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[오토저널] 국내 자동차 SCR 요소수 부적정 사용 방지 법규

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글 : 원선웅(mono@global-autonews.com)
승인 2020-06-01 10:32:31

본문

우리나라는 경유자동차의 배출허용기준이 강화됨에 따라 질소산화물(NOx)을 줄이기 위해 2007년부터 EURO 4 기준이 적용된 일부 중대형 버스 및 트럭에 SCR 촉매가 부착되기 시작하였다. 이후 2014년 EURO 6 배출허용기준이 적용되면서 모든 중대형 경유버스 및 트럭에 SCR 촉매가 적용되었고, 승용차 및 SUV 등 소형경유차의 경우에도 일부 차종에 적용되다가 2018년 9월 실도로배출가스 규제(RDE)가 적용되면서 모든 자동차에 적용되었다. SCR 촉매는 요소수를 분사하여 촉매내에서 암모니아와 질소산화물을 반응시켜 질소와 물로 환원시키는 장치로 그 원리는 다음과 같다.


- (요소수 분해) (NH2)2CO+H2O → 2NH3+CO2
- (NOx 저감) 2NH3+NO+NO2 → 2N2+3H2O


다만, 차량 운전자가 요소수를 넣지 않거나 물 등의 부적정 요소수를 사용할 경우에는 SCR 촉매의 저감성능이 나오지 않는 문제점이 있다. 실제 1리터에 약 천원의 요소수 비용을 줄이기 위해 부적정 사용하는 경우들이 보고 되고 있다. 이에 배출가스자기진단장치의 성능 규정으로 요소수가 부족하거나 부적절한 요소수가 공급되었을 때 이를 운전자에게 경고하는 시스템과 이를 조치하지 않았을 때 운전을 제한하는 기능을 별도로 정하여 요소수 부적성 사용을 방지하고 있다.


본 고에서는 우리나라에서 규정으로 정하고 있는 자동차 SCR 촉매에 사용하는 요소수의 부적정 사례를 방지하는 법규를 소개하고자 한다.

 

관련 규정
•제작자동차 시험검사 및 절차에 관한 규정 별표 16 및 별표 16의2


제작자동차 시험검사 및 절차에 관한 규정 별표 16
(경유자동차 배출가스자기진단장치 작동 기준 및 성능확인 시험방법)


•개요
차량 총중량 3.5톤 미만의 경유자동차에 적용하며, 첨가제(요소수)를 사용하는 질소산화물 저감장치에 대한 요구 조건을 설명한다.


•첨가제 표시등
자동차제작자는 첨가제의 저장량이 부족하거나 첨가제 저장탱크가 비었을 때 운전자에게 이를 알려줄 수 있는 첨가제 표시등을 운전석 계기판에 장착하여야 한다.


•운전자 경고 시스템
1)첨가제의 저장량이 부족하여 곧 재충전이 필요하거나, 첨가제의 품질이 제작사가 정한 범위를 만족하지 못할 경우 이를 운전자에게 시각적 또는 청각적으로 알려줄 수 있는 경고 장치를 부착하여야 한다.
2)첨가제가 부족해짐에 따라 운전자 경고 시스템의 강도는 더욱 강해져야 한다. 가장 강도가 강할 때에는 운전자가 쉽게 지울 수 없고, 무시할 수 없어야 한다. 첨가제가 충분히 재충전 되지 않은 경우에는 소등될 수 없다.
3)경고 시스템은 첨가제의 저장량이 부족하다는 것을 시각적인 문구로 표시하여야 한다. 경고 시스템은 배출가스자기진단 장치 또는 다른 엔진 표시등과는 함께 사용될 수 없다.
4)첨가제의 저장량이 운전자에게 알려주어야 할 정도로 부족한 상태가 되면 경고 시스템은 연속적으로 동작하여야 하고, 명확한 경고 문구가 표시되어야 한다(예 : 요소수 충전, 첨가제 충전 등) 경고 시스템은 중요한 다른 안전 관련 문구가 표시되어야 하는 경우에는 일시 정지될 수 있다.

5)경고 시스템은 첨가제가 완전 소진되는 시점보다 적어도 2,400km에 해당하는 운전거리 이내에 동작하여야 한다.

 

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•부적절한 첨가제의 확인기능
1)첨가제의 품질이 제작사가 정한 특성과 일치하는 지를 확인할 수 있는 장치를 장착하여야 한다.
2)저장탱크의 첨가제가 제작사가 규정한 품질에 적합하지 않은 경우에는 운전자 경고 시스템이 동작하여야 하고, 적절한 경고 문구(예, 부적절한 요소수 탐지, 부적절한 첨가제 탐지 등)를 표시하여야 한다. 첨가제 품질이 경고 시스템의 동작 후 50km 이내에 정상으로 회복되지 않는다면 운전 제한 기능이 동작되어야 한다.


•질소산화물 배출의 감시
1)자동차제작자는 부적절한 첨가제의 확인기능 및 첨가제 소모량의 감시 규정 대신에 배기가스 중의 질소산화물 초과를 직접 측정할 수 있는 센서를 적용할 수 있다.
2)자동차제작자는 질소산화물 초과를 직접 측정할 수 있는 센서를 적용함으로서 운전자 경고 시스템의 동작, 경고문구의 표시, 운전 제한 기능을 동작할 수 있음을 증명하여야 한다.


•운전 제한 기능
1)운전 제한 기능은 첨가제 탱크가 비어진 채로 차량이 운행될 수 없도록 설계되어야 한다.
2)운전 제한 기능은 다음의 경우에 동작하여야 한다.
가) 첨가제 저장량으로 운전할 수 있는 거리가 연료탱크 내에 저장된 연료로 운전할 수 있는 거리보다 짧아지는 시점에 도달한 경우
나) 라.~바.의 규정에 따라 운전 제한 기능이 동작하여야 하는 경우

3)자동차제작자는 운전 제한 기능으로 다음 중 하나의 방법을 선정하여야 한다.
가) “일정 기간 후 엔진 재시동 불가” 는 재시동 가능 회수 또는 주행 가능한 거리를 제한하는 방법이다. 다만, 공회전 제한장치 등 차량 제어 시스템에 의해 엔진이 시동되는 경우는 해당되지 않는다. 재시동 제한은 첨가제 탱크가 비었거나 첨가제로 주행가능한 거리가 연료로 주행 가능한 거리보다 짧아지는 시점에 즉시 동작하여야 한다.
나) “연료 재충전 후 시동불가” 는 운전 제한 기능이 작동된 후 연료를 재충전 하더라도 시동이 불가능하도록 제한하는 방법이다.
다) “연료 충전 불가”는 연료 주입구를 강제로 차단하여 연료의 재충전이 불가능하도록 제한하는 방법이다.
라) “출력 제한 기능”은 차량의 속도를 제한하는 방법이다. 제한 속도는 운전자가 충분히 인식할 수 있는 수준으로서 최대속도보다 매우 낮게 설정되어야 한다. 엔진 재시동 제한이 작동되기 직전의 자동차 속도는 50km/h를 초과할 수 없다.
4)운전 제한기능이 동작되면, 2,400km의 평균 주행거리에 해당하는 양만큼 첨가제가 보충되거나, 4.~6.에 규정된 오작동들이 조치된 이후에 운전 제한 기능이 해제 될 수 있다. 오작동 판단기준 초과를 유발한 원인을 조치한 이후에 운전 제한 기능은 표준화된 시리얼 포트를 통해서 초기화되고 자체 진단 목적을 위해 차량을 재 시동할 수 있다. 조치 결과가 적절한지 여부를 확인하기 위해서 최대 50km를 주행하여야 한다. 이러한 확인과정 중에 오작동이 존재한다면, 운전 제한 기능은 다시 동작하여야 한다.
5)운전자 경고 시스템은 다음 사항을 명확하게 표시하여야 한다.
가) 잔여 재시동 가능 회수 또는 잔여 주행가능 거리

나) 차량을 재시동 할 수 있는 조건
6)운전 제한 기능의 동작을 초래한 조건들이 더 이상 존재하지 않는 경우에 운전 제한 기능은 해제 될 수 있다.
7)자동차제작자는 인증 신청 시에 운전 제한 기능의 특성을 설명한 자료 및 운전 제한 기능 및 운전자 경고 시스템의 성능확인 시험 결과를 제출하여야 한다.


제작자동차 시험검사 및 절차에 관한 규정 별표 16
(대형자동차의 국제표준 배출가스자기진단장치 작동기준 및 성능 확인시험방법)
•개요
차량 총중량 3.5톤 이상의 경유자동차에 적용하며, 질소산화물 저감을 위하여 촉매제를 이용하는 엔진에 적용한다.
•운전자 경고장치
1)운전자 경고장치는 육안으로 식별 가능한 경보 장치여야 한다. 적절히 조치되지 않을 경우 운전자 유도장치가 작동될 수 있는 촉매제 레벨 낮음, 부적절한 촉매제 품질, 촉매제 소모량 매우 낮음 또는 운전자의 임의 조작으로 인해 발생한 것으로 추정되는 오작동이 발생한 경우에 운전자에게 경고해야 한다.
2)운전자 경고장치는 배출가스자기진단장치의 오작동 경고등과는 별도로 설치되어야 한다. 운전자 경고는 배출가스 자기진단 장치에 사용되는 경고 및 정비용 경고와 구별되어야 한다. 만약, 운전자 경고를 유발한 원인이 적절히 조치되지 않는다면 외부 진단장치로 경고장치를 끌 수 없다. 경고장치의 작동 방법은 다음과 같다.
가) 운전자 경고장치의 작동과 해제
운전자 경고시스템은 <표 1>의 오작동 코드 상태인 경우에 작동해야 한다.

 

3)운전자 경고장치는 단문을 표시할 수 있다. 단문에는 다음의 내용을 명확히 표시해야 한다. 단문을 표시하는데 사용하는 장치는 배출가스자기진단장치 또는 정비목적의 장치와 동일할 수 있다.
가)1단계 또는 2단계 유도장치가 동작하기 전 남은 거리 또는 시간
나) 토크 저하 수준
다) 자동차의 성능 저하를 제거할 수 있는 조건


4)제작사가 선택할 경우 경고장치는 소음 경보 부품을 포함할 수 있다. 운전자는 소음 경보를 해제할 수 있다.
5)운전자 경고장치는 관련 규정에 적합하게 작동되어야 한다.
6)운전자 경고장치를 작동하게 한 오작동이 존재하지 않는 경우에 해제될 수 있다. 경고장치를 작동하게 한 원인이 조치되지 않은 경우에는 자동으로 해제될 수 없다.
7)운전자 경고장치는 중요한 안전관련 정보를 제공해야 하는 경우에는 일시적으로 중단될 수 있다.


•운전자 유도장치
1)자동차는 강도에 따라 2단계의 운전자 유도장치를 적용해야 한다.
2)운전자 유도장치는 구급, 군사, 경찰, 소방용 자동차에는 적용하지 않는다.
3)1단계 유도장치
가)1단계 유도장치는 최대토크 엔진 회전수와 속도 제어 엔진 회전수 사이의 전체 엔진 회전수에서 최대 가용 엔진 토크를 25% 감소시켜야 한다. 최대 토크 엔진 회전수 미만의 엔진 회전수에서 가용 토크는 최대 토크 엔진 회전수에서 25% 감소된 값을 초과할 수 없다.
나)1단계 유도장치는 작동 조건에 부합된 직후 자동차가 최초로 정지한 시점에 작동되어야 한다.
4)2단계 유도장치 : 다음의 (가)~(다)호 중 하나와 (라)호를 적용해야 한다.
가)재 시동 후 성능 저하 : 운전자가 엔진의 시동을 끈 후 자동차 속도는 20km/h로 제한되어야 한다.
나)연료 재충전 후 성능 저하 : 연료가 측정 가능한 높이까지 재충전 된 후 자동차 속도는 20km/h로 제한되어야 한다. 이때 측정 가능한 높이는 연료 탱크 용량의 10%를 초과할 수 없다.
다)주차 후 성능 저하 : 자동차가 1시간 이상 정지된 후 자동차 속도는 20km/h로 제한되어야 한다.
라)일정 시간 경과 후 성능 저하 : 1)~3)호의 어떤 조건에 부합하지 않았다면 8시간의 엔진 구동 후 자동차가 처음으로 정지할 때 자동차 속도는 20km/h로 제한되어야 한다.
5)운전자 유도장치는 관련 조건에 부합한 경우에 동작해야 한다. 2단계 운전자 유도장치가 작동되어야 한다고 판단한 경우 1단계 유도장치는 자동차 속도가 20km/h로 제한될 때까지 작동되어야 한다.
6)운전자 유도장치는 작동 조건이 더 이상 존재하지 않는 경우에 해제 되어야 한다. 운전자 유도장치는 작동 원인이 조치되지 않은 상태에서는 자동으로 해제될 수 없다.


•촉매제 저장량 감시
1)자동차는 운전자에게 촉매제 저장 탱크내의 촉매제 저장량을 명확히 알려 줄 수 있는 별도의 표시장치를 대쉬보드에 장착해야 한다. 촉매제 저장량 표시장치는 운전자 경고 장치가 작동된 이후에도 촉매제 저장량을 알려 줄 수 있어야 한다. 촉매제 저장량 표시장치는 아날로그 또는 디지탈의 형태로 표시될 수 있고, 전체 탱크 용량 대비 비율, 촉매제 저장량 또는 예측 주행 가능거리로 나타낼 수 있다. 촉매제 저장량 표시장치는 연료량 표시 장치에 가깝게 장착되어야 한다.
2) 운전자 경고시스템의 작동
가)운전자 경고장치는 촉매제의 저장량이 촉매제 탱크 용량의 10% 미만인 경우에 작동되어야 한다. 다만, 자동차제작자가 선택하는 경우 더 많은 촉매제 저장량에서 작동될 수 있다.

나)운전자 경고는 운전자가 촉매제의 저장량이 적다는 것을 명확하게 이해할 수 있도록 주어져야 한다. 경고장치가 단문 표시장치를 포함하고 있다면 촉매제 저장량이 적다는 문구를 표시해야 한다.
다)운전자 경고장치는 초기에는 연속적으로 동작할 필요는 없다. 그러나 경고의 강도가 높아지면서, 촉매제의 저장량이 촉매제 탱크 용량의 매우 낮은 비율로 감
소하여 운전자 유도장치가 동작하는 지점에 도달하는 경우 연속적으로 동작되어야 한다.
라)연속적인 경고는 쉽게 해제되거나 무시될 수 없다. 경고장치가 단문 표시 장치를 포함하고 있다면 명확한 단문을 표시해야 한다. 중요한 안전 관련 문구를 표시해야 하는 경우에는 연속적인 경고는 일시적으로 중단될 수 있다.
마)촉매제가 경고장치의 작동이 필요없는 저장량까지 보충되지 않은 경우 경고장치는 해제될 수 없다.
3) 운전자 유도장치의 작동

가)촉매제 저장탱크의 저장량이 탱크 용량의 2.5% 미만인 경우 1단계 유도장치가 작동되어야 한다. 자동차제작자가 선택하는 경우 더 많은 저장량에서 작동될 수 있다.
나)촉매제 탱크가 비어있는 경우(즉, 분사시스템에서 더 이상 촉매제 분사가 불가능한 경우) 또는 촉매제 저장량이 탱크 용량의 2.5% 미만인 경우(자동차제작자의 선택) 2단계 유도장치가 작동되어야 한다.
다)촉매제가 1단계 및 2단계 유도장치의 작동이 필요없는 저장량까지 보충되지 않은 경우 각각의 유도장치는 해제될 수 없다.


• 촉매제 품질 감시
1)자동차는 부적절한 촉매제가 주입되었는지 여부를 판단할 수 있는 장치를 가지고 있어야 한다.
가)자동차제작자는 배출가스가 허용기준을 초과하지 않는 최소 허용 촉매제 농도를 설정해야 한다. 다만, 2015년 12월 31일까지 인증을 받고 2016년 12월 31일까지 출고되는 자동차의 질소산화물 기준은 0.9g/kW-h로 한다.
나)자동차제작자는 최소 허용 촉매제 농도의 적절성을 증명하여야 한다.
다)최소 허용 촉매제 농도 보다 낮은 농도의 촉매제를 진단할 수 있어야 하고, 이를 부적절한 촉매제로 판정해야 한다.
라)촉매제 품질과 관련한 별도의 카운터를 설정해야 한다. 촉매제 품질 카운터는 부적절한 촉매제로 엔진이 구동된 시간을 계산해야 한다.
마)촉매제 품질 카운터의 작동과 해제는 경고장치 및 유도장치 카운터와 동일한 방법으로 설정해야 한다.


2) 운전자 경고장치의 작동
가)감시장치가 촉매제의 품질이 부적절하다고 진단한 경우 운전자 경고장치가 작동되어야 한다.
나)경고장치가 단문 표시장치를 포함하고 있다면 경고에 대한 이유를 표시하는 단문을 나타내어야 한다.

 
3) 운전자 유도장치의 작동
가)운전자 경고장치가 작동한 이후 10시간의 엔진 구동 시간 이내에 촉매제 품질이 정상적으로 조치되지 않는다면 1단계 유도장치가 동작해야 한다.
나)운전자 경고장치가 작동한 이후 20시간의 엔진 구동 시간 이내에 촉매제 품질이 정상적으로 조치되지 않는다면 2단계 유도장치가 동작해야 한다.

 

지금까지 우리나라에서 규정으로 정하고 있는 자동차 SCR 촉매에 사용하는 요소수의 부적정 사례를 방지하는 법규를 살펴보았다. 최근에는 국내 및 유럽에서 ECU 조작 장치를 이용하여 요소수 부적정 사용하는 사례가 보고됨에 따라 환경부에서는 대기환경보전법을 개정하여 소비자가 요소수를 사용하지 아니하거나 적게 사용하여 기 기능이나 성능이 저하되는 행위를 금지하는 규정을 추가하여 관리를 강화할 예정이다. 

 

글 / 권상일 (국립환경과학원)

출처 / 오토저널 2019년 6월호 (http://www.ksae.org)  

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