배기가스 법규(Emission regulation)

배기가스 법규

 

INDEX

1.배기가스 규제의 배경

 

 

2.각 국의 배기가스 진단 법규

2-1.Japan

2-2.Europe

2-2.1)ECE

2-2.2)EURO

2-3.US

2-3.1)EPA(Environmental Protection Agency, 미국환경청)

2-3.2)CARB(California Air Resources Board)

1.배기가스 규제의 배경

배기가스 규제의 배경이 되는 국제 환경 협약으로는 오존층 보호를 위한 국제환경협약인 ‘몬트리올 의정서’, 유해폐기물의 국가 간 이동 및 처리에 관한 국제협약인 ‘바젤협약’,지구의 온난화를 규제·방지하기 위한 국제협약인 ‘기후변화협약(리우환경협약)’이 있다. 이러한 환경 협약을 배경으로한 세계적인 배기가스 진단 법규는 아래와 같이 정리된다.

 

2.각 국의 배기가스 진단 법규

 

2-1.Japan

일본의 배기가스 규제 방식은 배기가스의 테스트를 통한 수치 값을 규제하며 일본에서의 배기가스 테스트는 10/15모드와 11모드가 있다.

 

⓵11모드:Cold test로써 냉시동 후, 5초 동안 공운전한 다음, 테스트 사이클을 4회 반복하며, 4회 모두 배기가스를 측정한다. 최고속도 60km/h, 평균속도 30.6km/h의 값을 가진다.

 

⓶10/15모드:Hot test로써 60km/h 속도로 15분간 운전하여 기관이 정상 작동 온도에 도달하게 한 후, 공전상태에서 배기가스를 측정한다. 이후 다시 15분간 시속60의 속도로 정속 운전한 다음, 10모드 3회+15모드 1회를 연속적으로 운전하여 배기가스를 측정한다. 최고속도 70km/h, 평균속도 22.7km/h의 값을 가지며 소요시간은 660초이다.

 

10/15모드 11모드

그러나 미쓰비시 자동차의 연비조작과 관련하여 측정된 배기가스가 실제와 차이가 크다는 비판을 받아 실제 주행여건을 고려하여 보다 현실적인 연비측정이 가능하도록 10/15모드에서 JC08 사이클로 대체되었다. (기존의 방법은 가속이 너무 완만하거나 측정 속도가 일반 도로 보다 느려, 기대 수치와 실주행간의 차이가 존재했다.) JC08의 특징으로는 증가된 측정시간(측정에 필요한 평균속도와 최고속도를 높임)과 콜드 스타트(엔진시동 직후의 엔진상태)시의 측정이 추가된 점이다. 기존의 방식(10/15모드)은 엔진이 정상온도에 도달한 핫 스타트 상태였다. JC08모드의 산출은 평지 직진도로에서 에어컨을 시동하지 않은 채 달리는 상황을 가정하므로 실제 연비와 표시연비의 차이가 존재한다.(다만, 10/15모드보다는 그 차이가 적다.) 이렇게 측정된 연비는 카탈로그에서 표시되며 목표연비 대비 제로에 따라 향상된 비율을 반영하여 라벨에 부착한다.

 

 

 

2-2.Europe

유럽의 배기가스 법규는 ECE-15모드와 EUDC-모드를 기준으로 배기가스를 측정하고 ECE 또는 EURO에 따라 규정을 정한다. ECE(=ECE/EC-모드)란 Economic Commission of Europe로써 유럽 공동체를 뜻하며 ECE가 정한 배기가스 시험법이 ECE측정이다. 이는 곧 Urban Driving Cycle(도시운전 사이클)를 뜻한다. 도시에서의 운전 특징(저속, 낮은 엔진 부하 및 배기가스 온도)을 가진다. 이와는 대조되는 EUDC는 Extra Urban Driving Cycle(시외 주행 사이클)를 뜻한다.

ECE/EC-모드는 시내 주행특성을 나타내는 주행곡선이다. 1993년부터는 ECE-15 모드에 EUDC-모드를 추가한 새로운 모드를 도입하였으며 주행속도가 0~50km/h 범위인 ECE-15모드 사이클 4회, 최고속도가 약 120km/h인 시외주행 사이클(EUDC) 1회로 구성된다.(굳이 EUDC를 추가한 이유는 고속 주행 모드를 고려하기 위해서이다.)

1(city):ECE/EC 테스트 모드는 최고속도 50km/h, 평균속도 18.7km/h, 공운전비율 31%

2(EUDC):새 ECE/EC 테스트 모드는 최고속도 120 km/h, 평균속도 35.2km/h

2-2.1)ECE

1970 년부터 2006 년까지 (유로4까지) 경량 차량의 배출 규제는 Directive 70 / 220 / EEC에 명시되며 이 규제는 자동차의 배기가스로 인한 대기 오염의 규제를 뜻한다. 하지만 유로5(2009년)부터는 모든 회원국에서 직접 집행이 가능한 Direct Regulations에 의해 표준이 제정되었고 이러한 기준은 아라비아 숫자를 사용하여 사용한다. (예시 : 유로1)

가솔린 엔진
법규	내용
Directive 70 / 220 / EEC	일산화탄소와 탄화수소 배출에 대한 한계 값을 규정
Directive 74 / 290 / EEC	Directive 70 / 220 / EEC에서 규정한 한계 값 감소
Commission Directive 77 / 102 / EEC	배기가스 규제대상으로 질소 산화물 추가
Commission Directives 78 / 665 / EEC 83 / 351 / EEC & 88 / 76 / EEC	규제 대상이 되는 세 가지 유형(일산화탄소,탄화수소,질소 산화물)에 대한 한계 값 감소

 

디젤엔진
법규	내용
Directive 88 / 436 / EEC	디젤 엔진을 통한 배기가스 중 미립자 오염 물질 배출에 대한 한계 값을 규정
Directive 89 / 458 / EEC	1 400 cm³ 이하의 자동차의 가스 오염 물질 배출에 대하여 보다 강화된 유럽 기준이 도입
Directive 91 / 441 / EEC	보다 엄격한 미립자 오염 물질 표준이 도입

 

위의 표 외에도 Directive 70 / 220 / EEC는 아주 많이 개정되었으며 그 중 가장 잘 알려진 ECE R 83/05는 98 / 69 / EC European Directive 지침을 따른다. 이 지침은 OBD(온보드진단)에 대한 규정 및 수리 정보에 대한 접근, 주기적 재생 배기 후 처리 시스템에 대한 배출 테스트 절차가 내포되어 있다.

 

지침 98 / 69 / EC의 추가 기술 요구 사항
배기관 배기 가스 테스트 사이클	오래된 동력계 시험주기에서 배출 샘플링이 없는 엔진 유휴 상태의 처음 40 초를 측정 한 배출량.
상용차에 대한 중량 분류 개정	class I   RW1,305 kg class II   1,305kg <RW1,760 kg class III   1,760 kg <RW
Cold Start Test	2002년 1월 1일부터 새롭게 도입되었다.(콜드 스타트 테스트의 정의는 일본 JC08에서 언급), 도시 부분에서만 측정
On-board diagnostics(배출가스 진단장치)	배출가스진단장치 설피가 의무화된다. 배출가스진단장치란 배출가스 제어부품과 시스템 상태를 진단하여 고장나면 운전자에게 알려 정비할 수 있도록 도와주는 장치로써 자동차 배출가스 관련부품의 오작동으로 인해 배출가스가 증가할 경우, 차내 계기판의 정비지시등(Check Engine등)을 점등시켜 운전자에게 알려주는 장치이다.
재정 인센티브	배출 기준을 충족시키는 차량에 인센티브를 부여 할 수 있다.

 

기타 법규 사항

⓵Directive 1999 / 102 / EC -OBD 요구 사항과 관련한 기술적 적응

⓶Directive 2001 / 1 / EC - 가스 연료 (LPG or NG)를 사용하는 차량에 OBD를 적용

⓷지침 2001 / 100 / EC - 카테고리 N1 차량, 클래스 II 및 III의 cold start ​​배출 제한치 규정

 

 

2-2.2)EURO

 

유로와 EEC 비교표

 

Euro 1 & Euro 2:승용차와 대형 승용차 및 경량 트럭 적용

 

유로1:승용차에만 적용 Directive 91 / 441 / EEC 적용

승용차와 경트럭을 모두 포함-Directive 93 / 59 / EEC 적용

유로2: Directives 94 / 12 / EC 또는 96 / 69 / EC 적용

 

Euro 3 & Euro 4:승용차 및 경량 트럭의 배기 및 증발 가스 배출량 시험 개정

유로3,4:Directive 98 / 69 / EC와 Directive 2002 / 80 / EC 적용

보다 강화된 배출가스 규제 때문에 디젤 산화 촉매(이하 DOC)가 사용되기 시작했다. DOC는 머플러를 대체하고 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC) 및 액체탄화수소입자 (미 연소 연료 및 오일)를 산화시키기 위해 귀금속을 사용하는 유수 장치로써 전체 PM 질량과 많은 독성 유기 화합물을 감소시키지만 디젤 배기 가스의 미세 입자 및 초미립자 입자를 제어 할 때 촉매 화 된 디젤 입자 필터만큼 효과적이지 않습니다. (*왜냐하면 디젤의 연소과정은 공기가 언제나 넘쳐나는 희낙연소 상태이기 때문이다.)

 

 

Euro5 & Euro6:차량을 M,N,O로 분류하여 규제를 실시했으며 기준은 다음과 같다.

 

구분	카테고리 설명	카테고리 분류	카테고리 세부 설명
Category M	최소 4개의 바퀴 또는 1톤 이상의 3개의 바퀴를 가지며 승객운송용으로 사용	승용자동차(M1)	승차인원 8인 이하, 차량 최대중량 3톤 이하
		미니버스(M2)	승차인원 8인 이상, 차량중량 5톤 이하
		M3	승차인원 8인 이상, 차량중량 5톤 이상
Category N	최소 4개의 바퀴 또는 1톤 이상의 3개의 바퀴를 가지며 화물운반용으로 사용	소형화물차(LDV;N1)	최대중량 3.5톤 이하
		중형화물차(MDV;N2)	최대중량 3.5톤 초과 12톤 이하
		중량자동차(HDV;N3)	최대중량 12톤 초과
Category O	트레일러(세미 트레일러 포함)	O1	최대중량 750Kg 이하
		O2	최대중량 750Kg 초과 , 3.5톤 이하
		O3	최대중량 3.5톤 초과 10톤 이하
		O4	최대중량 10톤 초과

유로 5는 디젤 자동차의 미립자 물질에 ​​초점을 맞춤으로써 유로 4를 개선하였으며 이에 따라 PM 배출량을 5mg / km로 줄여야한다. Euro 5b 법안에는 Euro 5a에 설정된 압축 점화 엔진의 질량 제한 기준 인 6.0 x 10 11 / km의 PN 방출 제한이 처음으로 포함되었다.

유로 6은 유로 엔진 5b와 동일한 PN(입자상 물질-개수기준) 한계를 요구하였고 또한 디젤 차량에 대한 동일한 PN 배출 제한이 가솔린 차량에도 적용되었다.

유로 5와 유로 6의 규제를 충족시키기 위해 디젤 연료 차량에 디젤 미립자 필터 (DPF) 기술이 적용되었다.

 

 

 

 

 

 

 

2-3.US

미국은 배기가스 배출량의 측정에 대하여 FTP Test Cycle을 사용하며 이러한 결과 값을 EPA와 CARB에서 규정한다. 미국의 배기가스 배출량 측정법에는 FTP 72 Test Mode와 FTP 75 Test Mode, SFTP(SupplementalFederalTestProcedure)가 있다.

 

⓵FTP 72 Test Mode

미국 로스앤젤레스(Los-Angeles)시의 아침 출근길, 혼잡한 교통상태에서 실제로 측정한 주행곡선으로써 과도기간(transientphase：0~505초)과 안정기간(stabilizedphase：506~1372초)으로 구성된다.(평균속도 31.67km/h, 최고속도 91.20km/h, 공운전 비율 17.9%)

FTP 72 Test Mode의 테스트 방법은 자동차를 20℃에서 30℃ 사이로 12시간 동안 방치해 두었다가 시동을 걸어 계속해서 테스트 모드에 따라 운전하는 방식이다.(도중에 기관을 정지시키지 않는다.) 시험이 진행되는 동안에 배기가스를 CVS-법에 따라 포집하고, 시험 후에 이를 분석하여 배기가스 중의 유해물질의 양을 계산한다. 유해물질의 양을 시험 중에 주행한 거리로 나누어 g/km 단위로 표시한다.

 

⓶FTP 75 Test Mode (승용차 및 소형 화물 자동차)

FTP 75 테스트 모드는 한 사이클을 운전한 다음에 짧은 휴식시간(10분)동안 기관을 정지시켰다가 다시 가동시키며 과도기간 사이의 주행곡선에 따라 기관을 다시 운전하는 방법이다.

따라서 FTP 75 테스트 모드는 냉간 과도기간(coldtransient：0~505초), 안정기간(stabilizedperiod：506~1372초), 정지기간(enginesoak：1372~1972초), 고온시험기간(hottransient：1972~2477초)으로 총 2,477초가 소요된다.(평균속도 34.10km/h, 최고속도 91.20km/h, 공운전비율 17.9%)

⓷SFTP(SupplementalFederalTestProcedure) → CO 규제

실제 운전상태와 측정된 수치의 차이점을 보완하기 위한 방법으로 차대동력계를 2-roll 형식에서 48인치 single-roll 형식으로 바꾸고, FTP-75모드 외에 새로이 2개의 single-bag 운전모드를 추가한 보완된 FTP-모드를 도입하였다.(*SFTP 모드에서는 CO 규제값만 적용)

 

※US06 운전 모드(US06 driving schedule):고속, 급 가/감속 운전모드로서, 기관이 충분히 가열된 상태에서 에어컨을 작동하지 않고 10분간 운전한다.

※SC03 운전 모드(SC03 driving schedule):자동차의 발진 직후의 전형적인 운전상태(예：기어 변속)를 나타내는 운전모드로서 표준시험모드에 에어컨 부하가 적용된다.

 

2-3.1)EPA(Environmental Protection Agency, 미국환경청)

EPA는 Tier라는 이름의 규정을 통해 배기가스 배출을 규제한다.

 

Tier 2규정은 2004년에서 2009년까지 적용되었으며 보다 엄격한 배기가스 배출 제한을 도입했으며 대형 차량에도 규제사항이 적용되었다. 또한 동일한 배출 기준이 모든 차량 중량 카테고리에 적용되므로 자동차, 미니 밴, 소형 트럭 및 SUV의 배출 제한이 동일한 특징을 가진다.

2-3.2)CARB(California Air Resources Board)

캘리포니아 배출 기준은 일반적으로 EPA에 의한 기준보다 엄격한 특징을 가지며 과도기 저 배출 차량 (TLEV), 저공해 자동차 (LEV), 초 저공해 자동차 (ULEV), 초고 저공해 자동차 (SULEV), 무 배출 차량 (ZEV)이라는 용어로 배출 범주를 사용하여 표현하였다. 2003 년 이후 Tier 1 및 TLEV 표준은 배출 카테고리에서 삭제되었다.