KR101756789B1 - 검사대상 차량의 사양분류를 통한 운행차 정밀검사 질량 환산 방법 - Google Patents

검사대상 차량의 사양분류를 통한 운행차 정밀검사 질량 환산 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배출가스 분석기를 포함하는 운행차 배출가스 측정용 장치를 이용하여 운행차의 배출가스에 포함된 오염물질을 분석할 수 있는 검사대상 차량의 사양분류를 통한 운행차 정밀검사 질량 환산 방법으로서, 더욱 상세하게는 배출가스 분석기를 포함하는 운행차 배출가스 측정용 장치를 이용한 운행차 배출가스의 오염물질 분석 방법에 있어서, 상기 배출가스 분석기가 상기 운행차의 차속 40km/h 인 가속모사모드(Acceleration Simulation Mode) 상태에서 상기 운행차 배출가스에 포함된 이산화탄소, 일산화탄소, 탄화수소 및 질소산화물로 이루어진 오염물질의 농도를 측정하는 단계; 오염물질 농도의 질량변환을 위한 질량보정계수가 미리 저장된 데이터베이스로부터 상기 오염물질 각각 할당된 질량보정계수를 획득하는 단계; 상기 오염물질 농도로부터 운행차의 이동거리 당 질량(g/km) 단위의 오염물질 배출량을 산출하는 단계; 상기 배출가스 분석기가 상기 산출된 운행차의 오염물질 배출량을 해당 운행차의 차량제원정보에 따라 분류하여 베이터베이스에 통합 저장시키는 단계; 를 포함하는 검사대상 차량의 사양분류를 통한 운행차 정밀검사 질량 환산 방법에 관한 것이다.

Description

검사대상 차량의 사양분류를 통한 운행차 정밀검사 질량 환산 방법{.}
본 발명은 검사대상 차량의 사양분류를 통한 운행차 정밀검사 질량 환산 방법으로서, 더욱 상세하게는 배출가스 분석기를 포함하는 운행차 배출가스 측정용 장치를 이용하여 운행차의 배출가스에 포함된 오염물질을 분석할 수 있는 검사대상 차량의 사양분류를 통한 운행차 정밀검사 질량 환산 방법에 관한 것이다.
일반적으로 자동차는 인원 또는 물자의 이동을 위한 수단으로 급속한 산업발전과 고도의 경제성장에 따라 국민생활수준이 향상되면서 자동차등록대수가 높은 증가율을 보이며 상승되고 있다. 그러나 자동차의 증가는 생활을 편리성과 업무의 효율성을 갖는 반면, 자동차에서 배출되는 대기 오염물질로 인한 대기오염과 지구온난화등 환경오염을 야기하는 부정적인 측면이 함께 존재하고 있다.
따라서, 국가 정책적으로 자동차 배출가스로 인한 대기오염을 줄이기 위하여 저공해차량 개발 및 배출허용기준 강화, 매연후처리장치의 개발 및 보급, 배출가스 정기/수시 검사 등의 다각적인 정책을 추진하고 있다. 특히, 배출가스 대기오염물질에서 배출계수는 국가 대기환경 진단 및 정책 수립을 위한 중요한 기초 자료이다. 대한민국의 자동차 대기오염물질 배출계수는 조건별로 선정된 차량을 임차하여 배출가스 측정 실험을 실시한 결과를 분석함으로써 산출되고 있다. 이와 같은 산출 방법은 방법적으로 타당함에도 불구하고, 많은 대수의 다양한 시험 차량을 충분히 확보하기가 어렵기 때문에 비교적 소량의 측정결과를 바탕으로 하고 있으며, 이에 기인한 객관성 및 대표성 확보가 부실하다는 문제를 가지고 있는 것이 현실이다.
특히, 대한민국의 자동차 환경검사는 개별 차량 소유자들에 의해 운행 중인 자동차의 배출가스를 일정 기간마다 검사하는 국가 환경 인프라의 하나이다. 이러한 자동차 환경검사의 한 종류로서 2002년부터 시행중인 배출가스 정밀검사는 대도시 지역의 노후 차량에 대해 도로 부하를 모사할 수 있는 가속 모사모드(Acceleration Simulation Mode, ASM)를 이용한 부하 검사를 실시함으로서, 이전의 무부하 검사에 비하여 실제 도로 주행시의 오염물질 배출특성을 대표할 수 있도록 개발되어 있다(US EPA, Acceleration Simulation Mode Test Procedures, Emission Standards, Quality Control Requirements, and Equipment Specifications, EPA Report 420-B-03-008, 2004).
이와 같이 종래의 배출가스 정밀검사를 통해 다양한 종류의 많은 자동차에 대하여 매년 축적되고 있는 정밀검사 결과는 자동차 대기오염물질 배출계수 구축에 활용될 수 있었다. 그러나 종래와 같은 자동차 배출가스 정밀검사의 검사결과가 ppm, % 등과 같은 농도 수치로 표시되는 결과로 관리되고 있기 때문에, 자동차의 특성상 주행중인 자동차로부터 얼마만큼의 대기오염물질을 배출하느냐, 즉, 차량의 이동거리에 대하여 자동차의 대기오염물질 배출량에 대한 결과를 직접적으로 용이하게 확인할 수 없어 주행차의 자동차의 대기오염물질 배출계수로서 직접 사용하기가 곤란하다는 단점이 있다.
그리고 자동차 배출가스 중의 대기오염물질 농도 결과는 배출가스 부피 유량 측정 결과를 이용하여 질량 결과로 환산될 수 있다. 이러한 자동차 배출가스 검사시험에서는 배출가스 부피 유량 측정을 위해 임계 유량 벤츄리(Critical Flow Venturi, CFV)를 이용한 정용량 시료 채취 장비(Constant Volume Sampler, CVS)가 널리 사용되고 있으나, 운행차의 배출가스 정밀검사에서는 사용되지 않고 있다. 국외에서는 희석된 배출가스의 유량을 초음파 유량계로 측정한 후 희석비를 이용하여 배출가스 유량을 역산하는 방법이 운행차 배출가스 검사용으로 사용된 사례가 있으나, 이와 같은 배출가스 유량 측정 장비를 국내의 정밀검사에 도입하는 것은 얻어지는 편익 대비 큰 비용 부담을 초래할 여지가 있다.
이와 같이 운행차 배출가스 정밀검사 결과를 통한 자동차 대기오염물질 배출계수 구축에 관한 종래의 기술로서 등록특허공보 제 10-0965848호 와 같은 자동차 배출가스의 정밀검사 방법이 개발되어 있으나, 이와 같이 종래의 기술은 국가 정책상 고가의 장비를 포함하는 시스템을 구축하여야 하고, 배출가스에 포함된 오염물질의 배출량을 확인 및 분석하는데 상기한 문제점들을 해소하지 못하는 실정이다.
따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명의 목적은, 따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명의 목적은, 종래에 수행되고 있는 정밀검사를 통해 얻어진 차량 배출가스 중의 대기오염물질 농도 결과를 질량 결과로 환산하기 위한 효과적이고 경제적인 방법을 제시할 수 있는 검사대상 차량의 사양분류를 통한 운행차 정밀검사 질량 환산 방법을 제공하는 것으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 다양한 사양을 갖는 자동차에 대해 이를 자동차 관성중량에 대한 함수 형태로 정리하여 산출가능 하도록 함으로서 유량계를 사용하지 않고도 통계적으로 활용 가능한 질량 환산 결과를 얻을 수 있는 검사대상 차량의 사양분류를 통한 운행차 정밀검사 질량 환산 방법을 제공하는 것으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 주행차 정밀검사에서 오염물질을 채취하여 분석할 때에, 자동차 배출가스에 임의적으로 희석되는 대기공기를 제외하여 순수한 배출가스 내의 오염물질만 측정할 수 있도록 하는 검사대상 차량의 사양분류를 통한 운행차 정밀검사 질량 환산 방법을 제공하는 것으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 정밀검사 대상차량의 연식에 따라 분류함으로써 배출가스 정밀검사 결과를 해당 연식 차량별로 확인 및 분석이 용이하도록 하는 검사대상 차량의 사양분류를 통한 운행차 정밀검사 질량 환산 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 주행차 정밀검사에서 측정된 질량 환산 결과를 확인 및 분석이 용이하도록 대상 주행차의 제원에 따라 분류하여 미리 카테고리화할 수 있는 검사대상 차량의 사양분류를 통한 운행차 정밀검사 질량 환산 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 주행차 정밀검사에 측정된 질량 환산 결과를 이용하여 정밀검사를 실시하는 해당 주행차의 연비를 측정하여, 정밀검사 대상인 주행차의 각 배출가스 특성에 따라 개별적으로 연비 계산이 가능하여 사용자가 보유하고 있는 차량의 연비를 보다 정확하게 확인할 수 있는 검사대상 차량의 사양분류를 통한 운행차 정밀검사 질량 환산 방법을 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 검사대상 차량의 사양분류를 통한 운행차 정밀검사 질량 환산 방법은 배출가스 분석기를 포함하는 운행차 배출가스 측정용 장치를 이용한 운행차 배출가스의 오염물질 분석 방법에 있어서, 상기 배출가스 분석기가 상기 운행차의 차속 40km/h 인 가속모사모드(Acceleration Simulation Mode) 상태에서 상기 운행차 배출가스에 포함된 이산화탄소, 일산화탄소, 탄화수소 및 질소산화물로 이루어진 오염물질의 농도를 측정하는 단계; 상기 배출가스 분석기가 상기 측정된 오염물질 중에 이산화탄소와 일산화탄소의 농도로부터 상기 운행차의 배출가스에 희석된 희석공기에 대한 희석보정계수를 산정하는 단계; 상기 배출가스 분석기가 상기 산정된 희석보정계수를 상기 측정된 각 오염물질의 농도에 승산시켜 보정된 오염물질 농도를 산출하는 단계; 오염물질 농도의 질량변환을 위한 질량보정계수가 미리 저장된 데이터베이스로부터 상기 오염물질 각각 할당된 질량보정계수를 획득하는 단계; 상기 보정된 오염물질 농도로부터 운행차의 이동거리 당 질량(g/km) 단위의 오염물질 배출량을 산출하는 단계; 상기 배출가스 분석기가 상기 산출된 운행차의 오염물질 배출량을 해당 운행차의 차량제원정보에 따라 분류하여 베이터베이스에 통합 저장시키는 단계; 를 포함하고, 상기 운행차의 이동거리당 질량(g/km) 단위의 오염물질 배출량은 상기 획득한 질량보정계수를 이용하여
Figure 112017020078010-pat00025
의 수학식에 의해 산출되고, 상기 EM은 오염물질의 배출량(g/km), EC는 보정된 오염물질 농도(% or ppm), CF는 질량보정계수로서 오염물질이 이산화탄소인 경우에는 1.00이고, 일산화탄소인 경우에는 1.24이고, 탄화수소인 경우에는 2.05이고, 질소산화물인 경우에는 1.03이며, IW는 관성 중량(ton)으로 0.001 ×(차량중량(kg) + 136)이고, Subscript i는 CO2(이산화탄소), CO(일산화탄소), THC(탄화수소), NOx(질소산화물) 중에 선택된 하나이며, A는 이산화탄소일 경우 4.638, 일산화탄소일 경우 2.952, 탄화수소일 경우 9.1×10-4, 질소산화물일 경우 4.8×10-4이고, B는 이산화탄소일 경우 -3.730, 일산화탄소일 경우 -2.374, 탄화수소일 경우 -7.3×10-4, 질소산화물일 경우 -3.9×10-4이고, C는 이산화탄소일 경우 13.653, 일산화탄소일 경우 8.689, 탄화수소일 경우 2.7×10-3, 질소산화물일 경우 1.4×10-3 이고, 상기 운행차의 차량제원정보는 상기 운행차의 상태인 노후도, 마모도에 관련된 해당 운행차의 보증기간, 주행거리이고, 상기 보증기간은 해당 운행차의 제작년도를 기준으로 차량 보수가 가능한 보증기간인 5년 및 10년 단위로 분류하되, 해당 운행차의 제조년도가 1999년 이하일 경우에는 운행차의 차량등록일로부터 5년 이하의 운행차로 분류하고, 해당 운행차의 제조년도가 2000년 이상일 경우에는 운행차의 차량등록일로부터 10년 이하의 운행차로 분류하고, 상기 운행차의 검사년도와 운행차의 제조년도로부터, 운행차 검사년도 - 2n = 운행차 제조년도 의 등식을 부합하는 경우에 운행차의 검사대상 적합을 판단하고, 여기서 n은 1 이상이며, 상기 운행차 제조년도는 1999년도 이하일 경우, 차량의 노후로 인한 차량폐기에 따라 n의 최대치가 제한되고, 상기 주행거리는 상기 운행차의 제조년도에 따라 30000km 간격의 주행거리별로 분류하는 것을 특징으로 한다.
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전술한 바와 같은 본 발명의 검사대상 차량의 사양분류를 통한 운행차 정밀검사 질량 환산 방법에 따르면, 종래에 수행되고 있는 정밀검사를 통해 얻어진 차량 배출가스 중의 대기오염물질 농도 결과를 질량 결과로 환산할 수 있다.
또한, 다양한 사양을 가지는 각각의 자동차에 대해 자동차 관성중량에 대한 함수 형태로 정리하여 산출가능 하도록 함으로서 유량계를 사용하지 않고도 통계적으로 활용 가능한 질량 환산 결과를 얻을 수 있다.
또한, 주행차 정밀검사에서 오염물질을 채취하여 분석할 때에, 자동차 배출가스에 임의적으로 희석되는 대기공기를 제외하여 순수한 배출가스 내의 오염물질만 측정할 수 있도록 하여 보다 정밀한 오염물질 측정결과를 얻을 수 있다.
또한, 정밀검사 대상차량의 연식에 따라 분류함으로써 배출가스 정밀검사 결과를 해당 주행차의 연식별로 확인 및 분석이 용이한 이점을 가질 수 있다.
또한, 주행차 정밀검사에서 측정된 질량 환산 결과를 대상차량의 제원에 따라 분류하여 미리 카테고리화 함으로써, 다수의 주행차의 정밀검사결과를 쉽게 확인 및 통계적인 분석이 용이한 이점을 가질 수 있다.
또한, 주행차 정밀검사에 측정된 질량 환산 결과를 이용하여 정밀검사를 실시하는 해당 주행차의 연비를 측정하여, 정밀검사 대상인 주행차의 각 배출가스 특성에 따라 개별적으로 연비 계산이 가능함으로써 사용자가 보유하고 있는 차량의 연비를 보다 정확하게 확인할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 검사대상 차량의 사양분류를 통한 운행차 정밀검사 질량 환산 방법의 흐름도
도 2는 본 발명의 운행차 배출가스 측정용 장치를 나타낸 개략도
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 보다 상세하게 설명하도록 한다.
먼저, 본 발명은 검사대상 차량의 사양분류를 통한 운행차 정밀검사 질량 환산 방법에 관한 것으로, 배출가스 분석기를 포함하는 운행차 배출가스 측정용 장치를 이용하여 운행차의 배출가스에 포함된 오염물질을 분석하는데 수행될 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 검사대상 차량의 사양분류를 통한 운행차 정밀검사 질량 환산 방법의 흐름도로서, 도시된 바와 같이 본 발명은 오염물질 농도 측정 단계(S10), 오염물질별 질량보정계수 획득 단계(S20), 오염물질 배출량 산출 단계(S30) 및, 오염물질 배출량의 제원정보별 통합저장 단계(S40)를 포함하여 구성될 수 있다.
즉, 본 발명은 배출가스 분석기를 포함하는 운행차 배출가스 측정용 장치를 이용하여 운행차의 배출가스에 포함된 오염물질을 분석하는 것에 있어, 검사대상 차량의 사양분류를 통한 운행차 정밀검사 질량 환산 방법으로 이루어져 있다.
여기서, 운행차 배출가스 측정용 장치는 배출가스 분석기와 함께 차대동력계로 이루어질 수 있다. 구체적으로, 도 2는 본 발명의 운행차 배출가스 측정용 장치를 나타낸 개략도로서, 차대동력계는 회전하는 롤러 상에 운행차의 구동바퀴를 안치하여 기계적, 전기적으로 제어하면서 주행차의 부하를 설정하는 것으로서, 일반적인 차대동력계에 관한 것이므로 자세한 설명은 생략한다. 한편, 차량배출가스 분석기는 희석 배출가스 분석기와 배기관 배출가스 분석기 중에 하나를 선택하여 본 발명을 실시할 수 있다. 다만, 희석 배출가스 분석기는 정용량 시료 채취 장비가 마련된다. 본 발명에서는 정용량 시료 채취 장비가 없이 실시할 수 있다. 그리고 배출가스 분석기는 이산화탄소, 일산화탄소, 탄화수소, 질소산화물을 비분산 적외법으로 측정한다. 본 발명에서 탄화수소는 헥산(C6H14), 질소산화물은 일산화질소(NO)의 흡수파장을 기준으로 측정한다. 이렇게 구성된 배출가스 분석기는 운행차로부터 발생되는 배출가스를 일정 양의 공기와 희석하여 배출가스의 농도를 조절한 후 희석된 배출가스 내의 대기 요염물질의 농도를 측정한다.
한편, 오염물질 농도 측정 단계(S10)는 배출가스 분석기가 상기 운행차의 차속 40km/h 인 가속모사모드(Acceleration Simulation Mode) 상태에서 상기 운행차 배출가스에 포함된 이산화탄소, 일산화탄소, 탄화수소 및 질소산화물로 이루어진 오염물질의 농도를 측정하는 과정이다. 여기서 오염물질 농도 측정 시간은 25초에서 이루어질 수 있다.
오염물질별 질량보정계수 획득 단계(S20)는 오염물질 농도의 질량변환을 위한 질량보정계수가 미리 저장된 데이터베이스로부터 상기 오염물질 각각에 할당된 질량보정계수를 획득한다. 구체적으로 상기 배출가스 분석기에는 데이터베이스를 구비하는 것이 바람직하며, 상기 데이터베이스는 일반적인 하드드라이브와 같은 메모리로 구현될 수 있으며, 상기 데이터베이스에 오염물질 각각의 질량보정계수가 할당되어 있다. 이렇게 각 오염물질별로 할당된 질량보정계수를 각 오염물질별로 획득하여 사용할 수 있으며, 질량보정계수는 하기에서 더욱 구체적으로 설명하도록 한다.
오염물질 배출량 산출 단계(S30)는 상기 보정된 오염물질 농도로부터 운행차의 이동거리 당 질량(g/km) 단위의 오염물질 배출량을 산출한다. 구체적으로 운행차 배출가스 측정용 장치에서 측정되는 오염물질의 농도는 부피에 따른 오염물질의 양으로 이루어져 있으며, 본 발명에서는 % 또는 ppm 과 같은 일정 부피 내 오염물질의 양으로서 부피 규모의 오염물질 양을 검출하게 된다. 즉, 이와 같은 오염물질의 양으로서 오염물질의 농도는 차량에서 발생하는 오염물질의 양을 직접적으로 쉽게 알 수 있지 못한다. 따라서, 상기 % 또는 ppm 으로 검출된 오염물질의 양을 이동거리 당 질량(g/km) 단위로 오염물질의 배출량을 산출함으로써, 직접적으로 차량으로부터 발생되는 오염물질의 배출량을 알기 쉽도록 표시할 수 있다.
구체적으로 이동거리 당 질량(g/km) 단위는 상세하게 차량의 이동거리 당 발생되는 오염물질 량으로서, 차량의 측정상 엔진을 구동시켜 이동하면서 발생되는 오염물질 발생량을 직접적으로 알기 쉽게 된다.
여기서, 상기 운행차의 이동거리 당 질량(g/km) 단위의 오염물질 배출량은 상기 획득한 질량보정계수를 이용하여 산출되며, 하기 수학식 1 에서 산출될 수 있다.
Figure 112016052250791-pat00002
여기서, EM은 오염물질의 배출량(g/km), EC는 보정된 오염물질 배출농도(% or ppm), CF는 배출농도 질량변환용 보정 계수, IW는 관성 중량(ton), Subscript i는 CO2(이산화탄소), CO(일산화탄소), THC(탄화수소), NOx(질소산화물) 중에 선택된 하나이다.
한편, 희석보정계수는 상기에서와 같이 운행차의 배출가스에 희석된 공기를 제거하기 위한 계수로서, 하기 수학식 2에 의해 산정될 수 있다.
Figure 112016052250791-pat00003
여기서, DCF는 희석보정계수, adjCO2는 희석보정계수의 산정 변수, rawCO2농도는 배출가스 분석기로 측정된 이산화탄소의 농도이다.
이와 같은 희석보정수(DCF)에서 희석보정계수(adjCO2)는 하기 수학식 3에 의하여 산정된다.
Figure 112016052250791-pat00004
여기서 X는 이산화탄소농도 보정계수이다.
그리고 이산화탄소농도 보정계수(X)는 하기 수학식 4를 통하여 산정될 수 있다.
Figure 112016052250791-pat00005
여기서 raw CO2 농도는 배출가스 분석기로 측정된 이산화탄소 농도, raw CO 농도는 배출가스 분석기로 측정된 일산화탄소 농도이다.
즉, 본 발명에서는 상기 운행차 배출가스 측정용 장치에서 배출가스 분석기로 측정된 CO2 농도와, CO 농도를 통하여 산출된 결과를 사용할 수 있다. 여기서 상기 CO2 농도와, CO 농도는 더욱 정확한 결과를 가질 수 있도록 하기 위하여 상기한 바와 같이 오염물질 희석보정계수를 이용하여 순수한 CO2 농도와, CO 농도로 부터 산정되는 것이 바람직하며, 이와 같은 희석보정계수는 차량의 노후도, 마모도, 중량, 연료 종류 등과 같은 차량의 상태에 따라서 다르므로 각 차량에 대하여 개별적으로 산정할 수 있다. 즉, 상기 운행차 배출가스 측정용 장치로부터 각 운행차의 개별적인 CO2 농도와, CO 농도 측정치를 사용할 수 있어, 비교적 간편하게 실시간으로 산정하여 적용 가능할 것이다.
한편, 오염물질 배출량의 제원정보별 통합저장 단계(S40)는 상기 배출가스 분석기가 상기 산출된 운행차의 오염물질 배출량을 해당 운행차의 차량제원정보에 따라 분류하여 베이터베이스에 통합 저장시킨다.
여기서 차량제원정보는 해당 운행차의 보증기간, 주행거리 및 배기량을 포함하는 것으로, 상기에서 산출된 운행차의 오염물질 배출량을 해당 운행차의 각 차량제원정보별로 분류하여, 운행차 배출가스 측정용 장치의 데이터베이스에 저장된다.
예컨대, 보증기간, 주행거리 및 배기량이 다른 복수의 주행차에서 각각 오염물질 배출량을 산출하면, 산출된 오염물질 배출량은 해당 주행차의 차량제원정보에 따라 분류되어 저장될 수 있다. 여기서, 상기 운행차의 차량제원정보 중에 보증기간은 해당 차량의 판매사의 차량 판매 후 차량의 해당 운행차의 제작년도를 기준으로 5년 및 10년 단위로 분류되는 것이 바람직하다. 본 발명에서는 해당 운행차의 제작년도가 1999년 이하일 경우에는 보증기간을 차량 유지 보수가 용이하게 분류할 수 있다. 상세하게 운행차의 제작년도가 1999년 이하일 경우에는 운행차의 차량등록일로부터 5년 이하의 주행차만 분류할 수 있다. 그리고 해당 운행차의 제작년도가 2000년 이상일 경우에는 운행차의 차량등록일로부터 10년 이하의 주행차만 분류할 수 있다.
그리고 운행차의 차량제원정보 중에 주행거리는 해당 운행차의 운행기간동안에 누적된 주행거리를 의미하는 것으로, 본 발명에서는 일정 간격 주행거리별로 분류할 수 있다. 예컨대 주행차의 주행거리는 차량의 노후를 구별할 수 있는 30000km 간격으로 분류하는 것이 바람직하다. 구체적으로, 주행차의 주행거리를 변수로 주행거리를 30000n 으로 나눈 값을 주행차의 주행거리 분류의 기준으로 정할 수 있다. 이때, n은 1이상의 자연수로 이루어지는 것이 바람직하다.
한편, 상기한 바와 같은 본 발명에서는 주행차의 배출가스에 희석될 수 있는 희석공기를 보정할 수 있다.
구체적으로 희석보정계수를 이용하여 보정할 수 있으며, 본 발명에서는 희석보정계수 산정 단계와, 오염물질 농도 보정 단계를 포함할 수 있다.
희석보정계수 산정 단계는 상기 배출가스 분석기가 상기 측정된 오염물질 중에 이산화탄소와 일산화탄소의 농도로부터 상기 운행차의 배출가스에 희석된 희석공기에 대한 희석보정계수를 산정한다. 여기서 희석보정계수는 상기 희석된 공기의 양을 농도 검사결과에서 제거하기 위함이다.
오염물질 농도 보정 단계는 상기 배출가스 분석기가 상기 산정된 희석보정계수를 상기 측정된 각 오염물질의 농도에 승산시켜 보정된 오염물질 농도를 산출한다. 즉, 상기 희석된 공기의 양을 검사결과에서 제거함으로써 운행차 자체 배출가스 내의 오염물질 농도를 알 수 있게 된다.
한편, 상기 배출가스 분석기가 상기 운행차의 배출가스에 희석된 희석공기의 희석허용범위를 제한할 수 있다. 즉, 배출가스에 희석된 공기가 과도한 경우, 측정치로부터 희석된 공기양을 제거하기 곤란하며 측정치가 분산되어 편차가 발생하게 될 수 있다. 따라서 측정된 이산화탄소 농도와 측정된 일산화탄소 농도의 합산치가 6 ~ 15(%)에 해당하는 경우에만 적합으로 판단하도록 하여 상기 오염물질의 측정치의 편차를 일정한 수준으로 관리될 수 있다.
상기 질량보정계수는 상기 오염물질에 따라서 다르게 이루어진다. 본 발명에서 질량보정계수는 상기 오염물질이 이산화탄소인 경우에는 1.00이고, 일산화탄소인 경우에는 1.24이고, 탄화수소인 경우에는 2.05이고, 질소산화물인 경우에는 1.03로 환산될 수 있으며, 이와 같은 질량보정계수의 산정은 하기에서 구체화될 수 있다.
한편, 본 발명에서 상기 운행차 배출가스 정밀검사는 2년마다 1회 정밀검사 하는 것으로서, 운행차의 소유자는 2년마다 배출가스 정밀검사 시기를 놓칠 수 있다. 따라서 본 발명에서는 해당 운행차의 연식을 통하여 차량의 배출가스 정밀검사의 적합성이 고려되는 것이 바람직하다.
구체적으로, 상기한 바와 같은 본 발명에서 배출가스 정밀검사의 적합성을 고려하기 위하여, 운행차의 검사년도와 제조년도를 입력받는 단계와, 운행차의 검사대상 적합성 판단 단계를 포함할 수 있다.
운행차의 검사년도와 제조년도를 입력받는 단계는 상기 배출가스 분석기가 상기 운행차의 배출가스 검사년도와 운행차의 제조년도를 상기 운행차의 배출가스 측정용 장치의 입력수단을 통해 입력받는다.
그리고 운행차의 검사대상 적합성 판단 단계는 상기 배출가스 분석기가 상기 운행차 검사년도 및 운행차 제조년도를 이용하여 상기 운행차의 검사대상 적합성을 판단한다. 여기서, 운행차의 검사대상 적합성은 운행차의 정밀검사가 적합한지 적합하지 않은지의 여부를 판단하는 것으로, 2년 당 1회의 운행차의 배출가스 정밀검사를 하는 국가 정책 내에서 유효할 수 있다.
구체적으로, 운행차의 검사대상 적합성은 운행차 검사년도 - 2n = 운행차 제조년도로 나타나는 등식에 의해 정의될 수 있으며, 여기서 n은 1 이상이고, n은 차량의 연식에 의하여 상승될 수 있으나, 운행차는 현재 사용되는 차량에 한정되므로 노후로 인한 차량폐기에 의해 최대치가 제한될 수 있다. 예컨대, 운행차 검사년도가 2016년일 경우 2016으로부터 2n을 차감한 결과치가 운행차의 제조년도와 동일하여야 한다. 즉, n이 1임을 예상하면 운행차의 제조년도는 2014년이어야 등식이 성립될 수 있으며, n이 2임을 예상하면 운행차는 2012년이어야 등식이 성립될 수 있다. 따라서 등식이 성립 유무에 따라서 운행차의 검사대상 적합을 판단할 수 있게 되며, 이는 상기 등식을 부합하는 경우에는 적합으로 판단하고, 등식에 부합되지 않는 경우 부적합으로 판단할 수 있다.
이를 통하여 운행차의 배출가스에 포함된 오염물질을 분석 내에서 운행차의 연식에 따른 검사대상 표본 편차가 일정하게 유지되는 이점을 가질 수 있다.
한편, 본 발명에서는 연비 산출 단계를 포함할 수 있다. 구체적으로 연비 산출 단계는 상기 배출가스 분석기가 상기 산출된 운행차의 오염물질 배출량을 기초하여 상기 운행차의 단위 연료당 주행 거리 비율(km/L)인 연비를 산출한다. 본 발명에서는 하기 수학식 5에 의해 산출될 수 있다.
Figure 112016052250791-pat00006
여기서, 상기 EMTHC는 THC의 배출량(g/km), EMCO는 CO 배출량(g/km), EMCO2는 CO2 배출량(g/km)이다.
즉, 본 발명에서는 상기 운행차의 배출가스에 포함됨 오염물질 중 일산화탄소의 배출량(g/km)과, 이산화탄소의 배출량(g/km)을 통하여 산출될 수 있다.
이를 통하여 정밀검사 대상인 주행차의 각 배출가스 특성에 따라 개별적으로 연비 계산이 가능하여 사용자가 보유하고 있는 차량의 연비를 보다 정확하게 확인할 수 있다.
- 실시예 -
본 발명의 목적을 달성하기 위하여 하기와 같은 시험을 실시하였다.
시험 1 배출가스 부피 유량 측정 시험
본 발명에서는 일반적인 휘발유 승용차 4대의 배출가스 부피 유량을 측정하여 배기량, 관성중량, 엔진 회전속도 및 차량비출력(Vehicle Specific Power, VSP)의 변화에 따른 배출가스 부피 유량의 변화를 파악하였다.
시험 모드는 일정한 차량비출력 조건하에서 400초 동안 정속 상태로 주행하는 정속 주행 모드를 사용하였다. 차량비출력은 가속 모사모드에서의 도로부하를 나타내는 지표로서, 차량의 속도 및 가속도를 포함하는 동시에 차량 중량에 대한 비출력이라는 점에서 차량 시험 결과 분석의 활용도가 높은 지표라 할 수 있다.
본 발명에서는 국내 중소형 차량에 대해서는 일반적으로 적용가능하다는 하기 수학식을 이용하였다(US EPA, Methodology for Developing Modal Emission Rates for EPA's Multi-scale Motor Vehicle & Equipment Emission System, EPA Report 420-R-02-027, 2002).
Figure 112016052250791-pat00007
여기서, VSP : Vehicle specific power (kW/ton)
v : Vehicle speed (km/h)
a : Vehicle acceleration (km/h/s)
r : road gradient (%)
하기 표 1은 배출가스 부피 유량 측정 시험에 사용된 9개의 운전점이다.
각각의 운전점은 평탄한 속도를 정속 주행할때 필요한 도로부하 보다 최대 4.5배 더 큰 도로부하로 설정되어 있으며, 이를 통해 정속 주행 상태로 가속주행을 모사하게 된다.
Figure 112016052250791-pat00008
시험 2 농도 측정 결과의 질량 환산 시험
본 발명에서 운행차 배출가스 정밀 검사용 장비에 의해 휘발유 승용차 7대의 배출가스 농도를 측정한 후, 배출가스 부피유량과 각 화학종의 밀도를 이용하여 질량 결과로 환산하였다. 총 28개의 환산 결과를 제작차 배출가스 인증시험용 장비에 의해 측정된 결과와 비교하여 타당성을 확인하였다. 여기서 시험모드는 상기 표 1의 운전점 중 차속 40km/h 차량비출력 5.4 kW/ton 인 운점점을 사용하였다. 이는 대한민국 휘발유 자동차의 정밀검사 모드인 가속모사모드(Acceleration Simulation Mode, 이하 ASM) 2525 모드 운전점이다.
그리고 시험 차량은 휘발유 승용차 10대로서, 주요 제원 및 적용된 시험은 하기 표 2와 같다. 여기서 연료는 시중에서 쉽게 구입할 수 있는 일반 휘발유를 사용하였다.
Figure 112016052250791-pat00009
시험결과 1 배출가스 부피 유량 측정
상기에서와 같이 본 발명의 운행차 배출가스의 오염물질 농도 결과를 질량 결과로 환산하기 위하여 차량의 배출가스 부피유량을 측정하였다. 여기서 배출가스 부피유량은 최근의 이동식 배출가스 측정 장비에 따른 다양한 방법이 있으며, 예컨대, 피토튜브, 벤츄리, 칼만볼텍스, 가변형 벤츄리, 환상막대형 차압유량계 등을 이용한 질량 밸런스 방법, 흡기다기관 절대 압력인 엔진 운전 변수를 이용한 방법 등이 알려져 있다.
본 발명에서는 배출가스 중의 이산화탄소를 트레이서 가스로 사용하는 트레이서 방법을 통해 배출가스 부피 유량을 측정하였으며, 이 방법은 과도 운전시에는 사용이 어려우나 정상상태 운전에서는 정확한 측정이 가능하다.
본 발명에서 계산 방법은 다음 수학식에 따른다.
Figure 112016052250791-pat00010
여기서,
EVF : Exhaust volume flow (m3/min)
Diluted CO2 : CO2 conc. in diluted exhaust gas (%)
Raw CO2 : CO2 conc. in raw exhaust gas (%)
A : CO2 conc. in dilution air (%)
CVS flow : Diluted exhaust gas volume flow through critical flow venturi in CVS (m3/min) 이다.
시험결과 2 배출가스 부피 유량 변화
정속 주행 하에서의 상기 V1 ~ V4 의 배기량 변화(a) 및 차량 관성 중량 변화(b)에 따른 배출가스 부피 유량의 변화를 하기 그래프로 나타내었다.
Figure 112016052250791-pat00011
Figure 112016052250791-pat00012
상기 그래프를 보면 엔진 배기량 및 차량 관성중량의 증가에 따라 배출가스 부피 유량이 증가하고 있으며, 그 경향은 모든 차속에서 동일하다. 같은 시험 조건에서 배기량에 따라서 변화가 발생하는 것으로 보이나, 관성 중량의 경우 나타난 바와 같이 뚜렷한 2차 함수 형태로 나타났다.
시험결과 3 배출가스 부피 유량 함수 도출
배출가스 부피 유량 함수는 운행차의 제원으로 유량계 없이도 배출가스 부피 유량을 산출할 수 있도록 위한다.
본 발명에서는 배출가스 부피 유량에 대해 뚜렷한 2차 함수의 형태가 나타난 차량 관성중량을 독립변수로 하여 하기의 수학식을 도출하였다.
Figure 112016052250791-pat00013
여기서, EVF : Exhaust volume flow (m3/min), IW : Inertia weight(ton) 이다.
그리고 IW(ton)는 0.001 ×(차량중량(kg) + 탑승인원 중량의 절반)에 의해 산정될 수 있다.
본 발명에서는 탑승인원 중량의 절반을 136으로 하였다. 여기서 136은 일반적인 차량관성중량을 측정하는 방법에서 사용하므로 상세한 설명은 생략하도록 한다.
시험결과 4 농도 결과의 질량 결과 환산
운행차용 장비로 측정된 배출가스 농도를 각 오염물질의 분자량과 표준상태에서의 밀도를 이용하여 질량 결과로 환산하였다. 운행차용 분석기의 헥산기준 탄화소수 측정값에는 6을 곱하여 ppmC단위로 환산하였고, 배출가스 부피 유량은 측정값 및 함수값을 각각 사용하였다. 그리고 정속 모드에서 측정된 배출가스 중의 대기 오염물질 질량 결과를 비교하여 하기 그래프로 나타내었다.
Figure 112016052250791-pat00014
Figure 112016052250791-pat00015
상기 그래프에서 (a)는 정용량 시료 채취 장비를 이용하여 얻은 질량결과( 이하,BAG)와 배출가스 부피유량 측정값을 이용하여 환산한 값(이하, MODAL(m))의 결과를 나타낸 것이다. 그리고 (b)는 상기 MODAL(m)과 배출가스 농도를 질량 결과로 환산한 값(이하, MODAL(e))의 결과를 나타낸 것이다.
상기 그래프에서 보면 이산화탄소와 질소산화물의 MODAL(m)의 결과는 BAG 결과와 정량적, 정성적으로 좋은 일치를 보이고 있다. 일산화탄소는 정석적인 경향은 대체로 잘 일치하고 있으나 배출량이 0.5 g/km 이하 영역의 일부 결과가 BAG 결과 대비 작은 값을 보이고 있다. 탄화수소는 정성적인 상관성이 우수한 반변 정량적으로 BAG 결과 대비 63% 수준의 낮은 값을을 보이고 있다.
위 그래프에서 각 오염물질의 MODAL(m) 결과와 MODAL(e) 결과는 회귀직선 기울기가 0.96 ~ 0.01로 나타나고 있음을 알 수 있다. 이를 통하여 정량적 정성적으로 일치를 보이고 있다. 이 결과를 토대로 하여 본 발명의 질량보정계수는 상기 오염물질이 이산화탄소인 경우에는 1.00이고, 일산화탄소인 경우에는 1.24이고, 탄화수소인 경우에는 2.05이고, 질소산화물인 경우에는 1.03로 산정하였다. 즉, 본 발명을 통해 정밀검사의 농도 결과를 g/km 단위를 갖는 계수로 적용 가능함을 상기와 같은 시험을 통하여 알 수 있다.
시험결과 5 배출가스 정밀검사 질량 변환 계수 도출
본 발명의 정밀검사의 ASM2525 모드에서 대기 오염물질 농도 결과를 이용하여 하기 수학식 1을 도출하였다.
[수학식 1]
Figure 112016052250791-pat00016
여기서, EM은 오염물질의 배출량(g/km), EC는 보정된 오염물질 배출농도(% or ppm), CF는 배출농도 질량변환용 보정 계수, IW는 관성 중량(ton), Subscript i는 CO2(이산화탄소), CO(일산화탄소), THC(탄화수소), NOx(질소산화물) 중에 선택된 하나이다.
그리고 관성중량 IW(ton)는 0.001 ×(차량중량(kg) + 탑승인원 중량의 절반)에 의해 산정될 수 있다. 본 발명에서는 탑승인원 중량의 절반을 136으로 정할 수 있다.
그리고 각 A, B, C는 오염물질에 따라 분류하여 하기 표 3에 나타내었다.
Figure 112016052250791-pat00017
여기서 A,B,C는 배출가스 부피 유량 함수 종류 및 대상 오염물질에 따라 달라진다 제작차용 장비와 운행차용 장비간의 측정원리 및 정밀도 차이에 기인한 측정결과 간의 정량적인 차이는 배출농도 질량변환용 보정 계수 CF를 이용하여 보정할 수 있다. 본 발명에서 CF 값은 상기에서와 같이, 이산화탄소, 일산화탄소, 탄화수소, 질소산화물에 대해 각각 1.00, 1.24, 2.05, 1.03으로 사용할 수 있다.
상기에서와 같이 얻어진 질량 변환 계수는 차속 40km/h의 정속 주행이라는 제한된 주행 조건에서 얻어진 것으로서, 보다 폭넓은 활용을 위해서는 배출계수 산정을 위해 사용되는 과도 주행모드 측정결과와의 산관성을 비교하여야 한다. 본 발명에서 얻어진 8대의 시험차량의 배출계수와 휘발유 승용차에 대해 산정된 국가 배출계수를 비교하여 하기 표 4에 나타내었다.
Figure 112016052250791-pat00018
상기 표 4에서 나타난 바와 같이 두 결과는 유사한 수준으로서 본 발명을 통해 얻어진 40km/h 상태의 ASM 모드에서 적용가능 한 것으로 보인다.
S10 : 오염물질 농도 측정 단계
S20 : 오염물질별 질량보정계수 획득 단계
S30 : 오염물질 배출량 산출 단계
S40 : 오염물질 배출량의 차량제원정보별 통합저장 단계

Claims (6)

  1. 배출가스 분석기를 포함하는 운행차 배출가스 측정용 장치를 이용한 운행차 배출가스의 오염물질 분석 방법에 있어서,
    상기 배출가스 분석기가 상기 운행차의 차속 40km/h 인 가속모사모드(Acceleration Simulation Mode) 상태에서 상기 운행차 배출가스에 포함된 이산화탄소, 일산화탄소, 탄화수소 및 질소산화물로 이루어진 오염물질의 농도를 측정하는 단계;
    상기 배출가스 분석기가 상기 측정된 오염물질 중에 이산화탄소와 일산화탄소의 농도로부터 상기 운행차의 배출가스에 희석된 희석공기에 대한 희석보정계수를 산정하는 단계;
    상기 배출가스 분석기가 상기 산정된 희석보정계수를 상기 측정된 각 오염물질의 농도에 승산시켜 보정된 오염물질 농도를 산출하는 단계;
    오염물질 농도의 질량변환을 위한 질량보정계수가 미리 저장된 데이터베이스로부터 상기 오염물질 각각 할당된 질량보정계수를 획득하는 단계;
    상기 보정된 오염물질 농도로부터 운행차의 이동거리 당 질량(g/km) 단위의 오염물질 배출량을 산출하는 단계;
    상기 배출가스 분석기가 상기 산출된 운행차의 오염물질 배출량을 해당 운행차의 차량제원정보에 따라 분류하여 베이터베이스에 통합 저장시키는 단계; 를 포함하고,
    상기 운행차의 이동거리당 질량(g/km) 단위의 오염물질 배출량은 상기 획득한 질량보정계수를 이용하여
    Figure 112017020078010-pat00019

    의 수학식에 의해 산출되고, 상기 EM은 오염물질의 배출량(g/km), EC는 보정된 오염물질 농도(% or ppm), CF는 질량보정계수로서 오염물질이 이산화탄소인 경우에는 1.00이고, 일산화탄소인 경우에는 1.24이고, 탄화수소인 경우에는 2.05이고, 질소산화물인 경우에는 1.03이며, IW는 관성 중량(ton)으로 0.001 ×(차량중량(kg) + 136)이고, Subscript i는 CO2(이산화탄소), CO(일산화탄소), THC(탄화수소), NOx(질소산화물) 중에 선택된 하나이며, A는 이산화탄소일 경우 4.638, 일산화탄소일 경우 2.952, 탄화수소일 경우 9.1×10-4, 질소산화물일 경우 4.8×10-4이고, B는 이산화탄소일 경우 -3.730, 일산화탄소일 경우 -2.374, 탄화수소일 경우 -7.3×10-4, 질소산화물일 경우 -3.9×10-4이고, C는 이산화탄소일 경우 13.653, 일산화탄소일 경우 8.689, 탄화수소일 경우 2.7×10-3, 질소산화물일 경우 1.4×10-3 이고,
    상기 운행차의 차량제원정보는 상기 운행차의 상태인 노후도, 마모도에 관련된 해당 운행차의 보증기간, 주행거리이고,
    상기 보증기간은 해당 운행차의 제작년도를 기준으로 차량 보수가 가능한 보증기간인 5년 및 10년 단위로 분류하되, 해당 운행차의 제조년도가 1999년 이하일 경우에는 운행차의 차량등록일로부터 5년 이하의 운행차로 분류하고, 해당 운행차의 제조년도가 2000년 이상일 경우에는 운행차의 차량등록일로부터 10년 이하의 운행차로 분류하고,
    상기 운행차의 검사년도와 운행차의 제조년도로부터,
    운행차 검사년도 - 2n = 운행차 제조년도
    의 등식을 부합하는 경우에 운행차의 검사대상 적합을 판단하고, 여기서 n은 1 이상이며,
    상기 운행차 제조년도는 1999년도 이하일 경우, 차량의 노후로 인한 차량폐기에 따라 n의 최대치가 제한되고,
    상기 주행거리는 상기 운행차의 제조년도에 따라 30000km 간격의 주행거리별로 분류하는 것을 특징으로 하는 검사대상 차량의 사양분류를 통한 운행차 정밀검사 질량 환산 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    희석보정계수는,
    Figure 112016093195312-pat00020

    의 수학식에 의해 산정되고, 상기 DCF는 희석보정계수, adjCO2는 희석보정계수의 산정 변수, rawCO2농도는 배출가스 분석기로 측정된 이산화탄소의 농도이고,
    상기 희석보정계수 산정 변수는,
    Figure 112016093195312-pat00021

    의 수학식에 의해 산정되고, 상기 X는 이산화탄소농도 보정계수이고,
    상기 이산화탄소농도 보정계수 X는,
    Figure 112016093195312-pat00022

    의 수학식에 의해 산정되고, raw CO2 농도는 배출가스 분석기로 측정된 이산화탄소 농도, raw CO 농도는 배출가스 분석기로 측정된 일산화탄소 농도인 것을 특징으로 하는 사양분류를 통한 운행차 정밀검사 질량 환산 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2000314684A (ja) 1999-04-16 2000-11-14 Sensors Inc 車両用質量排出量測定

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2000314684A (ja) 1999-04-16 2000-11-14 Sensors Inc 車両用質量排出量測定

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