본 논문에서는 현재 출시되어 있는 소프트타입의 현대 아반테 하이브리드자동차와 하드타입 방식의 도요다 프리우스 자동차를 대상으로 차대 동력계상에서 CVS-75 모드를 주행하면서 발생하는 배출가스특성과 연비특성을 실험적으로 분석하였다. 가솔린 차량에 비해 하이브리드 차량의 연비 및 배출가스 특성이 탁월하였으며 특히, 하드타입의 하이브리드 차량이 소프트타입의 차량에 비해 연비개선효과가 우수하게 나타났다.
하이브리드자동차의 연료소비율 시험 시 초기 SOC 조건에 따른 SOC와 연비 변화 특성을 파악하기 위해 2종의 차종을 선택하여 UDDS 모드주행 실험을 실시하였다. 실험결과 Strong type 자동차는 주행시작 약 550초 경과 후 SOC 52 $\sim$ 54%로 수렴하였다. 또한 일반 시가지 주행조건에서는 SOC를 50$\sim$55 % 범위에서 제어함을 알 수 있으며, 초기 SOC 조건에 따라 연비는 약 79%의 편차가 나타났다. 이는 저속구간에서 순수 전기자동차 구동이 구현됨으로써 SOC 70%에서 큰 연비 상승 효과가 나타나는 것으로 판단 된다. Mild type 자동차는 연비가 초기 SOC 조건에 따라 약 5%의 편차가 나타남을 알 수 있었으며, SOC 변화특성은 배터리 충전상태에 따라 충전량 제어는 이루어지나 가속 시 어시스트만 이루어지는 시스템적 특성상 효율적인 SOC 제어가 이루어지지 않아 연비에는 큰 영향을 주지 않는 것으로 생각된다.
본 연구는 TMED 방식 병렬형 하이브리드 차량을 이용하여 회생제동 회수율 및 연비 특성 실험에 대한 것이다. 회생제동 기술은 하이브리드 차량의 에너지 효율 향상을 위해 필수적인 기술로 판단되어 연구를 수행하였다. 따라서 병렬형 하이브리드 차량과 Eddy Current 방식의 차대동력계를 통해 IM240 모드 실험 시 초기 SOC 상태, 주행 모드 특성, 운전자의 운전특성에 따른 연비 특성을 회생 제동 측면에서 전류 특성 및 전류수지에 대한 비교 분석을 수행하였다. 본 연구결과, 초기 SOC 상태가 낮을수록 하이브리드 차량의 엔진 작동 시간이 증가 하고 에너지 효율이 낮아지는 것을 알 수 있었다. 또한 주행 모드 특성, 운전자의 운전 특성에 따른 연비 특성 실험 결과 평균 연비 차이는 크게 나지 않았지만, 최종 SOC 상태에 따라서 모드 종료 후 엔진 작동 유무의 차이가 있음을 알 수 있었다.
본 논문은 현재 출시되어 있는 소프트타입의 현대 아반테 하이브리드자동차와 하드타입 방식의 도요다 프리우스 자동차를 대상으로 차대 동력계상에서 CVS-75 모드를 주행하면서 발생하는 배출가스특성과 연비특성을 실험적으로 분석하였다. 가솔린 차량에 비해 하이브리드 차량의 연비 및 배출가스 특성이 탁월하였으며 특히, 하드타입의 하이브리드 차량이 소프트타입의 차량에 비해 연비개선효과가 우수하게 나타났다.
친환경 및 연비에 대한 요구와 제한은 하이브리드 차량과 같은 친환경 고연비 차량기술을 발전시켜왔다. 하이브리드 차량의 연비는 시스템의 특성으로 인해 주행 후 배터리 충전량의 변화를 연비에 반영시키는 등가연료사용량이 연료소비량에 추가되므로 제어전략에서 배터리 사용영역 증가만으로 연비를 향상시킬 수 없었다. 본 논문은 연료전지 하이브리드 차량을 matlab simulink상에서 모델링하고 기존제어전략에서 연료전지의 사용구간을 분석하여 연료전지 주 사용영역에서의 배터리와 연료전지 간 동력분배를 연비향상을 목표로 최적화하여 등가연료사용량을 포함한 총연비의 향상을 시도하였다.
압축 천연가스에 수소를 혼합한 HCNG 연료를 사용하는 HCNG 버스에 대해 WHVC 차량시험 결과를 토대로 연료 경제성 및 $CO_2$ 배출특성을 분석하였다. 동급 CNG 버스 및 디젤버스 시험결과와 비교하여 HCNG 버스의 연비 개선효과와 $CO_2$ 저감효과를 고찰하였다. $CO_2$ 배출특성은 탄소배출계수에 따른 연료효과와 연비에 의한 효과로 분석하였다. 분석결과 HCNG 버스는 CNG 버스 보다 연비는 11.5% 개선되었고 디젤버스와는 동등수준을 보이는 것으로 나타났다. 또한 $CO_2$ 배출 특성으로 HCNG 버스는 CNG 버스에 비해 20.4% 개선효과가 있고 디젤버스에 비해 34.5% 향상되는 것으로 분석되었다. 이산화탄소 배출특성은 연료성분에 따른 탄소배출계수와 엔진성능에 따른 연비에 영향을 받는 것으로 귀결되었다.
자동차가 처음 만들어진 당시에는 목적지까지 무사히 도착하는 신뢰성이 중요한 과제가 되었으리 라 생각된다. 무사히 도착되니 다음은 어떻게 하면 빨리 도착할 수 있을까하는 요구에서 고속화 즉 기관의 고출력화가 이루어졌다. 자동차의 편리함이 인식되고 또 보급됨에 따라 자동차가 주 위한경에 미치는 영향이 문제가 되어 1960년대 후반부터 자동차배출가스규제가 시작되고 이어서 소음규제가 실시되어 점차 강화되고 있다. 1973년부터 시작된 석유위기이래 자동차의 석유사용 량을 저감시키는 목적으로 미국에서는 연비규제가 실시되기에 이르렀고 다른 국가들도 거기에 따르고 있다. 미국의 1975년 에너지정책, 보존법(Energy Policy and Conservation Act of 1975 )은 1974년의 평균연비 14mile/gallon을 1985년까지는 약 2배의 27.5mile/gallon까지 높이고자 하는 것이다. 가까운 일본에서도 약 35%정도 향상되고 있는 실정이다. 자동차의 저연비특성은 제품기능으로 점차 중요시되는 동시에 국가차원에서는 석유에너지절약의 한 방편으로 사회적으 로도 해결하여야할 입장에 이르렀다. 이 에너지 절약 문제는 자동차의 소형화를 포함한 국제 적인 자동차 재개발문제로 발전, 80년대의 신기술개발의 최대과제가 되고 있다. 또 최근의 사용 자의 요구는 운전성, 실용성에 대해서도 까다롭고 또 다양화하고 있다. 이들 요구와 엄격한 배 출가스규제 및 소용규제를 만족시키면서 연비저감을 꾀하느것인 만큼 실로 어려운 일임에는 틀 림없다. 여기서는 가솔린기관 승용차의 연비저감을 중심으로 규제의 상황, 연비의 향상기술에 대해서 논하고자 한다.
시험방법 중 현재 국내 자동차 연비계산 방법은 차대동력계에 시험차량을 설치한 후, 주어진 시험모드(FTP-75 & HWFET 모드 등)에 따라 차량을 주행하여 측정되어지는 배출가스 결과를 가지고 계산에 의해 연비를 구하는 방식인 카본발란스 측정법(Carbon balance method)을 이용하고 있다. 이때 사용하고 있는 카본발란스 측정법은 시험방법 개발 당시의 표준연료에 대해 연료물성을 구하고, 이때 구하여진 상수 값과 시험에서 측정되어진 THC, CO, $CO_2$ 값을 가지고 계산하게 된다. 그러므로 시험할 때마다 매번 바뀌게 되는 사용 연료의 연료물성 특성은 정확히 고려되지 않게 된다. 주어진 시험연료에 따라 엔진성능 및 배출가스 결과가 변하게 되고, 많은 대체연료가 나오고 있는 현 시점에서 시험연료의 물성 특성을 연비계산 시에도 고려해야만 된다고 생각된다. 본 연구에서는 기존에 사용하고 있는 카본발란스법과 실제 시험에 사용된 연료의 유량을 측정하는 유량측정 방법을 이용한 결과를 비교하여, 시험에 사용된 연료의 물성 특성을 고려할 수 있는 방법을 연구함으로서, 다양해지고 있는 연료의 물성 특성을 고려해 줄 수 있는 개선된 연비측정 방법을 검토해 보고자 한다.
자동차 표시연비는 국가적으로 에너지관리 지표로서 활용되며, 자동차 제작사의 기술개발을 유도하고, 소비자 차량구매 시 정보제공의 역할을 담당하고 있다. 하지만 정부의 표시연비가 체감연비와 상이하다는 소비자 불만이 지속되어 정부는 보다 정확한 표시연비 측정을 위해 미국의 5-cycle 시험방법을 국내 차량 기준에 맞게 재설정하여 도입하였다. 본래는 다양한 환경조건 및 주행패턴이 반영된 5개의 시험모드를 모두 주행함으로써 측정된 결과 값을 표시연비로 계산하는 방법이지만 소요되는 자원의 급격한 증가에 따른 충격을 완화하기 위하여 2개의 시험모드(도심(FTP-75 mode), 고속도로(HWFET mode))의 결과 값을 5-cycle 시험법으로 계산된 연비 값과 동등한 수준으로 산출하는 5-cycle 보정식을 사용하고 있다. 이 보정식은 2011년에 30대 차량의 5-cycle 시험방법으로 산출되었으나 최근 자동차 기술의 급속한 발전으로 인한 신형식 자동차에 대한 기존 5-cycle 보정식에 대한 검토가 필요할 것으로 판단되었다. 본 연구에서는 최근 기술이 적용된 14대의 신형식 자동차를 대상으로 기존과 동일한 시험 방법을 통해 시험모드별 연비 특성을 확인하고, 기존에 개발된 보정식과 차이를 분석한 결과 기존 시험 차량 결과와 큰 차이를 보이지 않았으며 보정식 또한 최대 1.5% 이내의 오차로써 기존 연비 보정식은 현재의 자동차 기술발전에 따른 개선도에 크게 영향을 받고 있지 않음을 알 수 있었다.
본 논문에서는 연료전지 전기자동차(Fuel Cell Electric Vehicle)의 동력성능을 만족하면서 연비효율 향상을 목적으로 하는 견인전동기 시스템의 설계특성에 대하여 살펴본다. 특히, 차량의 요구 동력성능을 만족하는 견인전동기의 동력 설계사양 정의 및 표준운전모드를 적용한 실운전 조건에서의 연비효율 향상을 목표로 하는 견인전동기의 효율 설계사양 정의를 나타낸다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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