자동차 저공해기술 현황과 NGV 기술 전망

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자동차 저공해기술 현황과 NGV 기술 전망에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 서 론

2. CO2 규제와 초저연비자동차

3. CO2 규제동향

4. 연료별 CO2 배출수준

5. 미국의 Super Car Project

6. 유럽의 3L Car Program

7. 일본의 GDI 엔진 및 하이브리드자동차 기술

8. 디젤엔진과 PM 저감기술

9. NGV 기술 현황 및 전망

10. 결 론

본문내용

.
불꽃점화방식은 CNG만을 사용하는 전소방식으로 엔진 연소실까지 개조해야하기 때문에 자동차제작사에서 신차에 적용하고 있다. 디젤엔진에 점화플러그를 장착하고, 압축비를 낮추어 오토사이클로 연소시킨다.
미국의 CNG 자동차 보급전략을 보면 시내버스는 충전시설의 운용이 용이하기 때문에 전소방식을 사용하나 대륙을 횡단하는 화물트럭은 충전시설의 효율적인 사용이 어려워 혼소방식을 채용한다. 혼소방식에서는 파이롯트연료로 사용되는 디젤유의 사용율(현재 약 20% 사용)을 낮추는 것이 핵심기술이다.
CNG 자동차 배출가스 특성
CNG의 주성분인 메탄은 탄화수소계 연료 중에서 가장 안정된 연료로서 가솔린에 비해 CO와 HC의 배출량이 매우 적다. 그러나 THC중 메탄성분은 많이 배출되나 이것은 불활성 성분으로 대기를 오염시키지 않기 때문에 큰 문제가 되지 않는다. 오존발생에도 NMHC와 NOX의 두 성분이 중요하게 작용하기 때문에 THC에서 메탄성분을 제외한 NMHC을 규제대상으로 하고 있다.
표3 현대자동차 천연가스 승용차 배출가스
NMOG
CO
NOx
HCHO
ULEV 규제값(g/mile)
0.04
1.7
0.2
0.008
현대 NGV
0.012
0.20
0.08
0.0006
비고
MPI방식, 1.5리터 DOHC엔진, 50,000마일 fleet test 결과
표4 혼다 CIVIX GX Clean Air Vehicle (Concept Car) 결과(1998)
배출가스 (g/km)
CO
NMOG
NOx
미국 ULEV 기준
1.7g/mile
0.04g/mile
0.2g/mile
US LA-4 Mode 결과
0.114
0.0015
0.018
일본 10-15 모드기준
2.1g/km
0.25g/km(HC)
0.25g/km
10-15 모드 결과
0.001
0.002
0.022
비 고
배기량 1600cc, 압축비 12.5(가솔린 9.3), VTEC-E 시스템채용, 삼원촉매후처리 방식
최대출력 84.6kW/6500rpm, 최대토크 134Nm/5500rpm,
1회충전 주행거리 330km 이상, CO2 23% 저감
표5 CNG 엔진 배출가스 저감효과(디젤)
US heavy-duty transient test procedure
배출가스 (g/bhp-hr)
CO
HC
NOx
PM
1996 California urban bus standard
15.5
1.30
4.0
0.05
CNG엔진 (시내버스)
6-8
4-6
2.5-3.5
0.03-0.06
산화촉매 이후
0.3-0.9
0.6-0.9
2.5-3.5
0.03-0.05
비 고
Cummins L10 lean-burn engine. 6-cylinders, 10-liter
CNG 승용차 배출가스 수준을 보면 현대자동차에서는 미국 ULEV를 만족하는 CNG 승용차를 이미 개발하였으며, 최근 일본 혼다의 CNG 승용차인 CIVIC GX에서는 ULEV의 1/10수준까지 가능한 것을 보여주고 있다.
CNG 디젤차량의 예에서도 산화촉매를 사용하면 캘리포니아 96년 버스규제를 만족할 수 있는 수준임을 알 수 있다.
LNG(액화천연가스) 자동차
지금까지는 LNG 단열용기 개발, LNG 충전기술이 미진하여 LNG 연료를 직접 사용하는 엔진개발 연구가 부진하였으나, 최근 들어 이 부분에 많은 진전이 있어 실용화 단계에 접어들고 있다. 미국과 유럽, 일본 등에서는 시험 운행이 활발하며 미국에만 약 700대 이상의 차량이 시험운행 중에 있다.
LNG 자동차는 연료를 액체상태로 저장하기 때문에 CNG 자동차에 비해 주행거리가 길다. 또한 우리나라와 같이 LNG 상태로 수입하는 경우는 이를 직접 사용할 수 있어, LNG를 기화하여 배관을 통하여 공급한 후 다시 압축하여 사용하는 CNG에 비해 압축기를 구동하여야 하는 에너지가 절감되며 압축기 설치도 필요 없다.
그러나 LNG 단열용기에 전달되는 외부 열원에 의해 용기내의 LNG 성분 중 비점이 낮은 메탄성분이 먼저 증발하여 증발가스(BOG; Boiled off Gas)가 발생되며, 이 증발가스에 의한 용기내 압력 상승을 방지하기 위하여 증발가스를 엔진에 우선적으로 공급하거나 대기 중으로 방출하여야 한다. 따라서 시간이 경과할수록 용기 내에는 메탄성분이 감소하고 고비점의 연료성분이 농축되는 weathering 현상이 발생한다.
예를 들면 연료 증발율이 하루 3% 정도일 경우 충전 후 20일 경과시 연료의 메탄 성분은 100%에서 70%로 감소한다. 이에 따라 연료의 발열량은 최대 37%감소하고 옥탄가도 24% 정도 낮아진다. 이것은 엔진의 정밀한 연료공급을 위하여 어려운 기술적 장애요인으로 작용하고 있다.
현재 LNG를 기화시켜 믹서나 또는 인젝터를 사용하여 흡기관에 공급하는 방식과, 기화된 가스를 고압으로 가압하여 연소실내에 직접 분사하는 방식이 개발되고 있으며, 전자의 기술은 현재 실용화 단계에 있으나 후자의 직접분사식은 연구단계이다.
10. 결 론
2000년대 초기부터 시작될 것으로 예상되는 자동차 CO2 배출가스규제는 자동차 시장과 기술에 커다란 변화를 가져올 것이다. 가장 주목하여야 할 내용은 직접분사식(DI) 디젤엔진을 탑재하는 승용차가 증가하여 디젤자동차가 가솔린자동차 시장을 잠식할 것이라는 예측과, 여기에 대응하여 가솔린엔진도 기존의 흡기포트 연료공급방식(PFI)에서 연소실에 직접 연료를 공급하는 GDI 엔진이 사용될 것이다.
그러나 이런 예측이 실현되기 위해서는 디젤엔진에서는 PM 저감대책이 마련되어야하고, GDI 엔진에서도 추가적인 저연비 기술과 저배기 기술의 보완이 필수적이다.
또한 매장량이 풍부하고 청정연료인 천연가스 사용차량은 점진적으로 증가할 것으로 예상되며, 초기에는 공해가 집중적으로 문제가 되는 대도시의 시내버스 등에 우선적으로 사용이 전망된다. 또한 ULEV 규제 등에서 요구하는 저공해자동차 사용을 위하여 자동차회사들이 CNG 승용차를 개발하고 있다.
NGV의 본격적인 보급을 위해서는 아직은 상당기간의 기술개발과 주변 여건조성이 필요하며, 아울러 현재 자동차시장의 주종인 가솔린과 디젤자동차의 변화와 전기자동차나 하이브리드자동차 등과 같은 타 저공해기술에도 끊임없는 관찰과 관심을 가져야 할 것이다.

키워드

초저연비자동차,   저공해기술,   NGV,   하이브리드자동차