휴대용배기가스측정시스템

Portable emissions measurement system
차량 내부에 묶여 있는 CATI PEMS

이동식 배출가스 측정시스템(PEMS)은 실제 주행만 시뮬레이션하는 동력계의 고정식 롤러가 아닌 시험 중 주행 중인 자동차로 실내로 운반하거나 이동할 수 있을 정도로 작고 가벼운 차량 배출가스 시험장치다.

모바일 차량 배출 장비의 초기 예는 1990년대 초 Warren Spring Laboratory UK에 의해 개발되어 판매되었는데, 이는 영국 환경 연구 프로그램의 일환으로 도로 배출량을 측정하는 데 사용되었다. 미국 환경보호청(USEPA), 유럽연합(EU)[which?]과 같은 정부 기관과 다양한 주 및 민간 단체는 모바일 배출 결정을 내리는 데 드는 비용과 시간을 줄이기 위해 PEMS를 사용하기 시작했다.

PEMS 소개

미국 EPA의 Leo Breton은 1995년에 실시간 온로드 차량 배출량 리포터(ROVER)를 발명했다.[1][2] 최초의 상용 장치는 Michal Vojtisek-Lom에 의해 발명되었고,[3] 1999년 뉴욕 버팔로에서 CATI(Clean Air Technologies International) Inc.의 David Miller에 의해 개발되었다. 이러한 초기 필드 장치는 온보드 진단(OBD) 포트 또는 엔진 센서 어레이에서 직접 가져온 엔진 데이터를 사용했다. 첫 번째 유닛은 노스캐롤라이나 주립대학(NCSU)의 H. Christopher Frey 박사를 위해 개발되었고 노스캐롤라이나 교통부가 후원한 첫 번째 도로 주행 테스트 프로젝트를 위해 판매되었다.[4] CATI를 공동 설립한 David W. Miller는 2000년에 작업할 때 "휴대용 배출물 측정 시스템"과 "PEMS"라는 문구를 처음 만들었다.

2002년 세계무역센터 현장에서의 CATI PEMS 시험

뉴욕 메트로폴리탄 교통국 버스 프로젝트 뉴욕주 환경보전부의 토머스 란니(Thomas Lanni)[5]는 새 장치에 대한 간략한 설명으로, 다른 정부 단체와 대학들은 곧 그 뒤를 따랐고, 정확성, 낮은 비용, 가벼운 무게, 가용성의 균형 때문에 그 장비를 재빨리 사용하기 시작했다. 1999년 2004년까지, 버지니아 Tech,[6]펜실베니아 주립과 텍사스 A&M교통 Institute,[7]텍사스 서던 대학교와 다른 기관들 같은 연구 단체 국경을 넘는 프로젝트, 도로 평가, 교통 제어 방법, 전후의 scenarios,[해명 필요한]와 페리, 비행기, 그리고 오프로드 차량에 사용하여 PEMS를 사용하기 시작했다.무엇이 가능했다. 연구실 환경 밖에서 [8][9][10][11]말이야 2002년 4월 캘리포니아 항공자원위원회(CARB)가 비 1065 PEMS 장비를 사용하여 2시간 30분 동안 40대의 트럭을 시험했으며,[12] 그 중 22대의 트럭이 캘리포니아 툴레어의 도로에서 시험되었다.[13] 이 시기에 초기 PEMS 장비로 수행된 주목도가 높은 프로젝트는 맨하탄 하부 WTC(World Trade Center) 그라운드 제로 프로젝트였으며,[14] 콘크리트 펌프기, 불도저, 학년, 그리고 이후 - 디젤 크레인 등을 #7 - 40층 높이에서 시험하였다. 다른 초기 PEMS 프로젝트(예: 크리스 프레이의 현장 작업은 USEPA가 MOVES Model 개발에 활용했다.[15] 그러나, 규제 기관이나 차량 제조업체와 같은 사용자들은 방어 가능한 데이터 세트를 확보하기 위해 OBD 포트 또는 직접 엔진 측정을 이용한 대량 배출의 추정치에 의존하기보다는 대량 배출의 실제 측정을 수행하기 위해 ROVER가 상용화될 때까지 기다려야 했다. 이 푸시는 CFR 40 Part 1065로 알려진 새로운 2005년 표준으로 이어졌다.[16]

많은 정부 기관(USEPA 및 UNFCCC 등)은 배출가스 표준이 충족되고 있는지 확인하기 위해 CO2, NOx, 미립자 물질(PM), 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC)와 같은 다양한 모바일 표준에서 표적 이동원 오염물질을 식별했다. 또한 이들 관리 기구는 비도로 디젤 엔진 및 기타 유형의 내연기관 등에 대한 사용 중 시험 프로그램을 채택하기 시작했으며 PEMS 시험을 사용해야 한다. 배출물 현장 테스트에서 휴대성의 욕구를 가장 잘 이해하기 위해서는 최신 '전송 가능한' 배출물 테스트 장비의 다양한 분류를 시간별 PEMS 장비로 기술하는 것이 중요하다.

PEMS 장비의 경제적 이점

차세대 "통합 PEMS"(iPEMS) 장치.

PEMS 장치는 한 사람이 잡사이트에서 잡사이트로 쉽게 운반할 수 있고, '팀 리프팅'의 필요 없이 사용할 수 있기 때문에, 요구되는 배출가스 시험 사업은 경제적으로 실행 가능하다. 간단히 말해서, 더 적은 근로자에 의해 더 많은 테스트를 더 빨리 수행할 수 있으며, 특정 기간 동안 수행된 테스트의 양을 크게 증가시킨다. 이는 결과적으로 '시험당 비용'을 크게 줄이면서도 동시에 '실제' 환경에서 요구되는 전반적인 정확도를 높인다.[17] 대수의 법칙은 결과의 수렴을 생성하기 때문에 반복성, 예측성, 정확성이 향상되는 동시에 시험의 전체 비용을 절감한다는 것을 의미한다.

PEMS로 식별된 포장도로 배출 패턴

실험실에서 승인된 시험 프로토콜에 따라 새 엔진을 시험했을 때 거의 모든 현대 엔진은 설정된 표준 내에서 비교적 낮은 배출량을 생산한다. 동일한 시리즈의 모든 개별 엔진은 동일해야 하므로 각 시리즈의 한 개 또는 여러 개 엔진만 시험을 받는다. 테스트 결과 다음과 같은 결과가 나왔다.

  1. 총 배출량의 대부분은 상대적으로 짧은 고배출 에피소드에서 발생할 수 있다.
  2. 배기 가스 특성은 동일한 엔진에서도 다를 수 있음
  3. 실험실 시험 절차의 범위를 벗어나는 방출은 종종 실험실 시험 중 방출과 유사한 작동 및 주변 조건 하에서보다 높다.
  4. 차량의 내용연수 동안 배출량이 크게 감소함
  5. 다양한 기계적 오작동으로 인한 배출량이 높은 경우, 열화율 간에 차이가 크다.

이러한 발견은 출판된 문헌과 일치하며, 수많은 후속 연구의 데이터와 일치한다. 이들은 스파크 점화 엔진에 더 많이 적용되며 다이젤에는 훨씬 덜 적용되지만 디젤 엔진 기술의 규제 중심 진보(1970년대 이후 스파크 점화 엔진의 진보와 비교)를 통해 이러한 연구 결과가 차세대 디젤 엔진에 적용될 가능성이 높을 것으로 예상할 수 있다. 2000년 이후 여러 단체에서 스쿨버스, 환승버스, 배달트럭, 쟁기트럭, 노상트럭, 픽업, 밴, 포크레프트, 굴삭기, 발전기, 적재기, 압축기, 기관차, 여객선, 기타 노상, 오프로드 및 오프로드 및 기타 노상, 노상에서의 배출량을 측정하기 위해 PEMS 데이터를 사용해 왔다. 비도로 신청 이전에 열거된 모든 발견이 입증되었다. 또한, 엔진 공회전 확대가 후속 운전 중에 배출에 상당한 영향을 미칠 수 있다는 것도 주목되었다.

또한 PEMS 시험에서는 일부 운전 모드 중 연료별 NOx 배출량이 예상보다 2~3배 높은 몇몇 엔진 "애노멀리"를 확인하여 엔진 컨트롤 유닛(ECU) 설정의 의도적인 변경을 시사했다. 이러한 데이터 세트는 엔진, 연료, 배기 후 처리 및 기타 영역의 다양한 개선을 평가하는 데뿐만 아니라 배기 가스 재고를 개발하는 데 쉽게 사용될 수 있다. ("기존" fleets에 수집된 데이터는 다양한 개선을 비교하는 "기준" 데이터 역할을 한다.) 또한 이 데이터 세트는 도로 주행 테스트가 필요한 '미국 기반' 배출 표준인 NTE(Not exceed to exceed, NTE) 및 사용 중인 배출 표준의 준수 여부도 검사할 수 있다.

PEMS의 정확성

AVL로 제조된 1065 PEMS - 승용차에 부착됨

PEMS는 일반적으로 크기, 중량 및 전력 소비량이 제한되기 때문에 PEMS가 라인 실험실 계측기 상단으로 가능한 한 동일한 정확도와 다양한 종류의 종을 제공하는 것은 종종 어렵다. 이 때문에 컴플라이언스 검증에 PEMS를 사용하는 것에 대한 이의제기가 제기되었다[by whom?]. 그러나 실험실 측정에서 추론된 비행대 배출물의 부정확성 가능성도 있다. 이러한 이유로 PEMS에서 얻은 유럽 WLTP 결과는 적합성 계수가 2.1(2019년 이후 1.5년)으로 가중된다. 즉, PEMS에서 측정한 방출은 한계보다 2.1배 높은 계수가 될 수 있다.[18]

브레드박스 사이즈의[20][21] PEMS부터 시험 트럭 뒤에 견인된 계기 트레일러까지 다양한 온보드 시스템이 설계될 것으로 기대된다[19].[22] 각 접근방식의 이점은 배출물 모니터링과 관련된 다른 오류 발생원, 특히 차량 간 차이 및 차량 자체의 배출물 변동성에 비추어 고려할 필요가 있다.

추가 PEMS 기준

센서 주식회사 PEMS 장비

PEMS는 공공 도로에서 사용할 수 있을 만큼 안전해야 한다. 시험 중 휴대용 배기 시스템은 테일파이프의 연장, 차량 외부에 라인 및 케이블 추가, 객실의 납산 배터리 운반, 방관자가 접근할 수 있는 고온 구성부품, 비상구 차단, 운전자의 방해 또는 이동 부품에 걸릴 수 있는 느슨한 구성부품을 가질 수 있다. 배기구에 구멍을 뚫거나 흡기 시스템을 제거하는 등 시험 차량의 개조 또는 분해는 특히 승객 운송 차량에 대해 비행대 관리자와 운전자 모두의 수용 여부를 검사해야 한다. 시험 장비는 시험 차량에서 과도한 전기 부하를 끌어낼 수 없다. 대신 밀봉된 납산 배터리, 연료 전지 및 발전기는 주행 중 다른 위험을 추가할 수 있지만 외부 전원으로 사용되어 왔다.

장비의 설치 시간과 전문지식이 많이 필요할수록 시험비용이 많아져 시험할 수 있는 차량의 수가 제한된다. 두 가지 이상의 차량에 사용할 수 있을 정도로 다재다능한 장비에서도 더 많은 시험이 가능하다. 교정 가스와 같은 장비와 소모품의 무게와 크기는 충분한 수의 위치로 이동하는 것을 제한할 수 있다. 위험 물질 운송에 대한 모든 제한(즉, 위험 물질 운송에 대한 제한)불꽃 이온화 검출기(FID) 연료 또는 보정 가스)를 고려해야 한다. 시험 승무원이 현지에서 가용한 자원을 이용하여 현장에서 PEMS를 수리할 수 있는 능력 또한 필수적일 수 있다.

적용에 대한 PEMS 적합성

궁극적으로 PEMS가 원하는 용도에 적합하다는 것을 입증해야 한다. 최종 목표가 사용 중인 배출물 요건 준수를 검증하는 경우, 이중 맵핑 엔진을 포함한 기타 비호환 엔진을 포함한 알려진 특성을 가진 차량 비행대를 시험에 사용할 수 있도록 해야 한다. 그런 다음 이러한 비호환 차량을 시스템을 사용하여 식별하는 방법을 실질적으로 입증하는 것은 PEMS 제조업체의 몫이어야 한다.

테스트 볼륨 및 안전한 반복성

실제 시험의 검증에 필요한 '시험량'의 소요량을 달성하려면 다음 3가지를 고려해야 한다.

  1. 시스템 정확도
  2. 연방 및/또는 주 보건 및 안전 지침 및/또는 표준
  3. 처음 두 가지 점에 기초한 경제적 생존 가능성.

특정 휴대용 배출 시스템이 식별되고 정확하다고 발음되면 다음 단계는 작업자가 시험 장비 사용 시 수행되는 작업과 관련된 작업 위험으로부터 적절히 보호되는지 확인하는 것이다. 예를 들어 작업자의 일반적인 기능은 작업장으로 장비를 운송하고(예: 자동차, 트럭, 기차 또는 비행기) 작업장으로 장비를 운반하며 작업장으로 장비를 제자리에 들어 올리는 것일 수 있다.

PEMS의 장점

온로드 차량 배기 가스 배출 테스트는 실험실 테스트와 매우 다르므로 다음과 같은 상당한 이점과 과제를 모두 안고 있다. 시험 대상 차량의 정기적인 운행 중에 시험을 실시할 수 있기 때문에, 비교적 짧은 기간과 비교적 저렴한 비용으로 많은 수의 차량을 시험할 수 있다. 달리 쉽게 시험할 수 없는 엔진(즉, 페리 보트 추진 엔진)은 시험할 수 있다. 진정한 실제 배출 데이터를 얻을 수 있다. 기기는 작고 가벼워야 하며 어려운 환경에 견디어야 하며 안전 위험을 초래해서는 안 된다. 배출물 데이터는 상당한 분산의 대상이 되는데, 실제 조건은 종종 잘 정의되거나 반복될 수 없으며, 다른 동일한 엔진들 사이에서도 배출물의 상당한 분산이 존재할 수 있기 때문이다. 그러므로 노상 배출물 시험은 실험실에서 시험하고 실제 성능을 예측하기 위해 모델을 사용하는 기존의 접근 방식과는 다른 사고방식을 필요로 한다. 확립된 방법이 없을 때, PEMS의 사용은 신중하고, 사려 깊고, 넓은 접근법을 필요로 한다. 이것은 원하는 응용 프로그램에 대한 PEMS를 설계, 평가 및 선택할 때 고려되어야 한다.

최근 PEMS가 실험실 테스트보다 유리한 사례로는 2015년 폭스바겐(VW) 스캔들이 꼽힌다. WVU(West Virginia University)의 대니얼 K Carder 박사는 국제 클린 운송 협회(International Council for Clean Transportation, WVU)의 소규모 보조금에 따라 VW가 일부 디젤승용차에 설치했던 온보드 소프트웨어 '치트'를 적발했다(디젤게이트 스캔들). 이 발견을 할 수 있었던 유일한 방법은 PEMS 장치를 활용하여 무작위로 프로그램되지 않은 도로 주행 평가였습니다. VW는 현재 140억 달러 이상의 벌금을 물어야 한다. 2016년, 이러한 최근의 개발은 자동차와 오토바이 오염의 차이를 확립하기 위해 1065가 아닌 PEMS를 사용했던 "비키와 바주카스"의 2011년 신화 버스터즈 초창기 에피소드에서의 시위와 유사하게 더 작고 가볍고 비용 효율적인 "비1065" PEMS에 대한 세계적인 관심을 다시 불러일으켰다.

하위 카테고리: 통합 PEMS(iPEMS)

차세대 "통합" PEMS 장비

통합 PEMS(iPEMS) 개발 개요

디젤게이트에 대응해 유럽연합(EU)에서 '실제 주행 배출가스(RDE)' 표준이 개발돼 소형, 경량, 휴대성, 저가 및 통합형 PEMS[23] 장비 키트에 대한 수요가 늘었다.iPEMS 장비는 현재 미국에서 '인증' 장치로 사용할 수 없다.

iPEMS 정의

iPEMS 장비의 소형 및 경량 등급에는 다음과 같은 특징이 공통적이다.

  1. 완전하고, 독립적이며, 내부적으로 모듈화된 휴대용 배출물 측정 시스템(PEMS) 키트
  2. 내장 전원, 선내 전원까지 포함해서
  3. 총 중량이 7kg 이하(운송 케이스, 배기 커넥터 및 사용에 필요한 추가 장비 포함)
  4. 한 사람이 운반할 수 있다.
  5. 공항 터미널을 통해 운송될 수 있으며 항공기의 머리 위 보관함에 보관할 수 있다.
  6. 현장 현장에 배치된 iPEMS는 30분 이내에 차량을 테스트할 수 있는 능력을 갖추고 있다(필요한 온보드 파워팩이 충전된 것으로 가정).
  7. 통합 파워팩의 시험시간 능력은 최소 2시간 이상이어야 한다.
  8. 최소 오염물질 시험 능력에는 다음이 포함되어야 한다. 질소산화물(NOx), 이산화탄소(CO2) 및 미립자 물질(PM) 또는 미립자 수(PN)
  9. 시험 정확도는 1065 PEMS의 10%(또는 그 이상) 이내여야 한다.

1065 PEMS 장비 대비 iPEMS의 장점

iPEMS 장비는 2015년 폴크스바겐 스캔들로 인한 신속한 의사결정을 위한 요건에 따라 확장된 기능 제공 외에 1065 PEMS를 모두 보완하도록 설계됐다는 것이 장점이다. 이 장치들은 현재 유럽연합과 중국이 RDE 프로그램을 위해 추구하고 있다. [24]

참고 항목

참조

  1. ^ Johson, Dennis (2002-02-13). "ROVER - Real-time On-road Vehicle Emissions Reporter Dennis Johnson, US EPA" (PDF). Real-time On-road Vehicle Emissions Reporter Dennis Johnson, US EPA. US EPA. Retrieved 2016-03-01.
  2. ^ "Real-time on-road vehicle exhaust gas modular flowmeter and emissions reporting system". patents.google.com. 1999-01-05. Retrieved 2016-03-01 Breton used this device to for real-world emissions testing.. 날짜 값 확인: access-date= (도움말)
  3. ^ "United States Patent Application: 0130177953". appft.uspto.gov.
  4. ^ Frey, H. Christopher; Unal, Alper; Rouphail, Nagui M.; Colyar, James D. (2003). "On-Road Measurement of Vehicle Tailpipe Emissions Using a Portable Instrument". Journal of the Air & Waste Management Association. 53 (8): 992–1002. doi:10.1080/10473289.2003.10466245. PMID 12943319.
  5. ^ Lanni, Thomas (2003). "Fine urban and precursor emissions control for diesel urban transit buses". Environmental Pollution. 123 (3): 427–437. doi:10.1016/S0269-7491(03)00024-1. PMID 12667771.
  6. ^ "Virginia Tech".
  7. ^ "Air Quality Program — Texas A&M Transportation Institute".
  8. ^ "Archived copy" (PDF). Archived from the original (PDF) on 2011-08-17. Retrieved 2016-09-25.CS1 maint: 제목으로 보관된 복사본(링크)
  9. ^ "border crossing projects" (PDF).
  10. ^ "NC State WWW4 Service End of Life" (PDF).
  11. ^ "traffic control methods".
  12. ^ "On-Road Heavy-Duty Diesel Engine In-Use Compliance Program".
  13. ^ "Archived copy". Archived from the original on 2016-09-27. Retrieved 2016-09-26.CS1 maint: 제목으로 보관된 복사본(링크)
  14. ^ "Clean Air Communities: WTC Diesel Emissions Reduction Project". www.cleanaircommunities.org.
  15. ^ "MOVES Model". Archived from the original on 2016-05-12. Retrieved 2016-09-23.
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  17. ^ El-Shawarby I, An K 및 Rakha H.(2005)의 현장 평가 차량 크루즈 속도와 가속도가 고온 안정화 배출물에 미치는 영향 비교 평가 운송 연구 파트 D, 10 (1), 페이지 13–30.
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  23. ^ Miller, David. "President". www.3DATX.com. Automotive IQ - Real Driving Emissions. Retrieved 4 April 2018.
  24. ^ [1]

외부 링크