차량 배기가스 제어

Vehicle emissions control

차량 배기가스 제어는 자동차, 특히 내연기관에서 발생하는 배기가스를 줄이는 연구입니다.

배출물의 종류

많은 대기 오염 물질의 배출은 공중 보건과 자연 환경에 다양한 부정적인 영향을 미치는 것으로 나타났습니다.우려되는 주요 오염물질은 다음과 같습니다.

  • 탄화수소(HC) – 연소되거나 부분적으로 연소된 연료로, 탄화수소는 독소입니다.탄화수소는 스모그의 주요 원인이며 도시 지역에서 큰 문제가 될 수 있습니다.탄화수소에 장기간 노출되는 것은 천식, 간질환, 폐질환, 그리고 암의 원인이 됩니다.탄화수소를 규제하는 규정은 엔진의 종류와 관할 구역에 따라 다릅니다. 어떤 경우에는 "비메탄 탄화수소"가 규제되고, 다른 경우에는 "총 탄화수소"가 규제됩니다.(비메탄 탄화수소 표준을 충족하기 위한) 하나의 적용에 대한 기술은 총 탄화수소 표준을 충족해야 하는 적용에 사용하기에 적합하지 않을 수 있습니다.메탄은 직접적인 독성은 없지만 연료 환기구 라인에서 분해되기가 더 어렵고, 숯 캐니스터는 연료 증기를 모아 담고 연료 탱크로 다시 보내거나 엔진 시동 및 예열 후 엔진에서 연소될 공기 흡입구로 보냅니다.
  • 휘발성 유기 화합물(VOCs) – 일반적으로 끓는점이 250℃ 이하인 유기 화합물(예: 클로로플루오로카본(CFCs) 및 포름알데히드).
  • 일산화탄소(CO) – 흡입된 일산화탄소는 혈액의 산소 운반 능력을 저하시킵니다. 과다 노출(일산화탄소 중독)은 치명적일 수 있습니다. (일산화탄소는 적혈구의 산소 운반 화학물질인 헤모글로빈에 지속적으로 결합하고, 여기서 산소(O2)는 일시적으로 결합합니다.CO의 결합은 O를2 배제하고 헤모글로빈이 이미 결합된 산소를 방출하는 능력을 감소시켜 적혈구를 무력하게 만듭니다.회복은 결합된 CO가 천천히 방출되고 신체가 새로운 헤모글로빈을 생성함으로써 이루어집니다. 따라서 중간 정도에서 심각한 CO 중독으로 완전히 회복되는 데는 몇 시간 또는 며칠이 걸립니다.CO에 중독된 대기에서 신선한 공기로 사람을 제거하면 부상을 멈추지만 질식할 정도의 대기에서 사람을 제거하는 경우와 달리 신속한 회복을 가져오지 못합니다.요일별로 지연되는 독성 영향도 일반적입니다.)
  • 질소산화물(NOx) – 공기 중 질소가 엔진 내부의 고온 및 압력에서 산소와 반응할 때 발생합니다.NO는x 스모그와 산성비의 전조입니다.NO는x NO를 포함하고 NO는22 매우 반응적입니다.[1]엔진이 가장 효율적인(즉, 가장 뜨거운) 작동 지점에서 작동할 때 NOx 생산이 증가하지 않기 때문에 효율성과x NO 배출 제어 사이에 자연스러운 상충 관계가 발생하는 경향이 있습니다.에멀젼 연료를 사용함으로써 그것은 대폭 감소될 것으로 예상됩니다.[2]
  • 입자상 물질 – 마이크로미터 크기 범위의 입자로 구성된 그을음 또는 연기: 입자상 물질은 호흡기 질환 및 암을 포함하여 건강에 부정적인 영향을 미칩니다.아주 미세한 입자성 물질이 심혈관 질환과 연관되어 있습니다.
  • 황산화물(SOx) – 황이 포함된 연료를 연소하는 자동차에서 배출되는 황산화물을 일반적으로 일컫습니다.연료 유황의 양을 줄이면 테일파이프에서 배출되는 유황 산화물의 양이 줄어듭니다.

역사

1950년대와 1960년대에 걸쳐, 미국의 여러 연방정부, 주정부, 지방정부들은 대기오염의 다양한 원인에 대한 연구를 수행했습니다.이 연구들은 궁극적으로 대기 오염의 상당 부분을 자동차 탓으로 돌렸고, 대기 오염이 지역의 정치적 경계에 구애받지 않는다는 결론을 내렸습니다.당시 미국에 존재하는 이런 최소한의 배출가스 규제는 지방자치단체 차원에서, 때로는 주 차원에서 공포됐습니다.비효과적인 지방 규제는 점차 더 포괄적인 주 및 연방 규제로 대체되었습니다.1967년까지 캘리포니아 주는 캘리포니아 항공 자원 위원회를 만들었고, 1970년에는 연방 미국 환경 보호국(EPA)이 설립되었습니다.다른 국가 기관뿐만 아니라 두 기관 모두 현재 미국에서 자동차 배출 규제를 만들고 시행하고 있습니다.캐나다, 서유럽, 호주, 일본 등에서도 유사한 제도와 규정이 동시에 개발되어 시행되고 있습니다.

PCV(positive crankcase ventilation) 시스템은 자동차 오염을 통제하기 위한 최초의 노력이었습니다.이는 광화학 스모그의 전조 물질인 연소되지 않은 탄화수소를 함유한 크랭크케이스 매연을 엔진의 흡기 통로로 끌어들여 크랭크케이스에서 연소되지 않은 상태로 대기로 배출하는 것이 아니라 연소시킵니다.포지티브 크랭크케이스 환기 장치는 캘리포니아에서 처음 판매된 1961년형 신형 자동차에 법적으로 광범위하게 설치되었습니다.그 다음해 뉴욕은 그것을 요구했습니다.1964년까지 미국에서 판매된 대부분의 신차들은 그렇게 장착되어 있었고, PCV는 빠르게 전세계 모든 차량의 표준 장비가 되었습니다.[3]

캘리포니아 주에서 판매되는 자동차에 대해 1966년 연식에 대해 최초로 제정된 배기(테일파이프) 배출 기준이 캘리포니아 주에 의해 공포되었으며, 1968년 연식에는 미국 전체가 그 뒤를 이었습니다.1966년에 캘리포니아 주에서 배기관 배출량을 PPM(ppm당 부품 수) 단위로 측정하는 첫 번째 배출 테스트 주기가 제정되었습니다.이 표준은 EPA의 규정에 따라 해마다 점진적으로 강화되었습니다.

1974년에 이르러 미국의 배기가스 배출 기준은 더욱 엄격해져 이를 충족시키기 위해 사용된 디튜닝 기술은 엔진 효율을 심각하게 감소시켜 연료 사용량을 증가시켰습니다.1975년식의 새로운 배출 기준과 연료 사용량의 증가는 배기 가스의 후처리를 위한 촉매 변환기의 발명을 강요했습니다.기존 납 가솔린의 경우에는 납 잔류물이 백금 촉매를 오염시켰기 때문에 이 작업을 수행할 수 없었습니다.1972년, General Motors는 미국 석유 연구소에 1975년 이후 연식 자동차의 납 연료 제거를 제안했습니다.[citation needed]무연 연료의 생산과 보급은 큰 과제였지만 1975년식 자동차에 맞춰 성공적으로 완성되었습니다.모든 현대차에는 촉매변환기가 장착되어 있으며, 납 연료는 대부분의 제1세계 국가에서 주유소에서 더 이상 판매되지 않습니다.일부 공급업체에서 소량의 납 경주용 연료를 구입할 수 있지만 오프로드용으로만 사용할 수 있습니다.

미국에서 1981년 연식이 있기 전까지 승용차 제조업체들은 1977년 개정에 따라 청정 공기법(미국)의 훨씬 더 제한적인 요구 사항을 충족하는 방법인 새로운 배출 규제를 충족하는 역사에서 난관에 봉착했습니다.예를 들어, General Motors는 이 과제를 해결하기 위해 미시간주 Flint의 AC Spark Plug Engineering Building에 처음 위치한 "ECS(Emissions Control Systems Project Center)"를 새로 만들었습니다.그 목적은 "1981년까지 계획된 관련 전자제어, 연료계량, 스파크제어, 공회전속도제어, EGR 등을 포함하여 탄산가스와 연료가 주입된 폐루프 삼원촉매 시스템의 설계 및 개발에 대한 전반적인 책임을 지도록" 하는 것이었습니다.[4][5][6]

규제기관

배기가스 배출기준을 시행하는 기관은 같은 나라라도 관할 지역마다 다릅니다.예를 들어, 미국에서는 전반적인 책임이 EPA에 속하지만, 캘리포니아 주의 특별한 요구사항으로 인해 캘리포니아 주의 배출물은 항공 자원 위원회에 의해 규제됩니다.텍사스의 경우, 텍사스 철도 위원회는 LPG 연료를 사용하는 리치 연소 엔진(휘발유 연료를 사용하는 리치 연소 엔진은 제외)의 배출을 규제할 책임이 있습니다.

북아메리카

일본

유럽

유럽연합은 유럽연합 회원국들의 배출 규제에 대한 통제권을 가지고 있지만, 많은 회원국들은 각자의 국가에서 이러한 규제를 시행하고 시행하는 정부 기관을 가지고 있습니다.간단히 말해서, EU는 (유럽 배출 기준과 같은 제한을 설정함으로써) 정책을 형성하고 회원국들은 자국에서 이를 가장 잘 이행할 수 있는 방법을 결정합니다.

영국

영국에서는 환경정책에 관한 사항을 "위임된 권한"으로 규정하여 일부 구성국들이 환경문제를 다루기 위해 설치된 자체 정부기구를 통해 별도로 환경정책을 처리합니다.

그러나 영국 전역의 많은 정책들은 환경, 식량 및 농촌 문제부(DEFRA)에 의해 처리되고 있으며 여전히 EU의 규제를 받고 있습니다.

북아일랜드에서 12년 동안 디젤 자동차에 대한 배출가스 검사는 법적으로 의무화되어 있음에도 불구하고 시행되지 않았습니다.[8]

중국

  • 생태환경부 – 환경보호를 담당하는 주요 규제기관으로 차량배출가스, 환경영향평가 등을 포함하는 정책, 표준, 규제를 수립합니다.[9]
  • 산업정보기술부 – 신에너지 자동차(NEV) 및 상용차의 목표를 수립하고 수립합니다.또한 자동차의 국가 배기가스 기준을 만드는 역할도 합니다.[10]
  • 국가시장규제관리국 – 중국의 시장감독과 표준화를 담당합니다.국가시장규제국은 차량 배출가스 기준의 시행을 감독하고 검사, 테스트 및 품질 관리 조치를 수행하여 준수를 보장합니다.[11]
  • 국가발전개혁위원회 - 중국의 거시경제 계획 및 에너지 관련 정책 수립을 담당합니다.국가발전개혁위원회는 연비기준, 대체연료 추진, 차량 배출가스 저감을 위한 에너지 절감방안 시행 등의 역할을 수행하고 있습니다.[12]
  • 중국자동차기술연구센터 - 자동차의 연료소비제한기준을 연구, 개발, 입안하기 위하여 공업정보화부로부터 위탁을 받은 독립된 연구기관.[13]
  • 중화인민공화국 교통부 - 교통부가 이러한 기준을 시행할 수 있는지에 대한 법적 권한을 가지고 있는지 여부는 불분명하지만, 교통부는 그들이 설정한 연료 소비 요건을 충족하지 못하는 어떤 무거운 차량에도 상업용 면허를 발급하지 않을 것입니다.[13]
  • 주정부 및 시정촌 환경보호국 - 주정부 및 시정촌 차원에서 차량 배출과 관련된 규정을 시행할 책임이 있습니다.이들 부서는 규정 준수 여부를 감시하고, 검사를 실시하며, 규정 미준수 시 과태료를 부과합니다.

배기가스 제어장치 설계

시스템 설계자들은 비용 및 공급 문제로 인해 최소량의 촉매 물질(백금 및/또는 팔라듐)을 사용하여 배출 요건을 충족시키는 것이 매우 중요했습니다.General Motors "Emissions Control Systems Project Center"는 "이전 (GM) Project Centers에서 수립한 운영 계획을 따른다"는 것이었습니다."배출가스 관리 시스템 프로젝트 센터"(이하)에 고유한 항목:

  • 설계자 없음 - 모든 설계 작업은 가정 부서에서 수행해야 합니다.
  • 공식적인 타이밍 차트, 구성 요소 비용, 할당 등을 제공하는 계획 활동.

("배출가스 제어 시스템 프로젝트 센터")는 기존의 모든 연방 배출가스 및 연비 법규를 통과한 배출가스 시스템을 생산에 투입하는 등 7가지 작업을 수행해야 했습니다.

차량 부서와 협력하여 다음 작업을 수행합니다.

  1. 하드웨어 및 시스템 요구사항을 정의합니다.
  2. 필요한 모든 하드웨어에 대한 설계 사양을 개발합니다.
  3. 대체 설계 및 시스템을 검토합니다.
  4. 관련된 모든 요구에 가장 적합한 시스템을 테스트하고 검증할 수 있도록 준비합니다.
  5. 구성요소 설계 및 릴리스를 모니터링합니다.
  6. 분임 인증 작업의 진행 상황을 따릅니다.
  7. 경영진 및 부서에 진행상황을 통보합니다.

시스템 구현은 3년에 걸쳐 단계적으로 진행될 예정이었습니다.1979년 모델에.2.5, 2.8, 3.5리터 엔진을 장착한 캘리포니아 차량에는 CLCC 시스템이 적용됩니다.1980년식에는 캘리포니아에서 판매되는 차량과 연방에서 판매되는 3.8리터와 4.3리터 엔진에 CLCC가 장착될 것이며, 마침내 1981년식에는 모든 승용차에 시스템이 장착될 것입니다.캘리포니아 경 및 중형 트럭도 c-4 시스템을 사용할 수 있습니다.1979년 시스템과 1980년 시스템이 매우 유사한 반면 1981년 시스템(2세대)은 추가적인 엔진 제어 시스템(즉, 전자 스파크 타이밍, 공회전 속도 제어 등)을 포함할 수 있다는 점에서 차이가 있을 것입니다.

개발 중인 배출가스 제어 시스템은 C-4로 지정되었습니다.이것은 컴퓨터 제어식 촉매 변환기를 의미합니다.C-4 시스템은 CLCC(Closed Loop Carbureator Control)와 TBI(Throttle Body Injection) 시스템을 포함합니다."[4][5][6]

배기가스 제어

엔진 설계 개선, 보다 정밀한 점화 타이밍 및 전자 점화, 보다 정밀한 연료 계량 및 전산 엔진 관리로 엔진 효율이 꾸준히 향상되었습니다.

엔진 및 차량 기술의 발전은 엔진에서 배출되는 배기 가스의 독성을 지속적으로 감소시키지만, 이러한 것들만으로는 일반적으로 배출 목표를 달성하기에 충분하지 않은 것으로 입증되었습니다.따라서 배기가스를 해독하는 기술은 배기가스 제어에 필수적인 부분입니다.

공기주입

주요 기사:2차 공기분사

최초로 개발된 배기가스 배출 제어 시스템 중 하나는 2차 공기 주입입니다.원래 이 시스템은 엔진의 배기 포트에 공기를 주입하여 배기 가스에서 연소되지 않고 부분적으로 연소된 탄화수소를 공급하는 데 사용되었습니다.이제 공기 분사는 촉매변환기의 산화 반응을 지원하고 엔진이 냉간에서 시동될 때 배기 가스를 줄이기 위해 사용됩니다.냉간 시동 후 엔진은 작동 온도에서 필요한 것보다 더 풍부한 공연 혼합물을 필요로 하며 촉매변환기는 자체 작동 온도에 도달할 때까지 효율적으로 작동하지 않습니다.컨버터의 상류에서 분사되는 공기는 배기 헤드파이프에서 연소를 지원하므로 촉매 워밍업 속도가 빨라지고 테일파이프에서 배출되는 미연소 탄화수소의 양이 줄어듭니다.

배기 가스 재순환

주요 기사:배기 가스 재순환

미국과 캐나다에서는 1973년의 많은 엔진과 새로운 차량(1972년 이후 캘리포니아)에 특정한 작동 조건 하에서 계량된 양의 배기량을 흡기 트랙으로 전달하는 시스템을 갖추고 있습니다.배기 장치는 연소하지도 않고 연소를 지원하지도 않으므로 공기/연료 전하를 희석하여 연소실 최고 온도를 낮춥니다.이는 결국 NO의x 형성을 감소시킵니다.

촉매변환기

주요 기사: 촉매변환기

촉매변환기는 배기 파이프에 장착된 장치로, 백금, 팔라듐 및 로듐의 조합을 촉매로 사용하여 탄화수소, 일산화탄소 및 NO를x 덜 유해한 가스로 변환합니다.[14]

촉매변환기에는 양방향 및 3방향 변환기의 두 가지 유형이 있습니다.대부분의 자동차 엔진에서 3방향 컨버터가 대체되었던 1980년대까지는 양방향 컨버터가 일반적이었습니다.자세한 내용은 촉매변환기 문서를 참조하십시오.

증발 가스 컨트롤

"EVAP"은 여기로 리디렉션됩니다.이 용어는 증발(Evaporation)을 지칭할 수도 있습니다.
참고 항목:선내 급유 증기 회수
푸조 205용 연료 증기 저장 캐니스터

증발 가스는 가솔린 증기가 차량의 연료 시스템에서 빠져나가는 결과입니다.1971년부터 모든 미국 차량은 대기로 직접 환기하지 않는 완전 밀폐형 연료 시스템을 갖추고 있었습니다. 이러한 유형의 시스템에 대한 의무 사항은 다른 지역에서도 동시에 나타났습니다.일반적인 시스템에서는 연료 탱크와 카뷰레터 보울 벤트(카뷰레터 차량의 경우)에서 나오는 증기가 활성탄이 들어 있는 캐니스터로 도관됩니다.증기는 캐니스터 내에 흡착되며, 특정 엔진 작동 모드에서는 캐니스터를 통해 신선한 공기가 유입되어 증기를 엔진 내부로 끌어당겨 연소시킵니다.

원격감지 방출시험

미국의 일부 주에서도 차량이 공공도로를 통과할 때 적외선과 자외선을 이용해 배출가스를 감지하는 기술을 사용하고 있어 소유자가 테스트 센터에 갈 필요가 없습니다.배기 가스의 보이지 않는 플래시 감지는 대도시 지역에서 일반적으로 사용되며,[15] 유럽에서 더 널리 알려지게 됩니다.[16]

배출가스 시험자료의 활용

개별 차량의 배출 테스트 결과는 많은 경우 다양한 종류의 차량의 배출 성능, 테스트 프로그램의 효과 및 기타 배출 관련 각종 규제(연료 제형 변경 등)를 평가하고 공중 보건 및 환경에 미치는 자동차 배출의 영향을 모델링하기 위해 집계됩니다.

대체 연료 차량

주요 기사:대체 연료 차량

청정 차량 추진력을 활용하면 배기 가스 배출을 줄일 수 있습니다.가장 인기 있는 모드는 하이브리드 자동차와 전기 자동차입니다.2020년 12월 기준으로 중국은 450만 대로 세계 최대의 고속도로 합법 플러그인 전기승용차 보유대수를 기록하고 있으며, 이는 플러그인차 보유대수의 42%에 해당합니다.[17][18]

참고 항목

참고문헌

  1. ^ "EPA note on NO2 and health". Archived from the original on 2015-09-30. Retrieved 2015-09-21.
  2. ^ Jhalani, Amit; Sharma, Dilip; Soni, Shyamlal (2021). "Feasibility assessment of a newly prepared cow-urine emulsified diesel fuel for CI engine application". Fuel. 288: 119713. doi:10.1016/j.fuel.2020.119713. S2CID 229400709.
  3. ^ Rosen (Ed.), Erwin M. (1975). The Peterson automotive troubleshooting & repair manual. Grosset & Dunlap, Inc. ISBN 978-0-448-11946-5.
  4. ^ a b "(untitled)". GM Today. Vol. 6, no. 8. General Motors. September 1980.
  5. ^ a b Cox, Ronald W. (2018). Wheels Within Wheels. Kindle Direct Publishing. pp. 29–30. ISBN 978-1987537116.
  6. ^ a b Cox, Ronald W. (Dec 2020). Delco Electronics. Kindle Direct Publishing. pp. 111–127. ISBN 9798575886945.
  7. ^ Hiroshi Morimoto (November 2019). "Overview of MLIT's Vehicle Environmental Policy" (PDF). International Council on Clean Transportation. Retrieved 4 December 2021.
  8. ^ "MOT diesel test not performed in NI for 12 years". BBC Northern Ireland News. 26 September 2018. Archived from the original on 25 September 2018. Retrieved 26 September 2018.
  9. ^ "中华人民共和国生态环境部". www.mee.gov.cn. Retrieved 2023-06-02.
  10. ^ 严茂强. "Stricter emission standard to kick in". www.chinadaily.com.cn. Retrieved 2023-06-02.
  11. ^ "国家市场监督管理总局". www.samr.gov.cn. Retrieved 2023-06-02.
  12. ^ "National Development and Reform Commission (NDRC) People's Republic of China". en.ndrc.gov.cn. Retrieved 2023-06-02.
  13. ^ a b "China: Heavy-duty: Fuel Consumption Transport Policy". www.transportpolicy.net. Retrieved 2023-06-02.
  14. ^ Lathia, Rutvik; Dadhaniya, Sujal (2019-01-20). "Policy norms and proposed ways to achieve goals of Indian vehicle emission program". Journal of Cleaner Production. 208: 1339–1346. doi:10.1016/j.jclepro.2018.10.202. ISSN 0959-6526. S2CID 158500168. Archived from the original on 2021-10-06. Retrieved 2020-05-06.
  15. ^ "Infrared Remote Sensing Of On-Road Motor Vehicle Emissions In Washington State" (PDF). Archived (PDF) from the original on 2010-12-31. Retrieved 2009-03-23. (239KB)
  16. ^ "Abgasmessungen RSD (Measuring pollutants by Remote Sensing in Zurich/Switzerland) by the Kanton's Office for Environmental Protection "awel" by means of equipment provided by Opus Inspection / etest". www.awel.zh.ch. Archived from the original on 2016-03-04. Retrieved 2016-02-23.
  17. ^ International Energy Agency (IEA), Clean Energy Ministerial, and Electric Vehicles Initiative (EVI) (June 2020). "Global EV Outlook 2020: Enterign the decade of electric drive?". IEA Publications. Retrieved 2021-01-10.{{cite web}}: CS1 유지 : 여러 이름 : 저자 목록 (링크) 통계부록, 페이지 247-252 참조 (표 A.1 및 A.12 참조).
  18. ^ China Association of Automobile Manufacturers (CAAM) (2021-01-14). "Sales of New Energy Vehicles in December 2020". CAAM. Retrieved 2021-02-08. 2020년 중국 내 NEV 판매량은 총 163만 7천 대로 승용차 124만 6천 대, 상용차 12만 1천 대입니다.

외부 링크