NOx Emission Characteristics of Diesel Passenger Cars Met Euro 6a and 6b Regulations on Off-cycles

전체 글

(1)한국동력기계공학회지 제21권 제6호 pp. 68-78 2017년 12월 ISSN 1226-7813(Print) ISSN 2384-1354(Online) Journal of the Korean Society for Power System Engineering http://dx.doi.org/10.9726/kspse.2017.21.6.068 Vol. 21, No. 6, pp. 68-78, December 2017. Off-cycle에서 Euro 6a 및 6b 규제 만족 디젤 자동차의 NOx 배출 특성 NOx Emission Characteristics of Diesel Passenger Cars Met Euro 6a and 6b Regulations on Off-cycles 김성우*†․임재혁*․김기호* Sung-Woo Kim*†, Jae-Hyuk Lim* and Ki-Ho Kim* (Received 17 October 2017, Revision received 05 December 2017, Accepted 06 December 2017) Abstract: Major countries have tighten their NOx regulation of diesel passenger cars. In the case of the EU, the regulation has been toughen up to 6.25 times since 2000. Despite the regulation the NOx concentration of the ambient has not been reduced proportionally. Futhermore, some manufacturers were disclosed using a defeat device for meeting the regulation illegally. As these issues, to reduce NOx emission practically, Korea and the EU introduced the real-world driving emission(RDE) regulation and the test method that will be applied after 2017. Also, the US has used the test equipment(PEMS) to detect a defeat device. In this paper, for the regulation to make a soft landing in Korea, 4 diesel passenger cars which met Euro 6a~6b regulation and were equipped with LNT/SCR were tested at a chassis dynamometer with environmental chamber applying the off-cycles(FTP, US06, SC03, HWFET and CADC) and several ambient condition(-7 and 14℃) as well as certification mode(NEDC, WLTC@ 23℃). The result of the test showed that the ambient temp. and the engine load as a test mode impacted the NOx emission of the cars while the vehicles with SCR emitted NOx lower than with LNT. Additionally, to propose an effective RDE test method, the above result was compared with the results of the other papers which tested RDE using the same cars. Key Words：NOx, Off-cycle, Lean NOx trap, Selective catalytic reduction, Real Driving Emission,. 1. 서 론. 수 있는 입자상 물질(Particulate Matter, PM)과 세 계보건기구가 2012년에 1급 발암물질로 규정한. 경유 자동차의 배출 물질 중 가장 심각한 것은. 질소산화물(NOx)이다. 입자상 물질은 대부분의 차. 호흡기를 통해 인체에 유입되어 폐암을 유발시킬. 량에 DPF(Diesel Particulate Filter)가 장착되면서. *†김성우(교신저자) : 한국석유관리원 석유기술연구소 E-mail : ksw0020@kpetro.or.kr, Tel : 043-240-7954 *임재혁, 김기호 : 한국석유관리원 석유기술연구소. 68 한국동력기계공학회지 제21권 제6호, 2017년 12월. *†Sung-Woo Kim(corresponding author) : Research Institute of Petroleum Technology, Korea Petroleum Quality & Distribution Authority. E-mail : ksw0020@kpetro.or.kr, Tel : 043-240-7954 *Jae-Hyuk Lim, Ki-Ho Kim : Research Institute of Petroleum Technology, Korea Petroleum Quality & Distribution Authority..

(2) 김성우 ․ 임재혁 ․ 김기호. 획기적으로 저감되었으며, NOx는 배출가스 재순. mode(SC03, US06,) 및 HWFET, Cold FTP를 이용. 환 장치(EGR, Emission Gas Recirculation) 도입으. 하여 배출가스를 검증하고 있으며, RDE 시험방법. 로 Euro 5 규제 조건(0.18 g/km)까지는 만족시킬. 은 임의 설정장치 검출에만 사용하고 있다.. 수 있었다. 하지만 2014년 Euro 6 규제(0.08 g/km). Euro 6c 규제 이후부터 디젤 승용차 배출가스. 가 적용되면서 EGR만으로는 NOx 규제 조건을 만. 규제 시험모드는 WLTP로 변경됨에 따라 NEDC. 족시키기 어려워짐에 따라 제작사는 LNT(Lean. 모드를 사용하는 Euro 6a 및 6b 규제를 만족하는. NOx Trap), SCR(Selective Catalytic Reduction) 등의. 차량의 WLTP 모드에서 NOx 배출특성에 대한. NOx 저감 후처리장치를 추가로 도입하기 시작했. 연구가 필요하다. 그리고 Euro 6d temp.부터 시작. 1). 되는 RDE NOx배출허용기준(Conformity factor. 유럽과 국내에서 디젤 승용차에 대한 배출가스. (CF): 2.1) 만족을 위한 기초연구 역시 선행되어. 다.. 인증 시험 모드로 사용되는 NEDC(New European. 야 한다.. Driving Cycle) 모드는 시험실에서 실시되는 시험. 본 논문은 경유 승용차의 NOx 배출규제와 관. 모드로서 저속 영역과 고속 영역의 운전 특성을. 련된 법규 제‧개정 및 효율적인 정책 운영 근거. 평균하여 만들어졌기 때문에 실제도로의 다양한. 마련, NOx 저감장치에 따른 한계점과 극복 방안. 환경 조건과는 차이가 있을 수 있다.. 을 논하기 위하여 현행 인증 모드(NEDC 모드) 및. 실제로 저․고온 및 에어컨 사용 등 실제 도로. 인증 모드 외. 다양한 기타 배출가스 시험 조건. 를 주행하면서 배출하는 NOx는 시험실 내에서 측. (시험모드 및 시험온도)에서 LNT와 SCR을 적용. 정된 값보다 많이 배출되는 것으로 알려져 있. 하여 Euro 6a 및 6b 규제를 만족한 4대의 디젤 승. 별도의 후처리 장치 없이 EGR 위주로 NOx. 용차를 대상으로 NOx 배출량 수준과 배출특성을. 배출에 대응해 온 Euro 5 차량은 특정 운전 조건. 파악하였다. 이와 더불어 본 논문의 시험실 NOx. 에서 EGR이 작동하지 않을 경우 NOx 배출량이. 배출량과 본 논문과 동일차량으로 연구를 수행한. 크게 증가하며, 시험실과 실제 도로에서의 운전. 타 연구논문의 실도로 NOx 배출량 연구결과8)를. 조건과 차이가 있음을 나타낸다.6) 이와 더불어. 비교하여 실효성 있는 NOx 배출량 측정방법에 대. 제작사의 임의설정장치(Defeat device) 적용사례. 하여 논하였다.. 1-6). 다.. 적발 및 시험실 온도 외 온도에서 배기가스 저감 제어 작동정지 사례들이 발견되었다.7). 2. 시험장치 및 방법. 위와 같은 이유로 NOx 배출가스 규제는 단계 적으로 강화되었지만 실제 대기의 NOx 농도 저감 은 배출가스 규제강화 정도보다 둔한 것으로 나 7). 타났다.. 2.1 시험차량 본 연구의 시험을 위하여 사용된 차량은 LNT 를 장착한 2.2L 급 디젤 중형 승용차 및 디젤 소. 이러한 차량 배출가스에 대한 인증제도(시험. 형 승용차 각 1대, SCR을 장착한 2.2 L급 및 3.0. 실 시험)의 한계성을 보완하기 위하여, 환경부는. L급 디젤 소형 승용차 각 1대로 총 4대이다. 이. 유럽과 동일한 시기(2017년 9월)에 새로운 배출. 차량들은 NEDC모드로 배출가스를 측정하는 Euro. 가스 시험방법인 WLTP(Worldwide harmonized. 6a~b 규제를 만족하는 차량으로 실제도로 주행 배. Light duty vehicles Test Procedures)와 실도로 시. 출가스 규제를 포함하는 Euro 6d temp. 대상은 아. 험방법인 RDE(Real-world Driving Emission)를 도. 니다. 기타 상세한 제원은 Table 1에 나타내었다.. 입하였다. 반면, 미국의 경우 도심 상온주행을 모사하는 FTP-75 mode와 함께 다양한 환경 및 운전조건이 반영된 SFTP(Supplemental Federal Test Procedure). 2.2 시험장치 및 방법 2.2.1 시험실 배출가스 측정장치 본 연구를 위하여 Fig. 1과 같이 시험실 상에. 한국동력기계공학회지 제21권 제6호, 2017년 12월 69.

(3) Off-cycle에서 Euro 6a 및 6b 규제 만족 디젤 자동차의 NOx 배출 특성. 설치된 차대동력계와 배출가스 분석기로 이루어. 스 중 NOx 및 CO, HC, CO2 등을 분석할 수 있는. 진 차대동력계 시스템을 사용하였다.. 장치로서 자동차에서 배출되는 배기가스를 정용. 차대동력계는 자동차의 주행속도와 가속도에. 량 시료채취 장치에서 희석시켜 일부를 포집백에. 상응하는 주행저항과 관성저항을 모사하는 장치. 포집한 후 각 분석기에 보내져 농도를 분석한다.. 이다. 본 시험에 사용된 차대동력계는 AVL사의. 각 분석된 농도는 중량단위로 환산되고 각 모드. AC동력계로 관성중량(Inertia weight), 동력흡수계. 의 주행거리로 나누어 거리당 배출량(g/km)으로. (Power absorption unit), 제어기(Controller)로 구성. 최종 결과를 표시한다. 배출가스 분석기의 주요. 되어 있으며, 상세제원은 Table 2에 나타내었다.. 제원은 Table 3에 나타내었다.. Table 1 Specifications of the test vehicles. Table 2 Specifications of the chassis dynamometer. Vehicle Item Engine Type/fuel Engine displacement(cc) Max. power (ps/rpm) Max. torque (kg.m/rpm). A. B. C. CI inline 4 cylinder/diesel 2199. 2199. 2143 170 / 3000. 202 / 3800 45.0 / 1750 ~ 2750. VGT. Fuel supply type. CRDI. Curb weight(kg). EGR + LNT 2138. 1691. 260 / 3800. EGR + urea-SCR 1950. Roll type & diameter. Single Roll (48inch MIM type). Simulated vehicle weight. 454 ~ 5400 kg. Electric motor absorber type. AC IGBT Vector. Max. speed. 200 km/h. Registration of actual speed value. ± 0.01 % km/h. Registration of actual tractive force value. ± 0.1 % F.S. (F.S.: 5870N). Measurement of driving distance. Encoder type. Max. flow rate of cooling fan. 63000 CFM. 2959. 40.8 / 57.1 / 1500 ~ 1400 2300. Intake charging. DeNOx device. D. 2170. Table 3 Specifications of the emission analyzer Range Emission. Method. HC. H.FID. CO. NDIR. CO2 NOx. CLD. Min.. Max. 0~10 ppmC. 0~500 ppmC. 0~10 ppm. 0~2,500 ppm. 0~1%. 0~16%. 0~10 ppm. 0~500 ppm. Linearity and repeatability. Within ±2% of full scale. 2.2.2 시험실 배출가스 측정방법 본 연구에서 시험차량은 NEDC 모드와 더불어 미국의 5-cycle(FTP-75, HWFET, US06, SC03, Cold Fig. 1 Diagram of the chassis dynamometer system. FTP) 모드, 유럽의 NEDC 및 WLTC, CADC (Artemis) 모드에서 배출가스 수준이 평가되었다.. 배출가스 분석기(Horiba사)는 자동차의 배출가. 70 한국동력기계공학회지 제21권 제6호, 2017년 12월. 각 모드의 특징을 Table 4에 나타내었다..

(4) 김성우 ․ 임재혁 ․ 김기호. Table 4 Characteristics of the test cycles Test cycle. Driving characteristics. Avg. speed (kph). Max. speed (kph). Max. accel. (kph/s). Test temp. (℃). Cold start. FTP-75 (FTP-20). City driving (Cold weather). 34. 93. 5.3. 25±5 (-7). include. HWFET. Highway. 77. 96. 5.2. 25±5. exclude. US06. Aggressive & high speed. 77. 128. 13.6. 25±5. exclude. SC03. Air Conditioning. 35. 88. 8.2. 35. exclude. NEDC. Urban & extra urban. 33.6. 120. 3.7. 25±5. include. WLTC. Low, midium, high & extra high speed. 46.3. 131. 7.1. 23±5. include. CADC (130/150). City & rural, high speed. 57.7 /59.3. 132 / 150. 10.3 / 10.3. 25±5. include. Table 5 The Applied test temp. and the cycles Temp. Cycle. 23℃. 14℃. -7℃. NEDC. A,B. A,B. A,B. WLTC. A,B,C,D. A,B,C,D. A,B,C,D. FTP. A,B,C,D. D. A,B,C,D. 그리고 대기온도에 따른 NOx 배출량 영향을. (a) Vehicle A and B. 분석하기 위하여 NEDC 및 WLTP, FTP 모드에서 시험온도를 저온과 고온으로 변경하여 배출가스 를 측정하였다. 시험온도 및 사이클이 적용된 차 량은 Table 5에 나타내었다.. 3. 시험결과 및 고찰 3.1 시험실 온도조건에 따른 NOx 배출 특성 시험온도 변화에 따른 NOx 배출특성 분석을 위하여 다양한 시험실 온도조건(-7 및 14, 23℃)에. (b) Vehicle C and D Fig. 2 NOx emission as the temp. conditions. 서 각 차량에 NEDC 및 WLTC, FTP 모드를 적용 하여 배출가스를 측정하였다. Fig. 2는 위 시험결 과를 도시하고 있다.. 시험대상 차량의 인증모드인 NEDC 23℃ 시험 조건에서 모든 차량이 Euro 6 NOx 규제값(0.08. 한국동력기계공학회지 제21권 제6호, 2017년 12월 71.

(5) Off-cycle에서 Euro 6a 및 6b 규제 만족 디젤 자동차의 NOx 배출 특성. g/km) 이하의 배출량을 보였다. 그러나 적용된 시. 농도를 측정하였다. Fig. 3 (a)~(d)는 NEDC와. 험실 온도가 낮아질수록 NOx 배출량은 증가하였. WLTC에서 LNT를 장착한 시험차량 A와 B가 배. 으며 0.08 g/km를 초과하는 NOx를 배출하였다.. 출한 NOx의 실시간 농도를 나타내고 있다.. LNT를 장착한 차량 A와 B가 NEDC 14℃의 시. 두 모드에서 보인 두 차량의 NOx 배출농도는. 험조건에서 배출한 NOx는 0.256 g/km 및 0.174. 온도가 낮을수록 모드 전반에서 높게 나타나고. g/km로 규제값 대비 약 3.2배 및 2.1배의 NOx를. 있다. 먼저 냉간시동 구간으로 판단되는 구간. 배출하였으며, WLTC 14℃의 조건에서는 0.440. (0~100초)을 살펴보면, 23℃ 조건에서는 두 모드. g/km 및 0.144 g/km로 규제값 대비 약 5.5배 및. 및 차량에서 뚜렷한 냉간시동에 따른 NOx 증가가 나타나지 않았다. 그러나 –7 및 14℃ 조건의 냉. 1.4배의 NOx를 배출하였다. -7℃ 시험온도 조건의 NEDC에서는 1.253 g/km 및 0.881 g/km로 규제값 대비 약 16배 및 11배로. 간시동 중에는 23℃ 조건보다 높게 나타났다. 엔진이 예열되었다고 판단되어지는 300초 후의. 나타났으며, WLTC에서는 1.487 g/km 및 0.905. NOx 농도를 살펴보면, 두 차량의 14℃ 조건의. g/km로 규제값 대비 약 19배 및 11배, FTP에서는. NOx. 1.516 g/km 및 0.903 g/km로 규제값 대비 약 19배. WLTC에서는 약 300초 이후에 23℃ 조건의 농도. 및 11배의 NOx를 배출하는 것으로 나타났다.. 농도가. NEDC에서는. 약. 600초. 이후에. 와 유사한 농도로 낮아졌고, -7℃ 조건에서는 두. Urea–SCR을 장착한 차량 C와 D가 WLTC 1. 차량 및 시험모드에서 23 및 14℃ 조건 대비 매. 4℃ 조건에서 배출한 NOx는 0.090 g/km 및 0.118. 우 높은 NOx 농도를 나타내고 있다. -7℃ 조건 예. g/km로 규제값 대비 약 1.1배 및 1.5배의 NOx를. 열구간의 NOx 농도 증가는 시험온도에 따른 차량. 배출하였고 차량, D의 FTP 14℃ 조건 NOx 배출. 의 EGR 사용감소로 판단된다.. 량은 0.085 g/km로 규제값보다 다소 높게 측정되 었다.. 온도가 낮아짐에 따른 NOx 배출량 증가는 어느. -7℃ 시험온도 조건의 WLTC에서는 0.752 g/km 및 0.455 g/km로 규제값 대비 약 9.4배 및 5.7배로 나타났으며, FTP에서는 0.577 g/km 및 0.455 g/km 로 규제값 대비 약 7.2배 및 5.7배의 NOx를 배출 하는 것으로 나타났다. 위 결과를 살펴보면 시험온도가 낮아짐에 따라 선형에. 위 결과를 전제로 분석하였을 때 LNT 차량의. 가깝게. NOx. 배출량이. 상승하였으며,. LNT를 장착한 차량이 Urea–SCR 장착 차량보다 낮은 시험온도에서 NOx 배출량 상승률이 높은 것 을 알 수 있다. 다수의 문헌에 따르면 과거 Euro 6 이전 디젤 승용차의 NOx 배출량 증가 원인은 냉간시동 조건 에서 불안정한 연소 및 촉매 활성화 온도 미달, EGR 사용감소 또는 정지가 주요 원인이다.1-6). 수준의 시험온도조건까지 냉간시동에 따른 영향 이지만 매우 낮은 온도에서는 EGR 작동 정지 또 는 감소에 의한 영향이 큰 것으로 판단된다. Fig. 4 (a), (b)는 WLTC에서 Urea–SCR을 장착 한 시험차량 C와 D가 배출한 NOx 실시간 농도를 도시하고 있으며, Fig. 4 (c)는 시험차량 C가 FTP 에서 배출한 NOx 실시간 농도를 나타내고 있다. 먼저 Fig. 4 (a)에 도시한 WLTC에서 시험차량 C의 배출농도를 살펴보면, 온도조건이 낮을수록 초기 냉간 시동 후 NOx의 농도가 높고 약 300초 까지 높은 농도가 지속되고 이후부터는 낮은 농 도를 유지하고 있다. 엔진 및 후처리장치가 예열 되었다고 판단되는 300초 이후부터 1,500초의. 본 논문의 시험대상 차량이 Euro 6 만족을 위. NOx 농도는 3가지 온도조건이 유사하게 나타났. 하여 LNT 또는 SCR을 장착하였음에도 불구하고. 으나 -7℃ 조건의 Phase 4 운전구간에서 급격한. 낮은 시험온도에서 배출량이 크게 증가한 원인을. NOx 농도 증가가 나타났다. 이 구간의 다른 배출. 분석하기 위하여 각 시험에서 차량의 배출가스가. 가스(CO 및 THC, PN) 실시간 농도확인 결과 DPF. 희석된 정용량 시료채취관(CVS)에서 실시간 NOx. 재생에서 나타나는 형태의 배출량 증가가 나타나. 72 한국동력기계공학회지 제21권 제6호, 2017년 12월.

(6) 김성우 ․ 임재혁 ․ 김기호. (a) NEDC mode – vehicle A. (b) NEDC mode – vehicle B. (c) WLTC mode – vehicle A. (d) WLTC mode – vehicle B Fig. 3 NOx in CVS as temp. conditions (1). 한국동력기계공학회지 제21권 제6호, 2017년 12월 73.

(7) Off-cycle에서 Euro 6a 및 6b 규제 만족 디젤 자동차의 NOx 배출 특성. (a) WLTC mode – vehicle C. (b) WLTC mode – vehicle D. (c) FTP mode – vehicle D Fig. 4 NOx in CVS as temp. conditions (2). 지 않아 DPF 재생에 의한 NOx 농도 증가는 아닌. 으나 시험차량 C와 달리 시험차량 D에서는 Phase. 것으로 판단되며, 저온조건에서 고부하(또는 고속). 4의 급격한 NOx 농도증가는 나타나지 않았다.. 영역에서 차량 자체의 EGR 및 SCR 제어전략이 최 적화되지 않음으로써 발생된 것으로 판단된다.. Fig. 4 (c)의 FTP에서 시험차량 D의 온도조건별 농도 역시 WLTC 농도와 같이 초기 냉간 시동 후. Fig. 4 (b)의 시험차량 D의 온도조건별 NOx 농. 온도조건이 낮을수록 높게 나타났으나 300초 이. 도 역시 초기 냉간 시동영역에서 온도조건이 낮. 후 14℃조건의 농도와 유사한 수준으로 배출되었. 을수록 높게 나타났다. 그러나 -7℃ 조건에서는. 다. WLTC –7℃조건보다 -7℃ FTP에서 저온 시. 시험차량 C와 달리 냉간 시동 후 배출되는 농도. 동성 영향이 짧은 것은 Phase 1의 주행속도 계획. 가 매우 높고, 300초 이후에도 농도가 더디게 하. 이 WLTC 보다 FTP가 높은 속도로 이루어져 있. 강하여 약 700초 이후부터 14℃ 조건의 농도와 비. 어 엔진 및 저감장치의 빠른 예열이 이루어진 것. 슷한 농도로 배출되었다. 또한 Phase 4의 가속구. 으로 판단되며, 초기시동부터 300초까지 FTP의. 간에서 NOx의 농도가 시험온도에 따라 상승하였. NOx 농도가 같은 기간 중 WLTC의 최대 농도보. 74 한국동력기계공학회지 제21권 제6호, 2017년 12월.

(8) 김성우 ․ 임재혁 ․ 김기호. 다 높게 나타나고 있는 것으로 미루어 볼 때 냉간. 조건보다 높은 배출량을 보였고, US06 모드는. 시동 운전영역 중 엔진 부하에 영향을 받은 것으. -7℃조건 시험결과보다 낮았으나 나머지 14℃조건. 로 판단된다.. 보다는 높게 나타났다. 3.1절의 온도조건별 결과 와 위 결과를 종합해 볼 때 시험차량 B는 모드. 3.2 시험실 시험모드에 따른 NOx 배출 특성 Fig. 5는 각 차량이 각 시험실 모드에서 배출한 NOx 배출량을 나타내고 있다.. 가혹도보다 외기온도 또는 에어컨 사용에 의한 영향이 큰 것으로 나타났다. 동일 엔진을 사용하는 두 차량의 서로 다른 특. 먼저 Fig. 5a에서, LNT를 장착한 시험차량 A의. 징은 시험차량 A가 B보다 공차 중량이 상당히 높. NEDC 및 HWFET를 제외한 나머지 모드는 NEDC. 다는 점을 미루어 볼 때, 시험차량 A 보다 B의 엔. NOx 배출허용기준(0.08g/km)을 모두 초과하였다.. 진 부하가 낮기 때문에 모드의 가혹도보다 외기. 시험차량 A의 모드별 NOx 배출량은 US06 &. 온도 또는 에어컨 사용에 따른 영향이 클 것으로. SC03 > Artemis(150) > Artemis(130) > FTP-75 >. 판단된다.. WLTC > NEDC > HWFET 순으로 높았다. 상온. Fig. 5 (b)의 SCR을 장착한 시험차량 C 시험결. 23℃의 냉간 시동성을 포함한 모드의 배출량은. 과를 살펴보면, 앞서 기술한 LNT 장착차량 2대의. Artemis(150) > Artemis(130) > FTP-75 > WLTC >. 결과보다 정량적으로 낮은 NOx 배출량을 확인할. NEDC 순으로 높게 나타나 FTP-75와 WLTC를 제. 수 있다. 그러나 SC03, Cold FTP 모드에서 NOx. 외하고 모드의 가혹도(가속도)가 높은 순서와 일. 배출량이 0.08 g/km을 초과하였다. 모드 전체의. 치하였다. 냉간 시동성을 포함하지 않은 모드의. NOx 배출량은 SC03 > Artemis(150) > US06 =. 배출량은 US06 = SC03 ≫ HWFET 순으로 높게. FTP-75 > NEDC > Artemis(130) > WLTC >. 나타났고, US06과 SC03의 배출량은 3.1절에 나타. HWFET 순으로 높게 나타났다. 상온시험 및 저온. 낸 -7℃조건 시험결과보다는 낮았으나 14℃ 조건. 시동을 포함한 모드에서는 Artemis(150) > FTP-75. 배출량보다 높게 나타났다. 3.1절의 온도조건별. > NEDC > Artemis(130) > WLTC(23℃) 순으로 높. 결과 및 아래 기술된 시험차량 B(동일엔진을 사. 게 나타나 모드 가혹도 순서와는 무관한 결과를. 용하나 차량중량이 작은)의 결과와 비교하였을 때, 시험차량 A의 NOx 배출량은 외기 온도와 모 드 가혹도에 의한 영향을 동시에 받고 있는 것으 로 판단된다. LNT를 장착한 시험차량 B의 시험결과를 살펴 보면 NEDC 및 HWFET를 제외한 나머지 모드에 서 NEDC NOx 배출허용기준 (0.08 g/km)을 모두 초과하였다. 다만 시험차량 A 대비 SC03 모드를. (a) Vehicle A and B. 제외한 모든 시험모드에서 낮은 배출량을 보이고 있다. 시험차량 B의 모드별 NOx 배출량은 SC03 >. US06 > WLTC > FTP-75 > NEDC > HWFET. 순으로 높았다. 23℃의 냉간 시동성을 포함한 모 드의 배출량은 WLTC > FTP-75 > NEDC 순으로 높게 나타나 가혹도가 높은 순서와 일치하였다. 냉간 시동성을 포함하지 않은 모드의 배출량은 SC03 > US06 ≫ HWFET 순으로 높게 나타났으. (b) Vehicle C and D. 며, SC03 모드는 3.1절에 기술한 14 및 -7℃ 온도. Fig. 5 NOx on each test mode. 한국동력기계공학회지 제21권 제6호, 2017년 12월 75.

(9) Off-cycle에서 Euro 6a 및 6b 규제 만족 디젤 자동차의 NOx 배출 특성. 나타내었으며, 저온시동성을 포함하지 않은 모드. 었고, 동일한 시험차량으로 RDE 시험을 수행한. 의 배출량은 SC03 ≫ US06 > HWFET 순으로 높. 타 연구8)의 NOx 배출결과를 CF 개념으로 온도별. 게 나타나 시험차량 C는 외기온도 또는 에어컨. 로 나타내었다.. 사용에 의한 영향을 크게 받는 것으로 나타났다.. 먼저 Fig. 6 (a)에 도시된 RDE 모집단의 분포와. 마지막으로 SCR을 장착한 시험차량 D의 NOx. 개수가 많은 시험차량 A의 결과를 비교해 보면. 배출량을 살펴보면 시험차량 C와 같이 LNT를 장. RDE 시험 일반온도조건(0~30℃) 내에서 대부분의. 착한 두 차량보다 상대적으로 낮은 NOx 배출량을. 차대동력계 시험모드의 결과가 낮게 분포하고 있. 보이고 있다. 그러나 US06, SC03,. Artemis(130,. 다. 2차식으로 회귀 분석한 결과 역시 일반온도. 150) 모드에서 0.08 g/km를 초과하였다. 모드 전체. 조건에서 차대동력계 곡선이 RDE 회귀곡선보다. 의 NOx 배출량은 SC03 > US06 > Artemis(150) >. 낮은 쪽에 위치하고 있다. 시험실 결과 중 25℃. Artemis(130) > FTP-75 > WLTC > NEDC >. 조건에서. HWFET 순으로 높게 나타났다. 상온시험 및 냉간. Artemis(150)이다. 두 모드는 엔진 부하가 높은 영. 시동을. 포함한. 모드에서는. Artemis(150). 가장. 높은. NOx. CF는. US06와. >. 역에서 주로 운전되는 모드로 온도조건이 동일할. Artemis(130) > FTP-75 > WLTC(23℃) > NEDC 순. 때 부하의 영향이 큼을 시사한다. 또한, 14℃ 온도. 으로 높게 나타났고 냉간 시동을 포함하지 않은. 조건에서 수행한 WLTC 및 NEDC 모드 NOx CF. 모드에서는 SC03 > US06 ≫ HWFET 순으로 나타. 의 값이 동등 온도조건에서 수행한 RDE보다 상. 났다. 3.1절의 온도조건별 결과와 더불어 종합적. 대적으로 낮게 자리 잡고 있는 것을 미루어 볼때. 인 결과를 고려해 보면 시험차량 D는 시험차량. 이 두 모드의 엔진운전영역이 RDE 운전영역보다. C 차량보다 시험온도에 NOx 배출량이 다소 낮게. 낮은 가혹도를 가지고 있기 때문으로 추정된다.. 영향을 받고 있으나 온도의 영향이 가장 큰 것으. Fig. 6 (d)에 나타낸 시험차량 D 결과 역시 RDE. 로 나타났고, 시험차량 C와 달리 모드의 가혹도에. 시험 일반온도조건 내에서 RDE의 NOx CF가 시. 도 온도의 영향과 동등 수준으로 영향을 받는 것. 험실 시험모드의 NOx CF보다 높다. 시험차량 A. 으로 나타났다.. 결과와 같이 25℃온도조건에서 가장 높은 CF를 보이는 것은 US06이고 차 순으로 Artemis(150) 모. 3.3 RDE와 시험실 NOx 배출특성 비교분석 3.1절과 3.2절에서 Euro 6a~b 경유차가 기존. 드이다. WLTC(14℃) NOx CF 역시 동등 수준의 대기온에서 시험한 RDE NOx CF보다 작다.. (NEDC) 또는 향후(WLTC) 인증모드 외 운전영역. Fig. 6 (b)와 (c)에 나타낸 시험차량 B와 C는. (Off-cycle)에서 NOx 배출량이 규제값을 초과하는. RDE 시험온도 분포가 한쪽으로 치우쳐 있어 시. 것을 확인할 수 있었다. 본 연구에서 시험한 시험. 험차량 A 및 D와 같은 결론을 내리기 어려우나. 모드들은 각각의 특성을 가지고 있으나, 실제 도. 해당 온도영역 내에서 RDE CF 결과가 차대동력. 로에서 배출가스에 영향을 주는 모든 요소들을. 계 시험모드 CF 결과보다 낮다고 할 수 없다.. 포함하지 않고 있다(실제운전에서 나타나는 광범. 위 결과를 종합해 볼 때 실도로 배출가스 시험. 위한 엔진사용 영역을 포함하지 않는다). 또한 차. 방법은 실제 도로의 조건(엔진부하)을 반영하는. 대동력계에서 수행하는 현존 시험모드들은 평지. 장점을 가지고 있으나 시험온도조건을 자유롭게. 주행조건을 전제로 구성되어 있기 때문에 이에. 가변하기 어려운 단점을 가지고 있다. 반면 시험. 대한 엔진부하 영향도 고려되지 않고 있다.. 실 배출가스 시험방법은 실도로 조건을 반영하기. 차대동력계 Off-cycle과 RDE Off-cycle의 차이를. 어려운 단점이 있으나 환경챔버를 이용하여 다양. 확인하기 위하여 Fig. 6에 본 연구에서 측정한 각. 한 시험온도조건을 자유롭게 가변 가능하기 때문. 차량 및 각 모드에서 배출된 NOx 배출량을. 에 실도로 시험방법의 단점을 단시간에 보완할. CF(Conformity Factor) 개념으로 온도별로 나타내. 수 있는 수단으로 활용 가능 할 것으로 판단된다.. 76 한국동력기계공학회지 제21권 제6호, 2017년 12월.

(10) 김성우 ․ 임재혁 ․ 김기호. 다양한 시험온도를 반영하였을 때도 NOx 배출규 제 만족 여부를 확인할 수 있는 보다 효율적인 시 험방법 개발이 필요한 것으로 판단된다.. 4. 결 론 본 연구는 국내 경유 승용자동차 실도로 배출 가스 관련 법규 제․개정 근거 마련 및 효율적인 (a) Vehicle A. 환경정책. 제언을. 위하여. 수행된. 연구로서,. De-NOx 적용 기술별 4대의 차량(Euro 6a~6b 만족)을 대상으로 다양한 시험실 Off-cycle 모드 (WLTC(-7℃, 14℃,. 23℃),. NEDC(-7℃,. 14℃,. 23℃),. FTP-75,. HWFET, US06, SC03, Cold FTP, CADC(Artemis))에 서 NOx 배출량을 측정하고 주요 배출량 증가 원인 등 배출특성을 분석하여 얻은 결론은 다음과 같다. 1) 모든 시험차량이 동일 시험 모드에서 시험 온도가 낮을수록 NOx 배출량이 많았으며, (b) Vehicle B. 14℃ 및 -7℃온도조건 시험모드에서 현행 NEDC NOx 배출허용기준(0.08 g/km)을 초과하였다. 2) 동일 온도 조건에서는 주행속도계획이 가혹 한 시험 모드에서 NOx 배출량이 높은 경향을 나 타내었으며 시험차량을 C를 제외한 모든 차량이 US06 및 Artemis 모드에서 0.08 g/km를 초과하였다. 3) 모든 차량이 35℃ 외기온도 및 A/C를 작동 하는 SC03모드에서 0.08 g/km을 초과하였다. 4) LNT 장착 차량 대비 SCR 장착 차량이 대부. (c) Vehicle C. 분의 동일 모드에서 정량적인 NOx 배출량이 낮았다.. 후 기 본 연구는 한국자동차산업협회의 연구비 지원 으로 수행되었으며 이에 감사의 뜻을 표합니다.. References (d) Vehicle D Fig. 6 CF of RDE8) and Dyno. test 위 특성을 이용하여 단일 실도로 부하조건에서. 1. L. Yang, V. Franco, A. Campestrini, J. German and P. Mock, 2015, "NOx Control Technologies for EURO 6 Diesel Passenger Cars", White paper, ICCT. 2. C. Dardioits, G. Martini, A. Marotta and U.. 한국동력기계공학회지 제21권 제6호, 2017년 12월 77.

(11) Off-cycle에서 Euro 6a 및 6b 규제 만족 디젤 자동차의 NOx 배출 특성. Manfredi, 2012, "Extension of low temperature. Performance of Euro 6 Diesel Passenger cars",. emission test to Euro 6 diesel vehicles", JRC. TNO report(TNO 2015 R10702).. scientific and policy reports(EUR 25408 EN), European union. 3. Y. J. Park, S. I. Kwon, J. H. Park and J. Y.. 6. S.. W.. Kim,. 2015,. "Effect. of. Ambient. Temperature and Driving Condition on Harmful Emission. from. the. car",. Lee, 2015, "Estimation of Real-Driving NOx. Mechanical. Emission Characteristics from Light-Duty Diesel. University, Chungcheongbuk-do, Korea.. Vehicles with PEMS", Journal of Korean Society for Atmospheric Environment, Vol. 31, No. 6, pp. 562-572.. 7. G.. Archer,. Engineering,. Passenger. 2016,. Chungbuk. "Dieselgate:. Who?. MS. National What?. How?", Transport & environment. 8. W. W. Jang, 2016, "Evaluation of Nitrogen. 4. V. Franco, F. P. Sanchez, J. German and P.. Oxides(NOx) Emission and its After-treatment. Mock, 2014, "Real World Exhaust Emission from. System Performance Characteristics from Diesel. Modern Diesel Cars", White paper, ICCT.. Passenger Vehicles on Real-world Driving with. 5. G, Kadijk, P. Mensch and J. Spreen, 2015, "Detailed Investigations and Real-word Emission. 78 한국동력기계공학회지 제21권 제6호, 2017년 12월. Ambient Temperature Effects", Ph. D. Mechanical Engginering, Korea University, Seoul, Korea..

(12)