경유 및 CNG 버스 노후화(연식)가 대기오염에 미치는 영향 연구

Title
경유 및 CNG 버스 노후화(연식)가 대기오염에 미치는 영향 연구
Authors
추장민
Co-Author
강광규; 정성운; 이수연; 김종원
Issue Date
2013-12-31
Publisher
환경부
Page
84 p.
URI
http://repository.kei.re.kr/handle/2017.oak/20053
Abstract
□ 연식에 따른 경유 및 CNG 버스 적용기술 가. 연식별 경유 및 CNG 버스 배출가스 규제 현황 1) 경유자동차 배출가스 규제 현황 우리나라는 1984년 7월부터 경유자동차의 배출가스에 대한 규제를 시행하기 시작했으며 배출기준을 단계적으로 강화해 왔다. 구체적으로 1996년 우리나라 중량 경유자동차에 대한 대기오염물질 배출허용기준을 살펴보면, NOx 의 경우 미국 1990년 수준의 약 40%, 유럽연합(EU) 1993년 수준의 약 22% 정도 완화된 수준에 머물렀다. 하지만 2002년 이후에는 미국, EU와 같은 선진국 수준으로 규제가 강화되었고, 시내버스의 경우 2014년부터는 EURO-6가 적용될 예정이다. 2) CNG 자동차 배출가스 규제현황 CNG 버스는 2013년부터 EURO-6 기준보다 약 13% 강화된 기준이 적용되었다. 신 모델은 2013년 1월부터, 기존 모델은 2014년 1월부터 적용되며 CH4 및 암모니아 기준이 새롭게 도입된다. 나. 연식에 따른 경유 및 CNG 버스 배출가스저감 적용기술 1) 연식에 따른 경유버스 배출가스저감 적용기술 경유엔진의 주요 배출가스 저감기술은 1) 엔진 설계기술, 2) 연료개선 및 첨가제 기술, 3)배기가스 후처리장치 기술로 구성된다. EURO-1에서 EURO-6까지 배출허용기준이 강화됨에 따라 엔진의 Turbo-intercooler화, 연료 분사계의 전자화·고압화, 실린더 헤드의 2-밸브에서 4밸브 전환 등 기술이 적용되었다. 또한 EURO-4부터는 SCR과 POC(Partial Oxidation Catalyst) 등의 후처리장치가 적용되기 시작하였다. 기술개발에 있어서도 EURO-4 배출허용기준 적용 전까지는 배기규제 대응을 위하여 고압분사 및 터보차저를 비롯한 흡기 시스템 개선 및 이를 통한 엔진의 연소개선에 의한 배출가스를 제어하는 기술개발에 집중하였다. 반면에 EURO-4 배출허용기준 적용 이후에는 배출가스 후처리장치에 대한 기술개발에 집중하고 있다. 이 중에서도 가장 큰 변화 및 발전은 첫째, EURO-3 규제대응을 위해 연료분사계에서 기존의 기계식 제어방식 대신 전자식 제어방식(Common Rail System)으로 발전하였다. 전자식 제어방식(Common Rail System)이란, 고압화한 연료를 축적하여 각 인젝터로 균일하게 공급하는 시스템으로 전자제어방식을 채용하여 연료의 분사압력, 분사타이밍, 횟수, 분사량 등 각 요소를 컨트롤함으로써 NOx, PM 저감과 함께 연비를 향상시킨다. 전자식제어방식을 통해 기존의 기계식 제어방식에서 나타난 연소분사계의 연료량 제어 어려움을 해소하였으며, 엔진회전수와 관계없이 고압분사가 가능하고 연료분무입자를 미립화할 수 있어 연료와 공기의 혼합이 촉진되어 보다 완전한 연소가 가능하게 되었다. 또한 기존의 분사시스템에서는 실현할 수 없었던 1연소 사이클 당 다단의 연료분사를 가능하게 하여 배기가스 및 소음의 저감을 달성하였다. 둘째, 후처리장치의 발전이다. 일반적으로 고온(약 2000℃이상)에서 NOx가 급격히 발생하는데, NOx 발생량을 감소시키기 위해서는 연소온도를 낮춰야 하지만 연소온도를 낮출 경우 연소악화와 연비악화를 유발하게 된다. 이에 연소악화를 방지하기 위하여 EURO-4 부터 SCR, EGR, POC, DPF 등 후처리장치가 발전하였다. SCR과 EGR은 NOx를 저감하는 후처리장치이고, POC, DPF는 PM을 저감시키는 장치이다. 마지막으로 전자식 연료분사계(Electronic Unit Injector) 기술이 지속적으로 발전하여 1100bar에서 EURO-6 규제대응을 위해 2400bar까지 압력 증가가 가능하게 되었다. 2) 연식에 따른 CNG 버스 배출가스저감 적용기술 CNG 엔진은 EURO-3부터 차량에 적용되었으며, 희박연소(Lean-burn)와 이론공연비 연소(stoichiometric)방식으로 구분된다. CNG 상용초기에는 희박연소엔진(Lean-burn)이 적용되다가 EURO-4/5 부터는 OC 등 후처리장치가 추가되었으며, EURO-6에서는 희박연소/OC+SCR 또는 이론공연비/TWC(삼원촉매)의 두 가지 방향으로 기술이 발전하고 있다. 이 중에서도 가장 큰 변화 및 발전은 엔진적용방식과 후처리장치의 적용이다. 먼저 엔진적용방식에 있어서 CNG 차량의 사용초기에는 엔진의 실린더로 들어가는 혼합기에서 공기가 차지하는 비율을 높이고, 연료의 비율을 낮게 하여 연비성능을 향상시키는 엔진인 희박연소엔진이 적용되었다. 희박연소엔진은 공기주입량이 많고 연소시간이 길며 연소온도는 낮다. 또한 시스템 구조가 상대적으로 간단하고 냉각성능의 증대가 불필요한 반면 출력증대에 어려움이 있다. 이러한 한계를 극복하기 위해 등장한 엔진적용방식이 이론공연비 연소방식이다. 이는 EURO-6 대응기술로 적용될 예정이다. 다음으로 후처리장치의 적용은 2006년 1월 이후 NMHC 저감을 위해 후처리장치인 OC 산화촉매 장치가 추가되었으며, 이후 HC, CO 배출량의 추가저감을 위해 OC 후처리장치 증대기술을 적용하였다. 희박연소엔진과 OC 후처리장치를 동시에 적용하는 것이 일반적이다.

Table Of Contents

제1장 서론
1. 과업 추진배경 및 목적
2. 과업의 세부내용
3. 과업추진체계

제2장 연식에 따른 경유 및 CNG 버스 적용기술
1. 연식별 경유 및 CNG 버스 배출가스 규제 현황
2. 연식에 따른 경유 및 CNG 버스 배출가스저감 적용기술

제3장 경유 및 CNG 버스 기술개발 동향 및 배출가스 저감수준 전망
1. 국내외 경유 버스 기술개발 동향 및 배출가스 저감효과 전망
2. 국내외 CNG 버스 기술개발 동향 및 배출가스 저감효과 전망

제4장 노후화(연식)에 따른 경유 및 CNG 버스의 대기오염 배출특성 시험 평가
1. 시내버스 시험모드
2. 시험내용 및 방법
3. 노후화(연식)에 따른 오염물질 배출량 시험결과 분석
4. 노후화(연식)에 따른 경유 및 CNG 버스 배출특성 시험결과 평가 (NIER 06모드시험결과 평가)

제5장 경유 및 CNG버스 노후화(연식)에 따른 환경성·경제성 평가
1. 경유버스 대비 CNG 버스의 환경성 평가
2. 경유버스 대비 CNG 버스의 경제성 평가
제6장 CNG 버스 보급정책의 타당성 검토 및 향후 추진방향 설정
1. 노후화(연식)에 따른 CNG 버스 보급의 경제성 평가결과 요약
2. CNG 버스 보급의 환경성·경제성 평가결과
3. CNG 버스 보급정책의 타당성 검토 및 향후 추진방향 설정

참고문헌

부록

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