1. 미국 실도로 주행 배출가스 과다 사례

미국 EPA는 1995년도에 GM, 1998년 혼다 및 포드사에 자동차 배출가스 관련 부품임의 조정(Defeat Device)을 적발하여 벌칙을 부과한 바 있다. 참고자료와 같이, GM의 1991년식 캐딜락 모델 등은 운전자가 차량의 공조 장치를 켰을 때 엔진이 불안정하게 작동하는 문제를 해결하기 위하여 연료 분사를 이론공연비 보다 농후하게 제어하는 방식을 적용하였다.

글 / 김종춘 (국립환경과학원)
출처 / 오토저널 2월호

EPA는 이로 인해 일산화탄소의 배출량이 법에서 규정한 배출허용기준의 3배 이상 배출되는 것을 적발하고, 약 47만대의 캐딜락 차량의 리콜 비용을 포함하여 약 4,500만달러의 벌칙을 부과하였다. 또한 EPA는 GM에 대해 1,100만 달러를 벌과금으로 납부는 물론 2,500만 달러를 리콜비용으로 부담하며, 875만달러를 이들 차량으로 인한 대기오염을 상계하기 위한 연구에 사용토록 하였다.

미국에 판매된 자동차의 배출가스 과다 사례에서 본바와 같이 일본 혼다에서 제작한 1996년과 1997년식 어코드, 시빅 등 자동차에서 배출가스 자기진단장치(OBD: On Board Diagnostics) 중 실화(Misfire) 진단 동작을 중단시키는 것이 적발되었다. EPA는 이러한 실화진단의 중단으로 약 8,000t의 탄화수소가 과다 배출되는 것으로 산정하였다.

그래서 EPA는 혼다에 보증기간 연장, 엔진오일 무상교환 등과 더불어 2억 5,000만 달러, 벌과금 1,260만 달러, 대기오염 저감 연구에 450만달러 등 총 2억 6,700만 달러의 벌칙을 부과하였다. 포드는 6만대의 1997년식 Econoline Van 차량이 고속 운전조건에서 연비가 향상되도록 ECU(Electrical Control Unit) 프로그램을 임의 설정하였다. EPA는 이로 인해 고속운행 조건에서 NOx가 과다 배출되는 것을 확인하고 총 780만 달러의 벌과금을 부과하였다.

이외에도 EPA는 1998년에 미국 대형차 판매의 95%이상을 점유하는 7개 대형차 제작사들이 ECU를 임의조작하여 고속도로 운전 조건에서 배출가스 제어를 정지시킴으로서 NOx를 배출허용기준치의 3배까지 배출하는 것을 확인하였다.

EPA는 이러한 실제 도로 주행에서의 배출가스 제어임의 조정으로 약 130만t의 NOx가 과다 배출된 것으로 산정하고 약 10억 달러 상당의 벌금을 부과하였다. 이는 당시 미국의 대기보전법(Clean Air Act) 제정이후 최고 금액의 벌칙 부과 사례로 기록되었다. 이는 미국에서 PEMS(Portable Emission Measurement System)를 이용한 대형차 배출가스 결함확인검사 제도 도입의 계기가 되었다.

2. 미국의 SFTP (Supplemental Federal Test Procedure) 제도

미국 EPA는 1990년 Clean Air Act 개정과 함께 인증 시험 방법으로 활용하였던 FTP-75 모드를 재검토하기로 하였다. 이는 그림 2에 나타낸 FTP-75 모드가 1970년대의 자동차가 미국 로스엔젤러스(LA) 시내주행 패턴을 토대로 제정되었는데, 20여년이 경과한 시점에서 미국의 도로주행 패턴을 충분히 반영할 수 없을 것이라는 문제점이 도출되었기 때문이다.

EPA는 FTP-75 모드로는 반영할 수 없는 조건 중 고속 또는 급가속과 같은 가혹한 운행 패턴(Aggressive Driving Behavior)과 급가속(Rapid Acceleration) 운전 특성을 반영하기 위해 그림 3과 같은 US06 모드를 개발하였다. 또한 짧은 시간 동안의 급격한 속도 변화(Rapid Micro Transient)와 시동 직후 운행 패턴(Start Driving Behavior)은 그림 4와 같이 SC03 모드를 제정하여 인증시험에 반영토록 하였다. SC03 모드 주행 시에는 에어컨을 가동하여 주행하게 함으로서 에어컨 가동조건까지 포함하였다.

US06과 SC03 모드를 SFTP(Supplemental Federal Test Procedure)로 명명하고, 2000년도 제작되는 자동차부터 적용하기 시작하였다. 따라서 EPA는 SFTP 제도 도입으로 소형차동차에서 발생하는 NMHC의 2%, CO의 11%, NOx의 9%를 저감할 수 있을 것으로 예측하였다.

US06는 그림 5와 같이 FTP-75, SC03 대비하여 상당히 높은 가속도에서 운전된다. 시험은 예비 주행 모드를 운전한 후 열간 조건에서 수행한다. SC03 시험은 온도 및 습도를 조정할 수 있는 환경챔버에서 수행되며 환경챔버의 온도는 35℃, 습도는 약 40%로 제어되도록 하고 있다. 또한 태양 복사열을 고려하기 위하여 850W/㎡의 Solar Cell을 설치하여야 한다. 주행모드 운전 중에는 에어컨 모드는“최대”위치로 설정 하고, 내부 공기는 순환모드로 한다. 공기 순환용 팬은“최대”위치로 하고, 에어컨 온도는 최대 냉각으로 설정하는데 자동 온도 제어 장치가 탑재된 경우에는 22℃로 설정한다.

EPA는 제도 도입 초기인 2000~2002년식 자동차의 인증에 대해서는 환경챔버가 아닌 일반 차대동력계 시험실 온도인 25℃ 조건에서 시험할 수 있는 방법(AC1, AC2)을 시행한 바 있다.

AC1은 일반온도 조건에서 시험을 하되, 에어컨의 부하를 차량의 주행저항 계수에 추가하여 시험하는 방법이다. AC2는 일반 온도 조건에서 시험하되 에어컨 동작은 Heating으로 설정하여 에어컨의 부하를 높여서 시험하는 방법이다. 이외에도 제작사에서 SC03모드의 시험조건을 모사할 수 있는 것으로 기술적으로 증명하면 해당 시험 방법도 허용한 바 있다.

표 1에는 미국 캘리포니아 대기자원국(CARB : California Air Resource Board)의 시험방법별 배출허용기준을 나타내었다. 배출허용기준값은 초저공해자동차(ULEV : Ultra Low Emission Vehicle)를 기준으로 나타내었다. 일반적으로 FTP-75, SFTP(US06, SC03)
및 COLD CO, Highway 모드를 5-Cycle 주행모드라 한다. CARB는 5-Cycle 및 10℃ 운전조건에서의 FTP-75 주행 시험의 대기오염물질 허용기준을 설정하고 있다. 미국의 연비 표시 규정도 5-Cycle을 기반으로 하고 있다