PEMS를 이용한 소형 경유차의 실주행 NO_x 배출특성 평가

2. 1 평가대상 자동차

본 연구에서는 소형 경유차 9대와 휘발유차 2대에 대해 PEMS를 이용하여 실도로 배출가스를 평가였다. 표 1에 실도로 배출가스 평가 대상 자동차의 제원을 나타내었다. 경유차 중 5대는 EURO-5, 4대는 EURO-6 차량으로 선정하였고, 휘발유차 2대는 ULEV (Ultra Low Emission Vehicle) 배출허용기준이 적용된 차량을 선정하였다.

Table 1.

Main specifications of test vehicles with PEMS.

국내 소형차의 배출가스 규제에 대해 휘발유차는 미국 캘리포니아, 경유차는 EU의 기준과 시험방법을 도입해 왔다. 국내 경유차 배출허용기준은 유럽과 동일한 시점에서 동등한 기준을 적용 중인데, EURO-5는 2009년 9월 1일 이후 인증 차량부터 도입되어 2011년 1월 1일 이후 출고된 모든 차량에 적용되었고, EURO-6 기준은 2014년 9월 1일 이후 인증 차량을 시작으로 2015년 9월 1일 이후 출고되는 전차종에 적용되고 있다. 국내 EURO-5 소형 경유차는 대체로 SUV 차종이 주를 이루었으나, 유럽산 수입차를 중심으로 경유 승용차가 판매되었고, EURO-6부터 국내 제작사도 경유 승용차를 우선 출시하고 있다. 본 연구의 시험 차종 선정시 EURO-6 경유차는 2015년 2월까지 출시된 차량을 대상으로 하였고, 경유 승용차들이 우선 인증이 이루어지고 있어 이를 시험 대상으로 선정하였다. 휘발유차는 2006년부터 미국 캘리포니아의 ULEV 기준이 적용되고 있는데 NO_x 배출허용기준은 0.044 g/km로서 인증 시험 모드의 차이로 인해 절대적인 비교는 어렵지만, 경유차 EURO-6 기준인 0.08 g/km보다 수치상으로는 강화되어있다. 본 연구의 주요목표는 경유차의 실도로 NO_x 배출 특성을 분석하는 것이며, 비교 대상으로 휘발유 승용차 2대를 선정하여 평가하였다.

경유차와 휘발유차에 서로 다른 국가의 배출 규제를 도입함에 따라 인증시험 방법도 다르게 적용되고 있다. 경유차는 유럽에서 적용중인 NEDC 모드, 휘발유차는 미국의 FTP-75 (Federal Test Procedure) 모드를 각각 적용한다. 각 모드의 평균차속은 NEDC 33.6 km/h, FTP-75 34.1 km/h로 유사하지만, 평균 가속도는 NEDC 모드가 0.116 m/s²으로 FTP-75 모드의 0.184 m/s²보다는 낮은 수준이다. NEDC의 경우 모드 주행시에 가속 구간에서 일정한 가속도를 유지하는데 반해 FTP-75는 실제 도로 상에서 나타날 수 있는 동적인 운행 특성이 반영되어있다.

경유차의 NO_x 저감 기술로 EURO-5는 EGR (Exhaust Gas Recirculation) 장치가 주로 적용된다. EGR은 배기가스 중의 일부를 연소실로 재유입하여 연소실 온도를 낮춤으로써 NO_x를 저감시킨다. EURO-6 경유차는 EGR 장치에 추가하여 후처리장치가 장착되는데, LNT (Lean NO_x Trap) 또는 SCR (Selective Catalytic Reduction) 기술이 적용되고 있다. LNT는 경유차의 일반 주행 조건인 연료 희박 상태에서 NO_x를 흡장하여 저장하고, 촉매의 NO_x 저장 한계에 도달하면 일시적으로 추가 연료를 분사하여 이론 공연비 상태로 제어함으로써 촉매에 저장된 NO_x가 N₂와 O₂로 환원되어 배출된다. LNT의 흡장제로는 Ba, 환원제로는 Rd가 주로 적용된다. SCR은 배기가스 중에 요소수를 분사하여 촉매장치에서 NO_x를 선택적으로 환원하는 장치이다. 평가대상 자동차 중 E6-1와 E6-2는 LNT 기술이 적용되었고, E6-3와 E6-4은 SCR 장치가 적용되었다. 휘발유차는 삼원촉매 장치가 적용되었다.

2. 2 실도로 배출가스 측정 방법

평가 대상 소형차에 PEMS 장비를 탑재하여 실도로 배출가스를 측정하였다. PEMS는 차량에 직접 탑재할 수 있도록 소형화된 배출가스 분석 장치로서 배기가스 유량계, 샘플링장치, 배기가스 농도 분석기, 측정용 가스, 전원공급장치, 제어 및 데이터 분석 장치로 구성된다. 1초 단위로 측정된 배기가스 농도와 유량데이터를 이용하여 질량단위의 실시간 배출율 (g/s)을 산출할 수 있고, 주행거리는 GPS 또는 자동차의 전자제어장치에서 제공되는 차속 정보를 이용하여 계산할 수 있다. 실시간 배출율과 주행거리를 누적하여 소형차의 배출허용기준 관리 단위인 주행거리 당 배출량 (g/km)을 산출할 수 있다. 그림 1에는 PEMS 측정 시스템의 개략도를 나타내었다.

Fig. 1.

Schematic diagram of PEMS system.

PEMS는 대형차의 실주행 배출가스 관리제도에 먼저 적용되었다. 미국은 2007년 생산 대형차 (US EPA, 2005)부터, 유럽 (EC, 2011)은 2013년 인증 EURO-6 대형차부터 PEMS를 이용한 배출가스 사후관리 제도를 시행하였다. 국내는 2016년부터 대형차 결함확인검사를 시행할 예정으로서 PEMS 장비에 대한 신뢰성은 국제적으로 공인된 것으로 볼 수 있다. Park et al. (2013)은 차대동력계에서 PEMS와 인증 장비간의 상관성을 평가하였는데, 자동차 대기오염물질 규제 항목인 THC, CO, NO_x의 결정계수는 0.95 이상으로서 측정 장비간 상관성은 양호한 것으로 나타났다

본 연구에서 PEMS 장비는 Park et al. (2013, 2012)의 연구에서 상관성이 확인된 HORIBA사의 OBS-2000과 Sensors사의 Eco-star를 사용하였다. NO_x 측정시 OBS-2000은 화학발광법 (CLD)을 이용하고, Eco-star는 비분산자외선 (NDUV) 방법을 적용하는데 NO와 NO₂를 각각 측정하여 이를 합산하는 방식으로 NO_x를 산출한다. 두 가지 방법 모두 미국과 EU의 PEMS 측정 방법으로 승인되었다. 본 연구에서 적용한 PEMS 장비들은 대형차용으로 개발되었는데, 소형차에 탑재하기 위해서 차량 내부 좌석 제거와 유량계 탑재를 위한 배기관의 일부 개조가 필요하였다. PEMS 장비 탑재시 측정장비와 보조 실험자 동승으로 인해 차량 중량은 인증시험에 적용되는 중량 대비 약 100∼150 kg 정도 증가되었다. 장비 탑재 후의 차량 중량은 기술적인 허용 중량의 90% 미만 수준으로서 일반적인 주행 조건에서 나타날 수 있는 수준이고, 동 연구의 결론 도출에는 영향을 주지 않는 것으로 판단된다. 또한 이는 EC-JRC (2011)에서 수행한 PEMS 연구에서도 동일한 조건이었다. 유럽의 RDE-LDV 제도 도입이 확정되는 시점에서 중량과 탑재성이 개선된 소형차 전용 PEMS 장비가 출시될 것으로 예상되며, 소형차 분야에서도 더욱 활발히 실도로 배출가스 연구가 수행될 것으로 기대된다. 본 연구에서 적용한 PEMS 분석기의 선형성과 반복성은 측정범위의 ±1% 이내이고, 영점 및 스팬 드리프트는 측정범위의 ±2% 이내 수준이다. 이는 배출가스 인증시험용 장비와 유사한 수준이며, 실제 도로 주행 배출가스 측정의 정도 관리를 위해 시험 전후 영점 및 스팬의 드리프트가 기준 이내인지를 점검하였다.

2. 3 실도로 시험 주행경로 설정

자동차의 단위 주행 거리 당 배출량은 주행특성에 영향을 받는다 (Ericsson, 2001). 자동차의 배출가스에 영향을 주는 주요 주행 인자에는 차속, 가속도, 경사도, 외기온도, 보조부품의 가동 조건 등이 포함된다. 소형차의 실주행 배출가스 규제를 설정하기 위해서는 이러한 주행 인자들의 조건을 인증시험시에 어느 수준으로 반영할 것인지에 대해 검토가 필요하다. EU에서는 실주행 배출가스 규제에 대해 일반적인 조건에서의 주행 특성을 반영하는 방향으로 추진하고 있다. 즉, 실제 도로를 주행하되 차속, 가속도, 외기온도 등에 대한 경계조건을 설정하여 실제 도로 주행에서 빈도가 낮은 가혹한 운전 조건은 제외하는 것이다. EU에서 구체적인 시험조건과 주행경로와 관련된 규정은 2015년 중에 제정이 완료될 것으로 예상된다.

본 연구에서는 국내의 평균적인 주행 패턴을 반영할 수 있는 시험경로를 설정하기 위하여 Choi et al. (2012)이 수도권 지역에서 수행한 실도로 주행 패턴 연구 내용을 반영하였다. 인천과 서울의 도심, 교외, 전용도로 및 고속도로를 조합하여 표 2 및 그림 2와 같이 3가지의 예비 주행경로를 선정하였다. 시험차량 중 2대 (E5-1, G-1)에 대해 예비 경로를 주행하고 획득한 차속-가속도 분포를 Choi et al. (2012)의 연구에서 제시한 국내 평균 차속-가속도 분포와 비교하였다. 두 가지 차속-가속도 분포의 유사성을 통계적으로 평가하기 위하여 카이제곱 검정방법을 적용하였고, 카이제곱 값이 가장 작은 경로를 최종 시험 주행경로로 선정하여 다양한 차종에 대한 평가를 수행하였다.

Table 2.

Test routes for selecting a representative route.

Fig. 2.

Graphical map of test routes.

실도로 배출가스 시험시 일반적인 교통흐름에 따라 주행하였고, 히터와 에어컨 등 엔진 부하에 영향을 줄 수 있는 부가 장치는 가동되지 않는 조건인 외기온도 5~25°C의 시험 데이터를 분석하였다. 향후 실도로 배출가스 규제에서는 부가장치의 가동 조건을 포함하여 기준이 설정될 것으로 예상된다. 현행 배출가스 인증시험에서는 부가장치를 가동하지 않았는데, 본 연구는 주행인자 중 실도로와 인증조건의 차속-가속도 차이에 따른 영향을 분석하는 것에 초점을 맞추었다.

2. 4 실주행 배출가스 데이터 분석 방법

실제 도로 주행시험의 경우 동일한 경로를 주행하더라도 교통상황에 따라 주행특성은 달라진다. 따라서 실주행 배출가스 규제를 설정하기 위해서는 특정 경로에 대한 단순 평균값보다는 다양한 주행 조건을 반영할 수 있는 데이터 분석 방법이 요구된다. EC-JRC (2013)는 유럽의 대형차 PEMS 평가에 적용되는 이동평균구간분석방법 (Moving Averaging Window)을 변형하여 소형차에 적용하는 방법을 제시하였다. EC-JRC (2013)가 제시한 방법의 특징은 실도로 배출가스 데이터 분석에서 기준 CO₂ 배출량을 적용하여 배출가스 평균값을 계산하는 구간을 정의하는 것이다. 이 계산 구간에서 NO_x 등 대기오염물질의 단위 주행 거리당 배출량을 산정하고, 1초 단위로 이동 평균하는 방식이다. 평균구간 산정을 위한 기준 CO₂ 배출량은 인증시험 모드 주행시 배출되는 값으로 설정한다. 예를 들어 시험차량의 인증시험 모드 주행시 CO₂ 배출량을 A (g)이라 한다면, 도로 주행 시험시 최초 시작 시점에서 누적 CO₂ 배출량이 A (g)이 되는 시점까지를 최초의 계산구간으로 정의하고, NO_x 배출량을 g/km 단위로 산출한다. 이후 1초를 이동하여 1초 시점부터 누적 CO₂ 배출량이 A (g)이 되는 시점까지의 NO_x 평균값을 산출하고, 계속 1초씩 이동하면서 이동 평균값을 산출하는 방식이다.

본 연구에서는 경유차에서 문제가 되고 있는 실도로 NO_x 항목을 분석하였다. 국내 주행패턴과의 유사성 분석을 통해 선정된 주행경로에서 평균적인 NO_x 배출량과 도로 유형별 배출특성을 분석하였고, EU의 RDE-LDV 제도에 도입이 예상되는 이동평균구간분석 방법을 적용하여 그 특성에 대해 평가하였다. 이를 통해 국내 경유차의 실도로 NO_x 배출 문제를 확인하고, 이에 대한 제도적인 개선 방안으로서 유럽 제도의 국내 적용 가능성과 기대 효과를 검토하였다.

3. 1 주행경로 타당성 분석

실도로 시험 주행경로 선정을 위해 2대의 시험차량으로 3가지의 예비 주행경로에서의 시험결과를 분석하였다. Choi et al. (2012)이 제시한 수도권 평균 주행 패턴과 차속-가속도 분포 측면의 유사성 분석을 위해 카이제곱 검정을 수행하였고, 그 결과를 표 3에 나타내었다. 카이제곱 통계값의 크기가 작을수록 두 집단 간의 분포 특성은 유사하다는 것을 의미한다. 3가지 예비 주행 경로 중 Route C 주행시 수도권 주행 패턴과 가장 유사한 차속-가속도 분포 특성이 나타났다. 수도권 평균 주행패턴과 인증시험 모드간의 차속-가속도 분포에 대한 카이제곱 통계값이 FTP-75 모드 1.649, NEDC 모드 11.607인 점을 고려하면, Route C 주행 경로에서는 인증시험 모드 보다 국내의 실도로 주행 패턴에 더 가까운 차속-가속도 분포에서 배출가스를 평가할 수 있는 것으로 판단된다.

Table 3.

Chi square values for analysing similarity between test routes and averaged driving patterns in metropolitan area.

그림 3에는 Route C와 수도권 평균 주행 패턴과의 차속 분포 특성을 경유차 인증시험 모드인 NEDC와 함께 비교하여 나타내었다. Route C와 수도권 주행패턴 간의 차속 분포는 NEDC 분포보다 유사하지만, 차속 90 km/h 이상의 고속 주행 분포 비율이 다소 낮은 것을 볼 수 있다. Route C만을 주행 경로로 설정할 경우에는 고속도로 주행 특성이 배제될 수 있는 문제점이 있으므로, 폭넓은 주행 패턴을 반영하기 위해 방화대교와 인천공항고속도로 주행구간을 고속도로 경로로 추가하여 분석하였다. 그림 4에는 Route C와 고속도로 주행시의 차속-가속도 분포를 경유차 인증시험 모드인 NEDC 모드와 비교하여 나타내었다. 선정된 주행 경로는 실도로에서의 차속-가속도 분포를 폭넓게 반영할 수 있는 것으로 판단된다. 경유차의 인증시험모드로 적용되는 NEDC 모드의 차속은 120 km/h 까지 분포되지만, 가속도는 실도로 조건 만큼 변동성이 크지 않은 것을 볼 수 있다.

Fig. 3.

Vehicle speed distributions in Route C, metropolitan-averaged driving patterns and NEDC driving cycle.

Fig. 4.

Vehicle speed-acceleration distribution in Route C, Highway and NEDC driving cycle.

3. 2 실도로 배출가스 평균

그림 5에는 Route C와 고속도로 주행시의 실도로 NO_x 평균값을 나타내었다. 수도권의 평균 주행 패턴에 가장 가까운 운행조건에서 EURO-5 경유차의 NO_x 배출량은 0.24~1.724 g/km로 인증 기준인 0.18 g/km 대비 1.3~9.6배 높았고, 시험차량별로 배출량에 상당히 큰 차이가 있었다. EURO-5 5대의 실도로 NO_x 평균값은 0.731 g/km로서 인증기준의 약 4.1배 수준이었다. 고속도로 주행시의 실도로 NO_x 배출량은 Route C 주행 보다 더 높게 나타났으며, 평균 1.01 g/km로서 인증기준의 5.6배 수준이었다. EURO-6 경유차 4대의 실도로 NO_x 평균값은 Route C 주행시 0.16 g/km로서 EURO-5 경유차 대비해서는 78% 저감되었지만, 인증기준인 0.08 g/km보다는 여전히 2배 높았다. 고속도로 주행 조건에서는 0.125 g/km로서 EURO-5 경유차와 달리 Route C 주행보다 낮게 배출되었다. 휘발유차 2 대의 실도로 NO_x는 Route C와 고속도로에서 모두 인증기준인 0.044 g/km보다 낮게 배출되었고, 평균값은 각각 0.024 g/km, 0.016 g/km 수준이었다. Park et al. (2013), Lee et al. (2013)은 EURO-5 경유차의 경우 인증 모드 이외 조건에서 NO_x 배출량이 상당히 증가하는 것을 확인한 바 있다. EURO-6의 경우 LNT, SCR 등 엔진 후처리 기술이 추가적으로 적용됨에 따라 EURO-5보다는 NO_x 배출량이 상당히 감소된 것으로 판단된다. EURO-6 경유차 중 LNT 적용 차량의 실도로 NO_x는 각각 0.176 g/km, 0.224 g/km로 SCR 적용 차종의 0.1 g/km, 0.14 g/km보다 높게 배출되었다.

Fig. 5.

Averaged on-road NOx emissions of light-duty vehicles.

그림 6에는 도로 유형을 도심, 교외, 전용도로, 고속도로로 구분하였을 때 도로유형에 따른 평균차속별 NO_x 배출량을 분석하여 나타내었다. EURO-5 경유차는 차속이 높은 고속도로 운전 조건에서 NO_x 배출량이 1.068 g/km로 가장 높았고, 시험 차종에 따른 편차도 상당히 크게 나타났다. EURO-6 경유차는 도로 유형에 따른 NO_x 배출량이 EURO-5와 비교하여 69~90% 감소하였고, 특히 고속 운행 조건에서의 감소율이 높은 것으로 나타났다. EURO-6 경유차는 시험 차량에 따른 NO_x 편차도 상당히 줄어든 것을 볼 수 있다. 그러나 EURO-6 경유차의 실도로 NO_x 배출량은 동일한 도로 유형에서 휘발유차 배출량과 비교했을 때 5~25.8배로 여전히 높은 수준이다. 최근의 경유차 판매 비율이 증가하고, 승용차로 확대되는 상황임을 고려하면 경유차의 실도로 NO_x 배출량을 추가적으로 저감할 수 있는 대책이 필요한 것으로 판단된다.

Fig. 6.

Averaged on-road NOx emissions according to averaged vehicle speeds as road types.

그림 7에는 Route C 주행시 약 1100초 동안 측정된 NO_x 배출율을 시험차량의 적용 배출기준에 따라 나타내었다. EURO-5 경유차 (E5-1)는 실주행시 전체 구간에서 NO_x 배출율이 높은 것을 볼 수 있다. LNT 적용 EURO-6 경유차 (E6-1)는 EURO-5 경유차 대비 NO_x 배출율은 상당히 감소하였지만, 일시적으로 급격히 증가되는 구간이 나타난다. LNT 촉매는 일반적인 주행시에는 NO_x를 촉매에 포집하여 저장하지만, 촉매의 NO_x 저장 용량 한계에 도달할 경우에는 엔진제어장치가 연료 후분사를 통해 NO_x 환원 반응을 제어한다. 이러한 과정을 NO_x 재생 (regeneration)이라 하는데, 재생과정에서 촉매에 저장된 NO_x 중의 일부는 환원되지 못하고 그대로 배출되는 것으로 판단된다. SCR 적용 EURO-6 경유차 (E6-3)는 요소수 분사를 통해 NO_x 배출율이 안정적으로 제어되는 것을 볼 수 있다. 휘발유차 (G-1)는 차량 출발 초기에 NO_x 배출율이 일시적으로 높지만, 약 100초 경과 후에는 경유차 대비 매우 낮은 수준으로 배출되는 것을 확인할 수 있었다. 휘발유차의 경우 배출가스 후처리 기술의 특성상 삼원촉매와 공기연료비 제어를 위한 산소센서의 활성화에 소요되는 기간 동안에는 이론 공연비 제어가 어려우므로 NO_x 배출율이 높지만, 이후에는 안정적으로 공연비가 제어 되고, 촉매의 NO_x 저감 성능이 정상적으로 유지되는 것으로 판단된다.

Fig. 7.

Characteristics of on-road NOx emission rate in 1 Hz as test vehicles.

3. 3 이동평균구간 분석 방법 적용

그림 8에는 E6-3 차량에 대해 1회 주행시험을 실시하고 이동평균구간 분석 방법을 적용하였을 때 평균차속과 상대가속도의 분포를 실제 도로 주행시의 평균값과 비교하여 나타내었다. 실제 도로 주행시의 평균값은 Choi et al. (2012)의 연구 데이터를 분석하여 산출한 도로 유형별 평균값이다. 이동평균구간 분석시에 5484개의 평균구간이 생성되었는데, 각 평균구간에서의 평균차속은 20~100 km/h 범위에서 분포되며, 상대가속도는 실도로의 평균값과 유사한 수준에서 분포되었다. 고속주행 조건에서 상대가속도가 다소 높았지만, 실도로 주행시에 충분히 나타날 수 있는 수준으로 판단된다. 즉, 이동평균구간분석 방법을 적용할 경우 상당히 폭넓은 차속영역에서 국내 평균 수준의 가속도 특성을 반영하여 데이터를 분석할 수 있을 것으로 판단된다. EU는 실주행 배출가스 관리제도의 데이터 분석방법으로 이동평균구간분석 방법의 적용을 검토하고 있다. 인증시험의 특성상 최소의 시험회수로 다양한 주행 조건을 반영할 수 있는 데이터 분석 방법이 필요한데, 이동평균구간분석 방법은 이러한 요구 사항에 부합할 수 있는 것으로 판단된다. 주행 경로 선정에 따라 이동평균구간 분석에서 반영되는 차속-가속도 분포 특성은 달라질 수 있는데, 본 연구에서 선정한 주행 경로는 국내의 평균적인 주행 패턴을 잘 나타낼 수 있는 경로임을 재확인할 수 있었다.

Fig. 8.

Driving range covered by moving averaged window method in one test driving.

그림 9에는 시험차량 중 6대에 대해 이동평균구간 분석을 수행하여 NO_x 배출량 분포를 나타내었고, 그림 10에는 각 평균구간의 실도로 NO_x 값의 인증기준 대비 비율 (deviation ratio)을 나타내었다. 인증기준 대비 비율이 1보다 큰 것은 인증시험 모드로 설정된 배출허용기준보다 실도로 배출량이 더 높다는 의미이다. EURO-5 경유차의 실주행 NO_x 배출량은 그림 5와 같이 평균값이 인증기준의 4.1배 수준이었고, 이동평균구간 분석 방법에서 나타난 대부분의 운행 조건에서도 인증기준보다 높게 배출되었다. 이는 EURO-5에 적용된 NO_x 저감 장치인 EGR이 인증시험 모드의 한정된 운행조건에서 작동될 뿐 이외의 다양한 운전 영역에서는 NO_x 저감 성능이 상당히 떨어지기 때문인 것으로 판단된다. EURO-6 차량의 경우 적용 기술에 따라 실도로 NO_x 배출 특성에 다소 차이가 나타났다. LNT가 적용된 E6-1 차량의 경우 평균값은 EURO-5 차량보다 낮았지만, 상당히 많은 운전 조건에서 실도로 NO_x 배출량이 여전히 높은 수준이었다. E6-1은 전체 이동평균구간의 9.3%에서만 NO_x 배출량이 인증기준 (0.08 g/km)보다 낮으며, 69%의 이동평균구간에서는 인증기준의 2배를 초과하였다. SCR이 적용된 E6-3 차량은 49%의 이동평균구간에서 실도로 NO_x 배출량이 인증기준 보다 낮았고, 최대값은 1.9배 수준이었다. 이러한 차이는 그림 7에 나타난 바와 같이 적용 기술의 NO_x 저감 특성에서 기인하는 것으로 판단된다. LNT의 경우 NO_x를 포집한 후 재생과정에서 일시적으로 NO_x가 매우 높게 배출되는데, 운행조건에 따라 이러한 특성들이 다양한 경향으로 나타날 것으로 예상된다. SCR의 경우 요소수 분사를 통해 주행중에 안정적으로 NO_x를 저감시킬 수 있으므로, LNT보다는 상대적으로 실도로 NO_x 저감 특성이 높은 것으로 판단된다. 휘발유 차량의 경우 모든 이동평균구간에서 실도로 NO_x는 인증기준 (0.044 g/km)보다 낮았고, 최대값은 기준의 0.5배 이내 수준이었다.

Fig. 9.

Range of moving averaged on-road NOx emissions.

Fig. 10.

Cumulative fraction of moving averaged NOx emissions expressed as deviation ratio to emission limit.

EU는 실도로 배출가스시험 (RDE-LDV)의 최종결과 산정시 이동평균구간을 평균차속에 따라 45 km/h 미만, 45~80 km/h, 80 km/h 초과로 3단계로 구분하고, 각 구간에서의 가중계수를 각각 0.34, 0.33, 0.33으로 하는 방안을 제시하였다. 이는 도로유형별 배출특성을 구분하여 동등한 수준으로 반영하고자 하는 시도인 것으로 판단된다. 그림 11에는 이러한 방식을 적용하여 시험차량 6대의 실도로 NO_x 값을 산정하고, 인증시험 모드로 측정된 NO_x 값과 비교하여 나타내었다. 그림 11은 EU에서 추진중인 RDE-LDV 데이터 분석방법이 주행경로별 평균값과 이동평균구간 분석을 통해 나타난 경유차 실도로 NO_x 과다 배출 문제를 명확하게 재현할 수 있음을 보여준다. 즉 EURO-5 차량은 인증과 실도로 NO_x 배출량 간에 상당한 차이가 있고, EURO-6 차량에서는 이러한 차이들이 상당히 감소했지만, LNT 기술 적용 차량은 이러한 배출량 차이가 충분히 해소되지 않았다는 점을 보여준다. 또한 RDE-LDV 시험방법에 대한 기준을 합리적으로 설정함으로써 경유차의 인증과 실도로 NO_x 배출량 간의 차이를 줄일 수 있으며, 이를 통해 자동차 제작사들에게 실도로 NO_x 저감특성이 높은 SCR과 같은 기술을 선택하도록 유도할 수 있을 것으로 기대된다.

Fig. 11.

Comparison of NOx estimated with emission certification and RDE-LDV method.