차량 배기 가스 배출 제어

(배기가스 테스트에서 리디렉션됨)

차량배출량 조절은 자동차, 특히 내연기관에서 발생하는 배출량을 줄이는 연구다.

배출 유형

많은 대기오염물질의 배출은 공중보건과 자연환경에 다양한 부정적인 영향을 미치는 것으로 나타났다. 주요 오염물질인 배출물은 다음과 같다.

  • 탄화수소(HC) - 연소되거나 부분적으로 연소된 연료, 탄화수소는 독소다. 탄화수소가 스모그의 주범인데, 이는 도시 지역에서 큰 문제가 될 수 있다. 탄화수소에 장기간 노출되면 천식, 간질환, 폐질환, 암의 원인이 된다. 탄화수소를 관리하는 규정은 엔진 유형과 관할권에 따라 달라지는데, 어떤 경우에는 "비메탄 탄화수소"를 규제하는 반면, 다른 경우에는 "총 탄화수소"를 규제하는 경우도 있다. 한 가지 용도에 대한 기술(비메탄 탄화수소 표준 충족)은 총 탄화수소 표준을 충족해야 하는 용도에 적합하지 않을 수 있다. 메탄은 직접 독성은 없지만 연료 환기구 라인에서 분해하기가 더 어렵고 숯 캐니스터는 연료 증기를 수집하여 연료 탱크로 다시 보내거나 엔진이 시동되고 예열된 후에 엔진에서 연소될 공기 흡입구로 보내도록 되어 있다.
  • 일산화탄소(CO) - 불완전 연소의 산물인 일산화탄소를 흡입하면 혈액의 산소 운반 능력이 저하되고 과다 노출(일산화탄소 중독)은 치명적일 수 있다.(일산화탄소는 산소(O2)가 일시적으로 결합되는 적혈구 내 산소 운반 화학물질인 헤모글로빈에 끈질기게 결합된다. CO의 결합은 O를2 배제하고 또한 헤모글로빈이 이미 결합된 산소를 방출하는 능력을 감소시키며, 두 계수 모두 적혈구를 비효과적으로 만든다. 회복은 바운드된 CO의 느린 방출과 신체의 새로운 헤모글로빈 생산, 즉 치유 과정에 의해 이루어지기 때문에 보통에서 심각한 CO 중독으로 완전한 회복은 몇 시간 또는 며칠이 걸린다. CO 독성 대기에서 신선한 공기로 사람을 제거하면 부상은 멈추지만 질식성 대기에서 제거되는 경우와 달리 신속한 회복은 이루어지지 않는다. 며칠씩 지연되는 독성 영향도 일반적이다.)
  • NOx - 공기 중의 질소가 엔진 내부의 높은 온도 및 압력에서 산소와 반응할 때 발생한다. NO는x 스모그와 산성비의 전조다. NO는x NO와 NO의2 합이다.[1] NO는2 극도로 반응한다. 엔진이 가장 효율적인 작동 지점(즉, 가장 뜨거운)에서 작동할 때 생산량이 증가하지x 않으므로 효율성과 NOx 배출물 제어 사이에 자연스러운 절충이 있는 경향이 있다. 에멀전 연료의 사용으로 대폭 감소할 것으로 기대된다.[2]
  • 미립자 물질 – 마이크로미터 크기의 입자로 이루어진 그을음 또는 연기: 미립자 물질은 호흡기 질환과 암을 포함하되 이에 국한되지 않는 등 건강에 부정적인 영향을 끼친다. 매우 미세한 입자 물질은 심혈관 질환과 연관되어 있다.
  • 황산화물(SOx) - 황을 함유한 연료를 연소하는 자동차에서 배출되는 황산화물의 총칭이다. 연료 황의 양을 줄이면 테일파이프에서 방출되는 황산화물의 양을 줄인다.
  • 휘발성 유기 화합물(VOCs) - 일반적으로 250 °C 이하인 유기 화합물(예: 클로로플루오로카본스(CFCs) 및 포름알데히드). 휘발성 유기화합물은 공중 보건에 대한 위험 때문에 별도로 언급되는 탄화수소의 하위섹션이다.

역사

1950년대와 1960년대에 걸쳐 미국의 다양한 연방, 주 및 지방 정부는 수많은 대기 오염원에 대한 연구를 실시했다. 이러한 연구들은 궁극적으로 대기오염의 상당 부분을 자동차 탓으로 돌렸으며, 대기오염은 지역의 정치적 경계에 의해 제한되지 않는다는 결론을 내렸다. 당시 미국에 존재했던 것과 같은 최소한의 배출가스 규제 규정이 시 단위 또는 주 단위에서 공포되었다. 실효성이 없는 지방 규정은 점차 더 포괄적인 주 및 연방 규제로 대체되었다. 1967년까지 캘리포니아 주는 캘리포니아 항공 자원 위원회를 만들었고, 1970년에 연방 미국 환경 보호청(EPA)이 설립되었다. 두 기관뿐만 아니라 다른 주 기관들도 이제 미국에서 자동차에 대한 배출가스 규제를 만들어 시행하고 있다. 비슷한 기관과 규정이 캐나다, 서유럽, 호주, 일본에서 동시에 개발되고 시행되었다.

자동차의 오염을 억제하기 위한 첫 번째 노력은 PCV 시스템이었다. 이는 광화학 스모그의 전조인 미연소 탄화수소에 많은 크랭크케이스 가스를 엔진 흡입구로 끌어들이기 때문에 크랭크케이스에서 연소되지 않고 대기 중으로 방출되는 것이 아니라 연소된다. 포지티브 크랭크케이스 환기는 캘리포니아에서 처음 판매된 1961년형 신차에 대해 법률에 의해 광범위하게 설치되었다. 이듬해, 뉴욕은 그것을 요구했다. 1964년까지 미국에서 판매되는 대부분의 신차들이 그렇게 장착되었고, PCV는 빠르게 전 세계 모든 자동차에 표준 장비가 되었다.[3]

캘리포니아 주에서는 1966MY부터 1968MY에 따라 배기 가스(테일파이프) 배출 기준이 최초로 입법화되었다. 또한 1966년에는 캘리포니아주에서 배기가스 배출을 PPM(백만 개당 부품 수)으로 측정하는 첫 배출 시험 주기가 제정되었다. 표준은 EPA가 명령한 대로 매년 점진적으로 강화되었다.

1974년 연식까지 배출가스 기준을 강화하여 이를 충족시키는 데 사용된 디튠 기법이 엔진 효율을 심각하게 떨어뜨려 연료 사용량을 증가시키고 있었다. 1975년 모델의 새로운 배출 기준과 연료 사용량 증가로 인해 배기 가스의 후처리를 위한 촉매변환기가 발명되었다. 이것은 납 잔류물이 백금 촉매를 오염시켰기 때문에 기존의 납 가솔린에서는 가능하지 않았다. 1972년 제너럴 모터스는 미국 석유 연구소에 1975년 이후 연식 자동차에 대한 납 연료의 제거를 제안했다.[citation needed] 무연 연료의 생산과 유통이 큰 난제였지만 1975년 연식 자동차에 맞춰 성공적으로 완성됐다. 모든 현대 자동차는 이제 촉매변환기를 갖추고 있으며, 납 연료는 더 이상 대부분의 제1세계 국가의 충전소에서 판매되지 않는다. 납 경주용 연료는 일부 공급업체에서 소량으로 구입할 수 있지만 오프로드에서만 사용할 수 있다.

규제 기관

배출가스 배출기준을 시행하는 기관은 같은 나라에서도 관할구역마다 다르다. 예를 들어, 미국에서는 전반적인 책임이 EPA에 속하지만 캘리포니아 주의 특별한 요구 사항 때문에 캘리포니아의 배출물은 항공자원위원회의 규제를 받는다. 텍사스 주에서는 텍사스 철도위원회가 LPG 연료가 풍부한 연소 엔진(휘발유 연료가 풍부한 연소 엔진은 제외)의 배출을 규제할 책임이 있다.

북아메리카

유럽

유럽연합은 EU 회원국들의 배출가스 규제에 대한 통제권을 가지고 있지만, 많은 회원국들은 각각의 국가에서 이러한 규제를 시행하고 시행하기 위한 그들만의 정부 기구를 가지고 있다. 요컨대, EU는 (유럽 배출 기준과 같은 한계를 정함으로써) 정책을 형성하고, 회원국들은 그것을 자기 나라에서 가장 잘 이행할 방법을 결정한다.

영국

영국에서 환경 정책에 관한 사항은 "권력"으로 알려진 것으로서, 각 구성 국가는 해당 국가의 환경 문제를 다루기 위해 설치된 자체 정부 기구를 통해 환경 정책을 별도로 다룬다.

그러나 영국 전역의 많은 정책들은 환경식품농촌부(DEFRA)에 의해 처리되고 있으며 그것들은 여전히 EU의 규제를 받고 있다.

북아일랜드에서 12년째 디젤차에 대한 배출가스 시험이 법적 요구에도 불구하고 이뤄지지 않고 있다.[4]

배기가스 제어

엔진 설계 개선, 보다 정밀한 점화 타이밍과 전자 점화, 보다 정밀한 연료 계측, 그리고 전산화된 엔진 관리로 엔진 효율이 꾸준히 향상되었다.

엔진과 차량 기술의 발전은 엔진에서 배출되는 배기 가스의 독성을 지속적으로 감소시키지만, 이것들만으로 배출 목표를 달성하기에는 일반적으로 불충분하다는 것이 입증되었다. 따라서 배기가스를 해독하는 기술은 배기가스 조절의 필수적인 부분이다.

공기 분사

주요 기사: 2차 공기 분사

가장 먼저 개발된 배기 가스 배출 제어 시스템 중 하나가 2차 공기 주입이다. 원래 이 시스템은 엔진의 배기 포트에 공기를 주입하여 산소를 공급하여 배기 시스템에서 연소되지 않고 부분적으로 연소된 탄화수소가 연소를 마칠 수 있도록 하였다. 공기 주입은 이제 촉매변환기의 산화 반응을 지지하고, 엔진이 냉간 상태에서 시동될 때 배기 가스를 줄이는 데 사용된다. 냉간 시동 후 엔진은 작동 온도에서 필요한 것보다 더 풍부한 공기 연료 혼합물이 필요하며 촉매변환기는 자체 작동 온도에 도달할 때까지 효율적으로 작동하지 않는다. 컨버터의 업스트림에서 주입된 공기는 배기 헤드파이프의 연소를 지원하는데, 이는 촉매 워밍업을 가속화하고 테일파이프에서 배출되는 미연소 탄화수소의 양을 감소시킨다.

배기 가스 재순환

주요 기사: 배기 가스 재순환

미국과 캐나다에서 1973년 이상 최신 차량(1972년 이상 캘리포니아)의 많은 엔진은 특정 작동 조건에서 계량된 양의 배기가스를 흡입구로 전달하는 시스템을 가지고 있다. 배기가스는 연소하거나 연소를 지원하지 않기 때문에 공기/연료 전하를 희석하여 연소실 최고 온도를 낮춘다. 이것은 차례로 NO의x 형성을 감소시킨다.

촉매변환기

주요 기사: 촉매변환기

촉매변환기는 배기 파이프에 배치된 장치로 백금, 팔라듐, 로듐 등을 촉매로 사용해 탄화수소, 일산화탄소, NO를x 덜 해로운 가스로 변환한다.[5]

촉매변환기에는 2방향과 3방향 변환기가 있다. 양방향 변환기는 대부분의 자동차 엔진에서 3방향 변환기가 그것들을 대체했던 1980년대까지 흔했다. 자세한 내용은 촉매변환기 기사를 참조하십시오.

증발 가스 컨트롤

"EVAP"이 여기로 리디렉션 EVAP는 또한 증발과 관련이 있을 수 있다.
참고 항목: 온보드 급유 증기 회수
푸조 205용 연료 증기 저장 용기.

증발 가스란 가솔린 증기가 차량의 연료 시스템에서 배출된 결과물이다. 1971년 이후, 모든 미국 차량은 대기로 직접 배출되지 않는 완전 밀폐 연료 시스템을 가지고 있었다. 이러한 유형의 시스템에 대한 요구는 다른 관할지역에서 동시적으로 나타났다. 일반적인 시스템에서 연료 탱크와 카뷰레터 보울 벤트(카뷰레터 차량)의 증기는 활성 탄소를 함유한 캐니스터에 도관된다. 증기는 캐니스터 내부에 흡착되며, 특정 엔진 작동 모드 중에는 캐니스터를 통해 신선한 공기가 캐니스터를 통해 유입되어 증기를 엔진으로 끌어당겨 연소시킨다.

원격 감지 방출 테스트

미국 일부 주에서도 덴버 대학의 도널드 H. 스테드먼 박사가 개발한 기술을 사용하고 있는데,[6] 이 기술은 차량이 공공도로를 지나는 동안 적외선과 자외선을 이용해 방출을 감지해 주인들이 시험장으로 갈 필요가 없게 한다. 스테드먼의 눈에 보이지 않는 빛 플래시 감지 배기가스는 미국-스웨덴 기업 OPUS Inspection[8](OPUS Inspection)이 주로 수도권에서 사용하며 유럽에서는 더욱 널리 알려지고 있다.[7][9]

배출가스 시험 데이터의 사용

개별 차량의 배출가스 시험 결과는 다양한 등급의 차량의 배출성능, 시험 프로그램의 효과 및 기타 배출가스 관련 각종 규제(연료 제형의 변경 등)를 평가하고 자동차 배출이 공중 보건 및 환경에 미치는 영향을 모델링하기 위해 취합한 경우가 많다.

대체 연료 차량

깨끗한 차량 추진력을 이용하면 오염을 간단히 줄일 수 있다. 가장 인기 있는 모드는 하이브리드 및 순수 전기 추진이다. 중국은 단연 세계에서 가장 큰 전기차 시장이다. 중국은 2019년 12월 기준 고속도로 합법 플러그인 승용차의 재고량이 340만대로 세계 선단의 47%에 달했다. 태양광 발전 기술이 발전함에 따라 가까운 장래에 거의 준비가 된 태양광 차량을 이용한 실험도 진행되고 있다. 2020년 이맘때에는 자동차에 태양전지 대안이 없다. 셀로 덮인 프리우스 선루프는 햇빛을 받아 환기팬을 작동시킬 수 있을 것이다. (Ref. Lets Go Solar)

참고 항목

참조

  1. ^ NO2 및 건강에 대한 EPA 참고 사항
  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.
  3. ^ Rosen (Ed.), Erwin M. (1975). The Peterson automotive troubleshooting & repair manual. Grosset & Dunlap, Inc. ISBN 978-0-448-11946-5.CS1 maint: 추가 텍스트: 작성자 목록(링크)
  4. ^ "MOT diesel test not performed in NI for 12 years". BBC Northern Ireland News. Retrieved 26 September 2018.
  5. ^ 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.
  6. ^ https://www.researchgate.net/profile/Donald_Stedman
  7. ^ "Infrared Remote Sensing Of On-Road Motor Vehicle Emissions In Washington State" (PDF). (239KB)
  8. ^ "Opus Inspection » Remote Sensing Technology". opusinspection.com. Retrieved 2016-02-29.
  9. ^ "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. Retrieved 2016-02-23.

외부 링크