연소에 가까우며 이때는 NOx이 많이 발생한다. 그러나 점화시기를 지연하면 연소시간이 짧아 불완전연소에 가까워 일산화탄소나 HC가 많이 발생한다. 점화 에너지는 연소에 결정적인 영향을 미친다. 점화 에너지가 충분하면 점화특성이 안정되고 강력한 불꽃을 얻을 수 있기 때문에 연소 싸이클사이의 연소과정이 안정된다. 충분한 점화 에너지를 얻기 위해서 접점식 배전기를 완전 전자식 점화장치로 바꾸고 스파크플러그도 점화특성이 안정되고 2∼4접점 방식을 사용하고 내구성이 증대된 백금도금의 형식으로 하는 경향이 있다. 지금은 완전 전자제어 점화장치로 개선되었기 때문에 어떤 운전 조건하에서도 충분한 점화에너지(점화불꽃)를 얻을 수 있게 되었다. 따라서 혼합기의 점화가 용이할 뿐만 아니라 연소과정이 안정되므로 유해물질이 저감된다.

라. 휘발유 자동차 저공해 방지기술

(1) 3원 촉매장치

(가) 촉매의 담체

  촉매는 금속캔 속에 들어있는 담체(substrate)와 담체위의 중간층(wash-coat), 그리고 중간층 위에 도포된 촉매물질의 얇은 층으로 구성되어 있다. 담체의 종류로서는 구슬형(pellet type), 세라믹 허니컴형(ceramic honeycomb type), 금속와이어(metal wire)등이 있다.

1) 펠렛형 담체

  세라믹(ceramic)으로된 작은 구슬 수천개를 금형으로 찍어서 금속캔 속에 넣어 그 사이로 배기가스가 통과하도록 하였다. 허니컴형에 비하여 배기가스 압력이 많이 걸리며 거의 사용되지 않고 있다.

2) 세라믹 허니컴형

  세라믹담체의 재질은 내열성이 높은 마그네슘-알미늄 실리케이트 (2MgO·2Al₂O_3·5SIO₂)가 주성분이다. 이 형식은 수천개의 벌집형 통로로 배기가스가 통과하도록 되어 있다.

  세라믹 담체는 진동이나 충격에 약하기 때문에 캔과 담체사이에는 금속섬유(metal wool)등과 같은 탄성물질의 패드를 싸고 있다. 이 탄성물질은 자동차운전중 담체와 캔의 팽창계수차를 보상해주며 기계적 응력을 흡수한다. 오늘날 가장 많이 사용하는 형식이다.

3) 금속와이어 담체(metallic wire substrate)

  금속제 담체는 0.5mm∼1mm정도의 가는 내열, 내부식성의 철선으로 원통형으로 감거나 짠 그물망의 띠를 감아서 만든 것으로 그 표면에 촉매물질을 도포하여 그곳을 배기가스가 통과하도록 하는 것이다. 따라서 세라믹 담체에 비해 작동온도에 도달하는 시간이 상당히 단축된다. 또 열전도율이 높기 때문에 용융위험이 적다.

  금속제 담체는 배압의 감소, 단위 체적당 표면적의 증대, 높은 열전도율, 낮은 비열 등이 장점이 된다. 그러나 가격이 비싸고, 고온 부식의 위험이 있으며(약1100℃부터), 정지 출발을 반복하는 경우엔 낮은 비열 때문에 촉매가 쉽게 냉각된다는 등의 단점이 있다.

4) 중간층(wash-coat)과 촉매층(coating layer)

  구슬형 담체와 금속제 담체는 그 표면에 바로 촉매물질을 도포하지만 세라믹 일체형에서는 담체에 뚫린 수천개의 작은 통로에 다공성의 중간층을 만들어 촉매의 유효 표면적을 약7000배 정도 확대하는 표과를 얻도록 하고 있다. 그리고 이 중간층의 표면에 실제 촉매층으로서 백금(Pt)과 로듐(Rh),또는 파라듐(Pd)과 로듐(Rh)을 얇게 입힌다.

  일반적으로 산화 촉매에서는 Pt과 Pd을 사용하고 3원 촉매에서는 Pt과 Rh을 사용한다. 그리고 촉매 한 개에 사용되는 촉매물질의 양은 2∼3g 정도이며, 수명이 다한 촉매를 재처리하여 촉매물질의 대부분을 다시 회수할 수 도 있으나 공정비가 많이들어 거의 폐기를 하고있다.

(나) 촉매의 운전조건

  촉매장치(catalytic converter)를 사용하는 공연비 제어방식은 지금까지는 가솔린엔진의 배기가스를 정화시키는 가장 효과적인 방법으로 알려져 있다. 즉 현재의 기술로는 이 방법보다 더 정화율이 좋은 후처리시스템이 없다. 배기가스 중의 유해물질, 특히 질소산화물(NOx), 탄화수소(HC), 일산화탄소(CO) 등은 촉매를 사용하여 더욱 저감시킬 수 있다. 산화촉매장치(oxiadtion catalytic converter)나 환원촉매장치(reduction catalyitic converter) 또는 3원촉매장치(3-way catalytic converter)가 효과적이다. 3원 촉매장치는 이론 공기과잉률(λ=1)부근의 좁은 영역(<1%)에서 작동할 경우에 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC) 및 질소산화물(NOx)등 유해물질을 90%이상 정화할 수 있다. 그러나 엔진의 모든 운전조건에서 λ=1 부근의 좁은 영역으로 공연비를 유지하는 것은 어려우므로 제어폭을 두어 공연비를 제어한다. 이 좁은 제어영역을 공연비 창 또는 촉매 창(Lamda window)이라고 한다.

  공연비를 λ=1 부근으로 유지하기 위해서는 배기가스 중의 산소농도를 측정하고 이 측정값에 근거하여 연료분사량을 그 때마다 수정해야 한다. 배기가스 중의 산소농도를 측정하는 데는 공연비 센서(λ-sensor)가 사용된다. 공연비 센서를 산소센서(O₂-sensor)라고도 한다. 이 센서는 공연비λ=1을 기준으로하여 공연비가 그 보다 높거나 낮을 경우에 출력 전압신호가 급격히 변화하는 특성을 가지고 있다.

  공연비 제어도 중요하지만 촉매의 작동온도가 중요한 역할을 한다. 촉매 온도가 약250℃ 이상으로 가열되어야만 촉매작용을 시작한다. 촉매작용율을 높게 유지하면서도 촉매의 수명을 연장시킬 수 있는 작동온도는 약400∼800℃ 범위이다. 이 범위에서는 온도변화에 따른 열적 노화현상(thermal aging)이 적기 때문에 촉매의 수명이 길어지나 800∼1000℃ 범위에서는 열적 노화현상이 증대되어 촉매층과 담체의 산화알미늄 층이 녹게된다. 이렇게 되면 촉매작용을 할 수 있는 유효 표면적이 크게 감소하게 된다. 특히 이 온도범위로 작동하는 기간이 길면 길수록 큰 영향을 받게 된다. 1000℃이상에서는 열적 노화현상이 극심하여 촉매로서의 기능을 상실하게 된다. 그러므로 촉매의 부착위치가 중요하다. 촉매의 설치위치는 엔진의 어떤 운전조건에서도 촉매가 임계온도(약950℃)이상으로 가열되지 않는 곳이어야 한다. 이상적인 운전조건에서라면 촉매는 보증기간에 따라 다르긴하지만 주행거리로 약100,000㎞정도를 사용할 수 있다.

  엔진에서 실화(miss fire)가 발생하면 촉매온도를 순간적으로 약 1400℃이상까지 상승시킬 수 있다. 이 온도에서는 촉매의 담체층이 녹아 촉매는 완전히 파손된다. 그리고 엔진을 무부하 상태에서 급가속시킬 경우에도 실화와 똑같은 현상을 유발시킬수 있다. 그러므로 엔진을 무부하 급가속시키는 일은 삼가야 한다. 차량을 무부하 중속회전상태로 일정시간을 운전하여 촉매내에 들어있는 미연 HC가 천천히 반응하면서 촉매를 빠져 나가도록 해야한다. 그리고 엔진 윤활유가 연소실로 유입될 경우에도 윤활유에 의한 퇴적물이 촉매의 다공층의 구멍들을 막게되어 촉매의 기능을 저하시키게 된다. 또 윤활유의 퇴적물이 촉매에 쌓이면 배압이 증가하여 엔진의 출력이 떨어지고 고속영역에서 배기가스의 온도가 상승하면 촉매내에 연소가 일어나 용융현상(melting)이 일어난다.

(2) 배기가스재순환(EGR: Exhaust Gas Recirculation)

  배기가스재순환장치는 배기가스중의 일부(혼합기의 약15% 정도까지)를 배기통로에서 끌어내 이를 흡기통로로 보내어 연료/공기 혼합기에 혼합시켜 다시 연소실로 유입시켜 재연소하는 것이다. 배기가스를 재순환시키면 새혼합기의 충진율은 낮아지는 결과가 된다. 그리고 재공급된 배기가스는 질소에 비해서 열 용량이 큰 탄산가스가 많이 함유되어 있다. 즉 재공급된 배기가스는 더이상 연소작용을 할 수 없기 때문에 동력 행정시의 연소온도가 낮아지게 된다. 연소온도가 낮아지면 NOx의 량은 최대 60%까지 감소한다. 그러나 배기가스 중의 HC와 일산화탄소의 량은 변화되지 않는다.

  EGR은 질소산화물의 저감 대책으로는 효과가 있는 반면 혼합기의 착화성이 나빠지고 엔진의 출력은 감소한다. 그리고 EGR율이 적당하지 않으면 배기가스중의 일산화탄소와 HC의 량이 오히려 증가한다. 그러므로 NOx의 배출량이 많은 운전영역을 선택하여 이 영역에서만 적정량의 배기가스를 재순환시키는 것이 중요하다.

  EGR율은 다음 식으로 표시된다.

  최대 EGR율은 탄화수소의 배출량과 연료소비율, 엔진의 운전정숙도 등에 의해서 제한을 받게 된다. 따라서 공회전시와 예열운전 중에는 EGR이 되지 않도록 한다. 그리고 전 부하시에는 농후한 혼합기로 운전되므로 NOx의 발생이 적고, 또 출력 증대라는 기본목표 때문에 EGR시키지 않는다. 즉 비교적 농후한 혼합기가 공급될 때는 EGR시키지 않는다. EGR장치는 기계식(부압식)과 전자에어식이 있다. 기계식은 EGR율이 5∼10%로 소량인 시스템에 주로 사용되며 그 이상을 EGR시킬 경우엔 대부분 전자제어 방식이 사용된다. 전자제어 방식의 EGR시스템에서는 EGR밸브의 밸브로드에 위치를 검출하는 위치센서(position sensor)가 부착된다. EGR밸브 즉 밸브로드의 위치는 미리 프로그램 되어있는 특성곡선상에서 엔진의 회전속도와 흡기통로의 진공도, 그리고 엔진의 온도에 따라 제어된다. 즉, EGR밸브의 로드위치를 제어하여 EGR율을 제어한다. EGR시스템은 시간이 경과함에 따라 배기가스중의 고형물질이 EGR밸브나 파이프 등에 퇴적된다. 이렇게 되면 EGR율은 ECU가 지시한 값보다 낮아지게 되는 단점이 있어 필터를 사용하여 정기적으로 교환 또는 청소하는 방법도 있다.

마. 초저공해차(ULEV)에 대응하기 위한 기술

  현행 촉매기술로는 FTP-75 시험방법으로 90%이상의 오염물질을 저감시킬 수 있으나 엔진 시동 후 최초 2분간 배출되는 오염물질 양이 문제가 되기 때문에 이를 저감시키기 위한 다양한 기술적 대응방안이 연구되고 있다

(1) 현재 사용중이거나 개발중인 ULEV 대응 기술들

(가) 후처리 기술

 - CCC(Close-coupled Catalytic Converter) 및 UCC(Underbody Catalytic Converter) 개선

 - EHC(Electrically Heated Catalyst) 방식

 - After-burner 방식

 - 배기열 보존형 배기 시스템

 - Variable Conductance Insulation Converter

 - 배기 가스 누설 방지 시스템

 - EGI(Exhaust Gas Ignition) 방식

 - CEGI(Cranking Exhaust Gas Ignition) 방식

(나) 미세 연료 조정 기술

 - 이중 산소센서 (Dual Oxygen Sensors)

 - 전 영역 산소센서 (UEGO)

 - 실린더별 공연비 제어

 - 전자식 스로틀 조정장치(ECT)

(다) 연료무화와 공급 방식 개선

 - 공기 공급 인젝터 (Air Assited Injector)

 - 리턴리스 연료공급 시스템

 - 흡기계 개선

(라) 엔진배기 저감 기술

 - 크레비스 체적 감소

 - 오일 소모 저감

 - 전자식 EGR(Exhaust Gas Recirculation)

 - HC 흡착 장치

(2) 기술내용 요약

(가) CCC 및 UCC 개선

  기존의 삼원촉매의 귀금속 재료는 Rh과 Pt이 주종을 이루고 있으나 Rh은 Pt에 비해 저온에서 열화되는 경향이 있으므로 현재는 Pd이나 Tri-metal(Ph-Pd-Pt) 촉매가 개발되어 정화효율, 온도에 의한 열화 두 가지 측면에서 기존의 삼원촉매보다 우수하여 ULEV 대응 기술의 한가지로 유력시되고 있다.

(나) 배기열 보존형 배기 시스템

  배기 시스템의 단열을 개선하고 또한 배기 시스템의 열용량 감소를 통해 촉매 활성화 온도 도달시간(Light Off Temperature)을 단축 시키는 방법으로 Thin-Wall 배기 파이프, Air-Gap 배기 매니폴드 등이 있으며 현재 활발한 연구가 수행되고 있다.

(다) Variable Conductance Insulation Converter

  정상적인 촉매 보다 10배의 열보존력을 지닌 진공 단열시스템을 적용하고 수소 가스를 흡착 방출할 수 있는 수소화물(Hydride)을 사용하여 열전달율을 가변시켜 촉매의 가열을 방지한다. 또한 열보전력을 증대시키기 위해 상변화 물질 (Aluminum/Silicon)을 충진하고 자연 대류에 의한 열손실을 최소화하기 위해 촉매 양끝단을 세라믹으로 처리하였다. 전기 또는 연료를 사용하여 촉매를 가열시키는 방법보다 단순 저렴하고 열적 변형을 줄일 수 있는 장점이 있다. 그러나 아직까지는 효율을 증대시키고 양산성, 내구성 및 가격 면에서 좀 더 많은 개발이 요구된다.

(라) 전기 가열식 촉매

  엔진 구조상 CCC 장착이 어려운 경우에 ULEV 규제를 만족시키기 위해 EHC, 배기 가스 연소기(Exhaust Gas Bunners), 열량 보존 장치등의 장치가 추가로 필요한데 그 중에서 EHC가 정화효율, 가격, 양산성 면에서 가장 주목받고 있다. 초기의 EHC는 전원 공급 때문에 발전기 및 배터리의 용량 증대가 요구되었으나, 최근의 EHC는 선택적으로 전원을 공급하여 작동되므로 이러한 요구가 상당히 줄어들었다. EHC는 초기 40초 정도만 작동(소비전력 30Wh)되어 촉매 활성화 도달시간의 단축을 도모하고 동시에 초기 시동시 25초 동안에는 이차공기를 공급, 재연소에 충분한 산소(공연비 16∼17 유지)를 공급한다.

(마) 배기 가스 누설 방지 시스템

  배기 시스템의 공기 누설은 낮은 엔진 RPM에서 NOx의 증가를 가져올 수 있고 산소센서 부근에서의 누설은 공연비를 과농하게 하므로 배기매니폴드와 배기 파이프의 접합부위에 부식방지 커플링을 삽입하여 응력을 줄이고 누설을 방지한다. 이 방식은 연결 부위의 소음도 감소시키는 효과가 있다.

(바) HC 흡착 장치

  시동 초기의 미연 HC를 줄이기 위한 방법으로 HC 흡착 장치가 있는데 종래의 기술은 배기관에 Diverter 밸브를 설치하여 시동초기에 배기 가스를 바이패스 시키는 데 목적이 있었고 흡착 장치에 포집된 미연 HC는 FTP 모드중에 방출시켜 재생시키는 기능이 포함되었다. 개선된 직결형 흡착 장치는 흡착 장치 전후에 일차 촉매와 HC의 산화를 위한 이차 촉매로 구성되어 있다. 일차 촉매와 흡착장치의 접합부위에 설치된 Flow Diverter는 기계적인 작동에 의하지 않고 시동 초기에 배기 가스가 HC 흡착 장치로 유입되도록 하고 일차 촉매가 LOT에 도달하면(약 50초후) Diverter를 차단시킨다. 차단직후부터 대부분의 배기 가스는 흡착장치의 중심부를 통해 2차 촉매로 직접 이동하게 된다. 이차 촉매가 LOT에 도달하고 탄화수소 흡착장치가 가열됨에 따라 포집된 미연 HC가 서서히 방출되기 시작하고 이차 공기 주입 포트를 통해 분사된 이차 공기와 함께 산화 작용이 일어나게 되므로 배기가스가 정화된다.

바. 운행차 정비점검 전·후의 배출가스 개선 효과

  정비점검 및 배출가스 관련 주요 부품들이 배출가스에 미치는 영향을 파악하기 위하여 운행중인 자동차를 이용하여 CVS-75모드로 배출가스를 측정한 후 제작차 배출허용기준을 초과한 자동차 8대를 필터류, 오일교환 등의 일반정비와 산소센서, 촉매등을 순차적으로 교환하면서 각 단계마다 시험한 결과를 표 6.2.1∼6.2.3에 나타내었다

표 6.2.1. 일반정비시 시험결과
 

표 6.2.2. 산소센서 교환시 시험결과
 

표 6.2.3. 삼원촉매 교환시 시험결과
 

※ 자료출처ː'96년도 국립환경연구원 자동차공해연구소 조사연구사업 보고서

『휘발유자동차의 배출가스 방지장치 내구성평가에 관한 연구』

  일반정비점검 후 HC, CO는 각각 10.6%, 10.4%저감하였고 NOx는 오히려 10.0% 증가한 것으로 나타났으며, 전체적으로는 일반 정비점검에 의해 8.7%의 저감효과가 나타났다

  이는 에어필터 등에 먼지 등 미연소 탄소가 에어필터에 흡착되어, 흡입공기량에 영향을 미쳐 공기가 부족한 상태일 뿐만 아니라 오염된 공기가 흡기매니홀드로 흡입되어 연소실에서 불완전연소가 일어났을 것으로 추축된다

  산소센서 교환후에는 CO, HC 및 NOx는 32.1, 16.2 및 15.2% 저감되어 전체적으로 29.0% 개선되는 것으로 조사되었으며, 삼원촉매 교환후에는 물질별 저감효과가 모두 60%이상으로 조사되었다 이것은 촉매부착자동차에서 배출가스 관련 부품중 오염물질에 가장 큰영향을 미치는 부품은 촉매장치임을 알 수 있다

사. 승용차 에어컨 작동에 따른 오염물질배출 및 연비특성

(1) 시험조건

(가) 시험차량

 - 운행중인 휘발유 승용자동차 4대 (아반떼1.5, 누비라1.5, 세피아1.5, 라노스1.6)

 - 에어콘 가동조건 : 실내공기 재순환모드

 - 차량시험방법 : 한국 및 미국의 배출가스 인증시험모드인 CVS-75모드(1∼2Phase) 이용

(나) 오염물질량과 경제적 손실 계산

 - 승용차 일평균주행거리 : 45km/일, 휘발유 가격 : 1,200원/L(LPG택시 제외)

 - 전국 승용차 대수('98) : 7,397,892대, 서울 승용차 대수 : 1,667,297대

 - 오염물질량 산출식 : 오염물질량(OFF - 사용단수)〔g/km〕× 일평균주행거리[km/일〕×

   90〔일/3개월〕× 승용차수〔대〕× 10^-6 (톤/g)

- 연료비 산출식 : [일평균주행거리〔km/일〕× 90〔일/3개월〕/ OFF시 연비km/L〕]-

[일평균주행거리〔km/일〕× 90〔일/3개월〕/ 사용단수 연비〔km/L〕] × 연료비〔원/L〕× 승용차수〔대〕

 - 연료비(원/일·대) : 에어콘 1단 사용시=470원, 2단=478원, 3단=721원, 4단=918원

(2) 시험결과

(가) 자동차의 에어콘 사용단수 비교

1) 에어콘의 사용단수 OFF와 4단의 비교

- 4단에서 오염물질은 1km당 0.322g(49.6%) 증가하고, 연료소비효율은 18.7% 감소하였다 (주행거리로 2.52km/L 감소).

2) 2단과 4단 작동시

- 4단에서 오염물질은 1km당 0.083g (9.3%) 증가하고, 연료소비효율은 9.0% 감소하였다 (주행거리로 1.10km/L 감소).

3) 단계별 작동시

- 1단계마다 오염물질은 1km당 평균 0.08g(11.8%) 증가하고, 연료소비효율은 평균 4.9% 감소하였다.

(나) 경제적 손실(연료비 계산)

표 6.2.4. 여름철(7월∼9월)에 에어콘 작동에 따른 오염물질 및 연료비
 

※ '98 승용차수(택시제외) : 전국 : 7,397,892대, 서울 : 1,667,297대

(다) 여름철 자동차 에어컨을 사용할 때 대기오염에 미치는 영향이 크다는 것을 알 수 있듯이 운전자는 에어컨 사용단수를 한단계 낮은 단에서 사용하려는 마음을 갖거나 차속도가 적절히 유지될 때에는 에어컨 대신 창문을 열어서 바깥의 시원한 바람으로 환기를 시킨다면 공해도 줄이고 연료 소비도 절감할 수 있을 것이다.

참고문헌

1. 국립환경연구원 자동차공해연구소(1996) 「휘발유자동차의 배출가스 방지장치 내구성평가에 관 한 연구」, 조사연구사업 보고서

2. 정용일(1998) 「자동차와 환경」

3. 한국자동차공학회(1996) 「자동차기술 핸드북」

작성자 : 자동차공해연구소 환경연구사 이종태(공학석사)

이 자료는 국립환경연구원에서 발간한 환경자료집(1999년판)을 이용하여 만들었으므로 법령기준등은 현재와 차이나는 경우가 많이 있습니다.

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