[별표 10]

ETC 모드 측정방법(제4조제3호 관련)

1. 개  요

경유 및 가스(NG, LPG)를 연료로 사용하는 대형자동차의 도로주행 형태와 근접한 transient 사이클운전조건으로 배출가스를 측정하는 방법이며 자동차의 기관만을 동력계에 설치하여 시험한다.

2. 시험조건

가. 시험용원동기

(1) 시험용 원동기는 KSR 0071 규정의 B조건 또는 80/1269/EEC의 정미출력(Net Power) 시험방법으로 측정하고 이때 배출가스시험 최고출력은 최고출력의 -5% 범위 내에서 시험할 수 있다.

(2) 시험용원동기의 연료분사펌프 가바나와 연료계통은 제작회사의 제원에 맞도록 조절되어 있어야 한다. 봉인상태는 펌프제작사의 봉인을 원칙으로 하며 탈거되어서는 아니 된다.

(3) 수시검사 또는 정기검사시의 길들이기 시험은 표본 중에서 1대만을 실시하여, 최고출력 달성여부를 확인하고 최고출력 범위 내에 해당할 때에는 배출가스 시험을 하며, 나머지 표본 원동기는 길들이기 시험을 하지 않은 상태에서 배출가스 시험을 할 수 있다.

(4) 수정계수는 다음 식에 의하며 다음 범위에 있어야 한다.

① 자연흡입식 및 기계식 과급기(Supercharger)식 엔진의 경우

[eqn: F~=~( {99} over {P _{S}} )~ TIMES `( {T} over {298} ) ^{0.7}]

② 배기과급기(Turbocharger)식 엔진의 경우

[eqn: F~=~( {99} over {P _{S}} ) ^{0.7~} TIMES `( {T} over {298} ) ^{1.5}]

③ 가스 엔진의 경우

[eqn: F~=~( {99} over {P _{S}} ) ^{1.2~} TIMES `( {T} over {298} ) ^{0.6}]

0.96 ≤ F ≤ 1.06

여기서,	F  : 수정계수

Ps : 건조대기압 (kPa)

T  : 엔진 흡입공기의 절대온도 (K)

나. 원동기냉각장치

동력계상에서 기관이 시험기간 동안에 일반적인 작동온도를 유지하기에 충분한 냉각장치를 갖추고 있어야 한다.

다. 원동기인터쿨러장치

압축된 공기(Charge air)의 온도는 제작사가 설정한 최대출력점에 대하여 변동치가 ±5K 이내이어야 하며 냉각 매개체의 최소 온도는 293K 이상 이어야 한다.

라. 흡입공기계통

차량에 사용된 흡기장치와 동일한 부품을 사용하거나, 제작사가 설정한 최대출력점에서의 흡입압력에 대하여 변동치가 ±300Pa (30mmH2O)이내인 등가의 흡입장치이어야 한다. 인터쿨러 사용 원동기의 경우, 등가의 시험장 열교환기를 사용할 수 있으며, 이 경우 최대출력점에서의 인터쿨러 후의 과급공기 온도는 원동기 제작사가 설정한 온도의 ±5℃ 이내이어야 하며, 인터쿨러 후단의 쿨링온도는 최소한 20℃여야 한다.

마. 배기계통

시험 중 배기압은 최대출력점 및 최대토크점에서 제시된 압력치±650 Pa (±650mmH2O)이어야 하며, 원동기의 배출가스를 측정하기 위해서 배기관은 시료채취관이 설치된 지점에서 최소 0.5m를 지난 점까지는 보온 및 냉각이 되지 않는 배기관이어야 한다. 시험용원동기에 배기가스후처리장치를 사용하는 경우, 후처리장치 입구에 연결되는 배기관은 배기가스후처리장치 입구 내경의 최소 4배에 해당하는 길이에 대해 동일한 내경을 유지하도록 준비되어야 하며, 배기매니폴드 플렌지부 또는 과급기 후단부부터 배기가스 후처리장치까지의 길이는 실제 차량상태에서의 상태와 동일하거나, 제작사의 거리제원치 이내이어야 한다.

바. 연료

시험용으로 사용하는 연료는 CVS-75모드 측정방법 제3항의 시험용 연료와 같다.

(1) 디젤연료사용 엔진

시험중 연료온도는 연료분사펌프 입구에서 33-43℃로 유지되어야 한다.

(2) 가스연료(NG 및 LPG)사용 엔진

연료압 제어장치의 최종 제어(팽창 등)단계에서의 온도 및 압력은 제작사가 제시한 온도 및 압력내로 실시간 제어되어야 한다.

사. 시험실 조건

시험실 대기온도 또는 기관흡입공기의 온도는 25±5℃로 유지하는 것을 원칙으로 한다.

3. 장   치

가. 원동기동력계

법에 의한 형식승인을 득하고 규정된 정도검사를 필한 장비로서 다음과 같은 기능을 갖추고 있어야 한다.

(1) 원동기회전수 : 동력계의 부하에 관계없이 ±20rpm 이내로 제어할 수 있어야 한다.

(2) 축토크 : 해당기관 회전수에서 최대부하시 축토크를 전범위의 ±1% 이내로 제어할 수 있어야 한다.

(3) 기타의 제반조건은 자동차용 기관출력 시험방법인 KSR 0071 또는 80/1269/EEC의 방법을 만족 시켜야 한다.

나. 배출가스 분석기

(1) 탄화수소 : FID, HFID(경유원동기인 경우) 분석기

(2) 일산화탄소 및 이산화탄소 : NDIR분석기

(3) 질소산화물 : CLD 분석기, HCLD 또는 동등 이상의 분석결과를 얻을 수 있는 분석기

(4) 분석기의 정도는 전범위의 ±3.5％이내이어야 하며 분석기의 측정범위는 측정값에 따라 알맞게 선택할 수 있어야 한다.

다. 시료채취관

탄화수소 시료채취관은 경유원동기 경우 배기가스 중에 함유된 고비점 탄화수소 때문에 온도가 180-200℃로 유지되도록 가열하여야 하며 질소산화물 시료채취관은 가열식 또는 비가열식 채취관을 사용할 수 있다.

라. 입자상물질 측정장치

(1) 입자상물질은 희석터널을 통하여 측정하며 이때 시료가스 채취부에서의 온도는 52℃이하 이어야한다.

(2) 입자상물질의 시료채취방법은 전 유량 희석시스템(Full flow dilution system)이나 부분유량 희석시스템(Partial flow dilution system)을 사용하는 것을 원칙으로 하며 이와 동등한 측정 값을 얻을 수 있는 방법도 사용할 수 있다.

(3) 입자상물질의 측정을 위해서 무게측정실과 측정저울이 있어야 한다.

(4) 입자상물질 시료채취용 여지는 다음과 같은 조건이어야 한다.

① 불소수지가 코팅된 유리섬유 여지 또는 불소수지제 멤브레인여지이어야 한다.

② 입자상물질 여지는 최소직경 47mm(오염부분 37mm)이거나 그 이상이어도 된다.

③ 최소 채취량은 47mm여지에서는 0.11mg 이상, 70mm여지에서는 0.23mg 이상을 원칙으로 하며 동 값 이상 채취가 불가능할 경우 희석비 등의 시험조건을 변경하여 최대한 근접하게 채취되어야 한다.

④ 필터를 통과하는 가스의 면속도는 35~80 cm/s 이내, 압력강하는 25kpa 이내이어야 한다.

(5) 무게측정실과 측정저울

① 무게측정실의 온도는 22℃ ± 3℃를 유지하여야 한다.

② 상대습도는 45％ ± 8％ 이내에 있어야 한다.

③ 무게측정실은 주위의 공기에 오염되지 않아야 한다.

④ 측정저울은 최소채취량 여지무게의 1％까지 측정할 수 있어야 하고 2％의 정밀도(표준편차)가 있어야 한다.

⑤ 비교여지(Reference Filter)는 5％이내로 유지될 수 있어야 하며 1개월마다 교환하여야 한다.

⑥ 시료 채취용 여지무게는 상태에서 시험 시작 전 4시간 이내에 측정하고 시료채취 후 2~36 시간 이내에 측정하는 것을 원칙으로 하며 제작사가 원할 시 즉시 측정가능하다.

마. 기타 측정장치의 정밀도

장 치	정 밀 도
연료소비량 측정장치	원동기 최대 연료소비량의 ±2% 이내
흡입공기량 측정장치	원동기 최대 흡입공기량의 ±2% 이내
온도계(327℃ 이하 온도 측정용)	±2K 이내
온도계(327℃ 초과 온도 측정용)	지시값의 ±1% 이내
대기압	±0.1kPa 이내
배기압	±0.2kPa 이내
흡입부압	±0.05kPa 이내
기타 압력	±0.1kPa 이내
상대습도	상대습도 ±3% 이내
절대습도	지시값의 ±5% 이내

바. 분석기용 가스

(1) 교정용가스

환경부 장관이 인정한 농도의 ± 1％ (경유용인 경우 ± 2％)이내이어야 하며 다음의 가스를 사용한다.

분석기	스 팬 가 스	영 점 가 스
CO HC NOx CO2	CO ＋ N2 바란스 C3H8 ＋ N2 또는 공기바란스 NO ＋ N2 바란스 CO2 ＋ N2 바란스	질소 또는 건조정제공기 건조정제공기 질소 또는 건조정제공기 질소 또는 건조정제공기

(2) 작동용가스

① 질소가스 : 순도에 있어서 HC ≤ 1ppmC, CO ≤ 1ppm, CO2 ≤ 400ppm NO ≤ 0.1ppm 이어야 한다.

② 산소가스 : 순도에 있어서 99.5％ 이상이어야 한다.

③ 연료가스 : 혼합비율에 있어서 수소 40±2％이고 나머지 헬륨이어야 한다.

④ 합성공기 : 순도에 있어서는 질소가스와 동일하며 산소농도가 18~21Mo1％ 인 산소와 질소의 혼합물로 구성된 인위적인 공기이어야 한다.

4. 시험모드

가. 엔진회전수에 대한 출력 및 토크의 함수 결정(엔진 Mapping 시험)

(1) Mapping 시험의 회전수 범위 결정

최소 Mapping 회전수 = 아이들 회전수

최대 Mapping 회전수 = Nhi * 1.02 또는 전부하 토크가 떨어져 0 이 되는 회전수 중 낮은 회전수

여기서, Nhigh : 원동기 공칭최대정미마력(Pmax)의 70%에 해당하는 마력을 얻을 수 있는 가장높은 원동기 회전수(rpm)

(2) 엔진 출력  Mapping 시험

엔진상태를 안정시키기 위하여 엔진은 엔진 제작사가 원하는 시험조건에서 최고출력 상태로 운전시킨다. 엔진의 각종 온도와 압력, 출력 등이 안정화 된 경우 아래의 절차대로 엔진 출력 Mapping 시험을 실시한다.

① 무부하 또는 아이들 회전수로 운전한다.

② 최소 Mapping 회전수에서 원동기의 부하를 최대로 운전한다.

③ 최소 Mapping 회전수에서 최대 Mapping 회전수까지 초당 8±1 rpm 속도로 증가 시키며 운전한다. 이때 엔진 회전수와 토크는 초당 1회 이상의 비율로 측정되고 기록되어져야 한다,

(3) MAPPING 선도 작성

(2)항에서 측정된 원동기 출력은 선형보간법에 의해, 연결된 곡선의 형태로 모든 회전수에서의 출력으로 계산되어져야 하며, 이는 표준화된 토크값을 실제 토크값으로 환산하는데 사용되어져야 한다.

(4) Mapping 시험방법 변경

필요한 경우 별도의 방법에 의한 Mapping 을 수행할 수 있다. 이 경우 사전에 시험담당관의 기술적 검토를 득하여야 한다. Mapping 곡선의 생성을 매번 수행할 필요는 없으나, 측정후 상당한 시일이 경과한 경우나 부품의 변경이나 재조정이 있는 경우에는 Mapping을 재실시 하여야 한다.

나. 시험 사이클의 결정

ETC 엔진동력계 시험모드는 표 3과 같은데 표에 제시된 표준 회전수 및 표준 토크는 다음의 식과 같이 시험회전수 및 토크로 환산하여 적용한다.

(1) 시험 회전수 환산

[eqn: 시험 회전수 =~{ 회전수(%)×( 기준회전수-공회전회전수)}over 100 `+`공회전회전수]

여기서, 기준회전수(Reference Speed, Nref )는 표준화된 회전수를 시험회전수로 환산하기위해 기준으로 삼는 회전수로 다음과 같이 정의된다.

Nref = Nlow + 0.95×(Nhigh - Nlow)

<그림  특정 엔진회전수의 정의>

(2) 시험 토크 환산

[eqn: 시험토크``=~( {%토크`` TIMES `기준회전수에서의 최대토크} over {100} )]

Motoring 점 (m)에서의 부(負)의 토크값은 기준 사이클 생성을 위해서는 아래의 방법 중 하나로 결정된 환산된 값으로 사용되어야한다.

․ 관련 속도점(associated speed point)에서 이용 가능한 정(正) 토크의 -40%

․ 최소에서 최대 Mapping 회전수까지 엔진을 Motoring시키기 위해 요구되는 부(負) 토크의 Mapping

․ 아이들 및 기준회전수, 그리고 이 2점간의 선형보간된 회전수에서 엔진을 Motoring시키기 위해 요구되는 부(負) 토크의 결정

5. 시험방법

가. 시험준비

제작사가 요구 시 시험 사이클 운전 전에 엔진 및 배기 시스템 조정을 위해 모의시험을 할 수 있다. 천연가스나 LPG 등 가스를 연료로 사용하는 엔진의 ETC 시험은 최소 2회 실시하고 측정된 CO 값이 직전에 측정된 CO값 대비 오차가 10%를 초과하지 않을 때까지 반복 측정한다.

(1) PM 샘플링여지 준비(디젤엔진)

시험 전 최소 1시간 이전에 시험에 사용될 여지를 규정된 온도와 습도의 보관실에 보관시켜 안정화 시간이후 각각의 여지를 측정하고, 중량 값을 기록한다. 여지는 밀봉되지 않은 Petri Dish 또는 밀봉된 필터 홀더에 넣어 보관되어져야 한다. 만약 여지를 웨잉챔버에서 꺼낸 후 8시간이내에 사용되지 않은 경우, 웨잉챔버에 넣어져 다시 안정화 시켜야 한다.

(2) 샘플링 프로브 등 배출가스 측정장치 연결

(3) 엔진 및 희석 시스템의 안정화

엔진과 희석 시스템은 최대출력점에서 제작사의 시험방법에 따라 시험에 관련된 모든 온도와 압력이 안정화되도록 Warm-up되어야 한다.

(4) 입자상물질 측정 시스템 준비(디젤엔진)

측정 장치들의 바이패스 및 필터를 통과하는 희석공기에 대해 입자상물질의 background 측정이 시스템 가동과 동시에 이뤄져야한다. 필터링된 희석공기 사용시에는 시험 전 또는 시험 후에 background 측정하고 필터링 되지 않은 희석공기 사용 시에는 시험모드 시작 시 또는 시험모드 끝에 측정한다.

(5) 희석 시스템의 설정

희석 시스템의 유량비율은 수분의 응축을 방지하고 필터 표면 온도가 52℃이하가 될 수 있도록 설정되어야 한다.

(6) 분석기 Zero-Span calibration

표준가스 및 제로가스를 사용하여 Zero-Span 으로 calibration 되어야 하며 샘플 백 사용방식에서는 샘플백이 모두 비워져야한다.

(7) 엔진시동

엔진 안정화가 끝나면 제작사가 원하는 방식대로 엔진 시동이 이뤄져야 하고 안정화 후 엔진시동을 꺼지 않고 아이들 회전수에서 바로 시험 모드 운전을 할 수 있다.

나. 시험 사이클 운전

그림  ETC 싸이클

(1) 시험순서

엔진은 기준사이클에 따라 환산된 시험회전수와 토크에 따라 운전되어야 한다. 엔진의 회전수와 토크 설정을 위한 제어는 초당 5회 (5 Hz)이상으로 (10 Hz권장) 제어하며, 시험 사이클 중 피드백 엔진회전수와 토크는 매 초당 1회 이상 기록되어져야 하며, 신호는 전자적으로 필터링할 수 있다.

(2) 배출가스 측정

(가) 전유량 휘석시스템

엔진이 시험순서에 따라 운전되기 시작하면 배기분석기는 동시에 다음과 같이 시험조건 분석 및 기록이 이뤄져야 한다.

․ 희석공기 흡입 또는 분석

․ 희석공기 배기 또는 분석

․ 희석 배기가스(CVS) 량, 필요한 온도 및 압력의 측정

․ 동력계 회전수 및 토크의 피드백 데이터 기록

HC 및 NOx 는 희석 터널 내에서 2 Hz 의 빈도로 연속 측정되어야 한다. 평균 농도는 시험 사이클에 대한 적산분석기 신호에 의해 결정되어져야 한다. 시스템 응답시간은 20초 이하이어야 하며, 필요하다면 CVS 유량 변동 및 샘플채취 시간, 시험 사이클 Offset 조정으로 제어되어져야 한다. CO, CO2, NMHC 및 CH4 는 적분에 의해 또는 사이클 중 회수된 Sample Bag내 농도를 분석하여 결정한다.  희석공기 중의 가스상 오염물질의 농도는 적분에 의해 또는 Background Bag 으로 회수하여 결정하고 다른 값은 1초당 최소 1회 (1 Hz)의 빈도로 기록되어져야 한다.

(나) 직접 배기가스 측정

엔진이 시험순서에 따라 운전되기 시작하면 배기분석기는 동시에 다음과 같이 시험조건 분석 및 기록이 이뤄져야 한다.

․ 배기가스 농도의 분석

․ 배기가스 또는 흡입 공기 및 연료 유량비의 측정

․ 동력계 회전수 및 토크의 피드백 데이터 기록

배출가스 농도(HC, CO, NOx) 및 배기가스의 질량비는 컴퓨터에 2Hz이상 저장 기록되어야 한다. 시스템 응답시간은 10초이내여야 한다. 그 외 데이터는 1Hz이상으로 기록되어야 한다

(3) 입자상물질 샘플링(디젤엔진)

(가) 전유량 휘석시스템

엔진이 시험순서에 따라 운전되기 시작하면 입자상 물질 측정기도 배기가스 포집및 측정을 자동적으로 실시하여야 한다.

- 유량 보상이 사용되지 않는 경우에는 Sampling Pump 는 Sample Probe 또는 이송관을 통과하는 유속이 설정유속의 ± 5% 이내 값으로 유지될 수 있도록 조정 되어야 한다.

- 유량보상 즉, 샘플유량의 비례적 조절이 사용되는 경우에는 입자 샘플유량에 대한 주 터널 유량의 비율은 설정값(최초 10초간의 샘플을 제외하고)의 ± 5% 편차 이내로 제어 되어야 한다.(단 2중 희석터널의 경우, 샘플 유량은 샘플필터를 통과하는 유속 및 2차 희석 공기 유속 사이의 순 차이 값이다.)

가스유량계 또는 유량측정장치 입구의 평균온도 및 압력은 연속적으로 기록하여야 한다. 설정 유속이 필터에 대한 입자상물질의 과부하로 인하여 사이클 전구간에서 ± 5% 이내로 유지될 수 없다면 시험은 무효가 되며,  보다 낮은 유속이거나 또는 보다 큰 직경의 필터를 사용하여 시험을 재실시 하여야 한다.

(나) 직접 배기가스 측정

엔진이 시험순서에 따라 운전되기 시작하면 입자상 물질 측정기도 배기가스 포집 및 측정을 자동적으로 실시하여야 한다.

부분 유량 희석 시스템의 제어에는 빠른 시스템 반응이 요구된다. 배기 유량 측정과 부분 유량 시스템의 조합된 반응 시간이 0.3초이하의 경우 온라인으로 제어할 수 있다.

(4) 엔진의 정지

엔진이 시험사이클 운전 중 정지하는 경우, 엔진을 예비조정하거나 재 시동시켜야 하며 시험을 반복한다. 또한 시험 사이클 운전에 필요한 시험장비 중 하나에서 고장이 발생하면 그 시험은 무효가 된다.

(5) 시험 후 운전

시험 종료 시에는 샘플백(Collecting Bag) 내로 들어오는 가스 유량 및 희석배기가스 부피 측정이 중단되어야 하며 입자샘플 펌프는 정지되어야한다.

- 적산 분석기 시스템에서는 시스템 응답시간이 경과 될 때까지 계속 샘플링 되어야 한다.

- 샘플백이 사용되는 경우에는 백 내 농축물은 가능한 한 신속히 분석되어져야 하며, 늦어도 시험사이클 종료 후 20분 이내에 분석되어져야 한다.

배출가스 시험 후에 제로가스 및 동일한 스팬가스를 사용하여  분석기 재점검을 하며 시험전값과의 편차는 2%이내이어야 한다.

다. 시험결과 확인

(1) 측정값의 조정

피드백 및 기준사이클 값 간에 시간지연의 편향효과를 최소화하기 위해, 전체 엔진회전수 및 토크 피드백 신호는 기준속도 및 토크 설정치보다 앞당기거나 늦출 수 있다. 피드백 신호가 변화하면 속도 및 토크를 둘 다 같은 방향으로 같은 양 만큼 변화 시켜야 한다.

(2) 사이클 작업 일 계산

시험사이클 작업 일 Wact (kWh)는 기록된 엔진 피드백 회전수 및 토크 값을 사용하여 계산되어야 한다. 이 옵션을 선택하였을 경우, 이것은 약간의 피드백 데이터 변화가 발생된 후에 수행되어야 한다. 시험 사이클 작업 Wact 는 기준 사이클 작업 Wref 와 비교하기 위해, 그리고 단위출력시간당 배기가스 질량을 계산하기 위해 사용된다. 동일한 방법을 기준 및 시험엔진출력을 통합하는 데에도 사용될 수 있다.

사이클 작업 일이 인접 기준 및 시험 싸이클 일에서 결정 되어져야 한다면 선형보간법을 사용하여야 한다. 기준 및 시험 사이클 작업의 통합에 있어서, 모든 부의 토크 값은 0과 동등하게 설정되고 포함되어야 한다. 적산이 5 Hz 이하의 주파수에서 수행된다면, 그리고 주어진 시간 동안 토크 값이 정에(+)에서 부(-)로 또는 부(-)에서 정(+)으로 바뀐다면, 부(-)의 부분을 계산하여 0과 동등하게 설정하여야 하며 정(+)의 부분은 적산 값에 포함 시켜야 한다.

Wact 는 Wref 의 -15%에서 +5% 이내에 있어야 한다.

(3) 시험 사이클의 검증 통계

기준 값에 대한 회전수, 토크 및 출력 피드백 값의 선형회귀분석이 이뤄져야 한다. 이 옵션이 선택되었을 경우, 이것은 약간의 피드백 데이타 변화가 발생된 후에 수행하여야 한다. 다음과 같은 형태를 갖는 가장 적합한 방정식을 사용하여 최소자승법을 사용하여야 한다.

Y = mx + b

여기서, Y = 회전수(rpm), 토크(Nm) 또는 출력(kW)의 피드백(실제)값

m = 회귀선의 기울기

x = 속도(rpm), 토크(Nm) 또는  출력(kW)의 기준 값

b = 회귀선의 y 절편

Y의 x에 대한 표준편차(SE) 및 결정계수(r2)는 각 회귀선에 대해 계산되어야 한다. 이런 분석은 1 Hz 단위로 수행되어야 하며 모든 부(-)의 기준 토크 값 및 관련 피드백 값은 사이클 토크 및 출력 검증으로부터 지워져야 하는데 다음 허용오차이내 들어야 한다.

<표 1>  회귀선 허용오차

구 분	회전수	토크	출력
Y의 X에 대한 추정값(SE)의 표준편차	최대 100 rpm	최대 엔진 토크의 최대 13%	최대 엔진 토크의 최대 8%
회귀선의 기울기(m)	0.95~1.03	0.83~1.03	0.89~1.03
결정계수(r2)	최소 0.9700	최소 0.8800	최소 0.9100
회귀선의 Y절편(b)	± 50 rpm	±20 Nm 또는 ± 2% 최대토크 중 큰 값	± 4 kW 또는 ± 2% 최대출력 중 큰 값

회귀분석에서의 포인트 삭제는 아래의 표에 나타낸 범위에서 허용된다.

<표 2>  회귀분석으로부터 허용되는 포인트 삭제 조건

조 건	삭제되는 포인트
풀(Full) 부하 요구값 및 토크 피드백 < 토크 기준 사이클 값의 95%	토크 또는 출력
풀(Full) 부하 요구값 및 회전수 피드백 < 회전수 기준 사이클 값의 95%	회전수 또는 출력
무부하 토크 피드백, 비 아이들 포인트 > 토크 기준 사이클 값	토크 또는 출력
무부하 회전수 피드백 ≤ 아이들±50rpm 무부하 토크 피드캑 = 제작사가 제시한 최대토크의 ±2%	토크 또는 출력
무부하 회전수 피드백 > 아이들±50rpm 무부하 토크 피드캑 > 토크 기준 사이클 값의 105%	토크 또는 출력
무부하를 포함한 회전수 피드캑 > 회전수 기준 사이클 값의 105%	토크 또는 출력
모토링	회전수, 토크, 출력

6. 계산식

가. 배기가스(가스상물질) 질량 계산

(1) 희석 배기가스 유량의 결정

사이클 중 전체 희석 배기가스 유량 (kg/test)은 사이클 중에 직접 측정되던지 유량 측정장치의 상응하는 보정 데이터(PDP 에 대해 V0 또는 CFV에 대해 Kv)로부터 산출되어야 한다.

① 희석 배기가스의 온도가 열교환기를 사용함으로써 사이클 중 일정하게 유지되는 경우에는 다음 방정식이 적용되어야 한다. (PDP-CVS 에 대해 ± 6 K, CFV-CVS 에 대해 ±11 K, )

[PDP-CVS 시스템: MTOTW = 1,293×VO×NP×(PB-P1)×273/(101,3×T)]

여기서, MTOTW = 사이클 중 희석 배기가스의 습식질량 (kg)

V0 =시험조건에서 회전수에 따른 펌프로 이송되는 가스량 ( m3/회전수)

Np = 시험 기간 중 펌프의 전체 회전수

PB = 시험 셀 내의 대기압 (kPa)

PI = 펌프 입구에서 대기 상태하의 압력 저하 (kPa)

T = 사이클 중 펌프 입구에서 희석 배기가스의 평균온도 (K)

[CFV-CVS 시스템: MTOTW = 1,293×t×KV×PA/T0.5]

여기서, MTOTW = 사이클 중 희석 배기가스의 습식 질량 (kg)

t = 사이클 운전시간 (s)

Kv = 표준조건에 대한 임계 유속 측정값의 보정계수

PA = 벤츄리관 입구에서의 절대압력 (kPa)

T = 벤츄리관 입구에서의 절대온도 (K)

② 유량보상 시스템이 사용되는 경우(즉, 열교환기 없이), 순간적인 질량 측정값은 사이클 중 계산되고 적산 되어야 한다. 이 경우에 희석 배기가스의 순간적인 질량은 다음과 같이 계산되어야 한다.

[PDP-CVS 시스템: MTOTW,i = 1,293×VO×NP,i×(PB-P1)×273/(101,3×T)]

여기서, MTOTW,i = 희석배기가스의 습식 질량의 순간 측정값(kg)

Np,i = 싸이클 시간차이에 따른 펌프의 전체 회전수

[CFV-CVS 시스템: MTOTW,i = 1,293×△ti×KV×PA/T0.5]

여기서, MTOTW,i = 희석배기가스의 습식 질량의 순간 측정값(kg)

△ti    = 시간 차이 (s)

입자(MSAM) 및 가스상물질의 전체 샘플 질량이 CVS 유량(MTOTW)의 0.5%를 초과하는 경우, CVS 유량은 MSAM 에 대해 수정되어야 하거나, 입자상물질 샘플유량은 유량 측정 장치(PDP 또는 CFV)전에 CVS로 복귀되어야 한다.

(2) NOx 습도보정계수

NOx 는 대기조건에 따르므로, NOx 농도는 다음 방정식에서 대기 중의 습도에 대해 수정해야 한다.

(a) 디젤엔진인 경우

[eqn: K _{ H,D } = {1} over {1-0,0182×(H_{ a } -10,71)}]

(b) 가스(NG, LPG)엔진인 경우

[eqn: K _{ H,G } = {1} over {1-0,0329×(H _{ a } -10,71)}]

여기서, Ha= 건조흡입공기에 포함된 수분량(gH2O/kg dry)

[eqn: H_{ a } = {6,220×R_{ a }×P_{ a }} over {P_{ B }-P_{ a }×R_{ a }×10 ^{ -2 } }]

Ra = 흡입공기의 상대습도(%)

Pa = 흡입공기의 포화 수증기압 (kPa)

PB = 대기압 (kPa)

(3) 배출가스 질량 계산

(가) 일정 유량 제어 시스템

열교환기를 사용하는 시스템의 경우, 배출가스의 질량(g/test)은 다음 식에 의해 결정되어야 하며 NMHC 측정이 불가능한 경우에는 THC 값으로 NMHC 값을 대체할 수 있다.

[eqn: (a)~ NOx_mass~ = 0.001588 × NOx_conc × K_H.D × M_TOTW ~~(디젤엔진)]

[eqn: (b)~ NOx_mass~ = 0.001588 × NOx_conc × K_H.G × M_TOTW ~~(가스엔진)]

[eqn: (c)~ CO_mass~ = 0.000967 × CO_conc × M_TOTW]

[eqn: (d)~ (NM)HC_mass~ = 0.000480 × (NM)HC_conc × M_TOTW ~~(디젤엔진)]

[eqn: (e)~ (NM)HC_mass~ = 0.000507 × (NM)HC_conc × M_TOTW ~~(LPG엔진)]

[eqn: (f)~ (NM)HC_mass~ = 0.000584 × (NM)HC_conc × M_TOTW ~~(천연가스엔진)]

[eqn: (g)~ CH_4mass~ = 0.000559 × CH_4conc × M_TOTW ~~(천연가스엔진)]

여기서,

NOxconc, HCconc, NMHCconc

= 적산법 ( NOx 및 HC 에 대하여는 의무적임) 또는 샘플백 측정법에 의한 사이클 중의 평균 백그라운드 수정농도 (ppm)

MTOTW = 사이클 중 희석 배기가스 습식 질량 (kg)

KH.D = 디젤엔진 습도 보정계수

KH.G = 가스엔진 습도 보정계수

건식 기준으로 측정된 농도는 습식 기준으로 전환되어야 한다.

NMHCconc는 측정 방법에 따라 다음과 같이 산출되는데 HC 농도에 CH4 농도를 차감한 값이다.

(ⅰ) GC 방법

[eqn: NMHC_conc ~ = HC_CONC - CH_4CONC]

(ⅱ) NMC 방법

[eqn: NMHC _{conc } = {HC(w/o Cutter)×(1-CE_{M})-HC(with Cutter)} over {CE_{E}-CE _{ M }}]

HC(with Cutter): NMC를 통하여 흐르는 샘플가스의 HC농도

HC(w/o Cutter): NMC를 바이패스하는 샘플가스의 HC농도

CEM(메탄 효율)= 1-CONCw/CONCW/O

여기서, CONCw: NMC를 통하여 흐르는 CH4의 HC 농도

CONCw/o: NMC를 바이패스하는 CH4의 HC 농도

CEE(에탄 효율)= 1-CONCw/CONCW/O

여기서, CONCw: NMC를 통하여 흐르는 C2H6의 HC 농도

CONCw/o: NMC를 바이패스하는 C2H6의 HC 농도

[ 백그라운드 수정 ]

배출가스 백그라운더 농도를 얻기 위해서는 희석 공기 중에 있는 가스상 물질의 평균 백그라운드 농도를 측정농도로부터 차감하여야 한다. 백그라운드 농도의 평균값은 샘플 백 법(sample bag method)또는 적분을 사용하는 연속 측정법에 의해 다음 방정식으로 결정되어야 한다.

[eqn: CONC~ = CONC_e - CONC_d (1 - (1/DF))]

여기서,

conc = 희석 공기 배출가스 농도로 수정된 희석 배기가스의 배출가스 농도

conce = 희석 배기가스의 배출가스 농도(ppm)

concd = 희석 공기 중의 배출가스 농도(ppm)

DF   = 희석 계수

희석 계수 계산식:

(a) 디젤 및 LPG 연료 엔진

(b) NG 연료 엔진

여기서, CO2,conce = 희석 배기가스의 CO2 농도(%)

HCconce = 희석 배기가스의 HC 농도(ppm C1)

NMHCconce = 희석 배기가스의 NMHC 농도(ppm C1)

COconce = 희석 배기가스의 CO 농도(ppm)

Fs = 화학량론적 인자

건식 기준으로 측정된 농도는 습식 기준으로 전환되어야 하며 화학량론적 인자는 다음과 같이 계산되어야 한다:

여기서, x, y = 연료조성 CxHy

이와는 달리, 연료 조성이 알려져 있지 않다면 다음의 화학량론적 인자가 사용될 수 있다.

Fs(디젤) = 13.4

Fs(LPG) = 11.6

Fs(NG) = 9.5

(나) 유량 보정 시스템

열 교환기가 없는 시스템을 위해 배기가스의 질량(g/test)은 순간적인 질량을 계산하고 사이클 중의 순간적인 값을 적산함으로써 결정되어야 한다. 또한 백그라운드 수정이 순간적인 농도 값에 직접 적용되어야 한다.

[eqn: (a)~ NOx_mass~ =SUM from { { t }=1} to n ~(M_TOTW × NOx_conce,i ×0,001588 ×K_H,D ) ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ #- (M_TOTW × NOx_concd × (1 - 1 OVER DF ) × 0,001588 × K_H,D ) ~~ (디젤엔진)]

[eqn: (b)~ NOx_mass~ =SUM from { { t }=1} to n ~(M_TOTW × NOx_conce,i ×0,001588×K_H,G )~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ #- (M_TOTW × NOx_concd × (1 - 1 OVER DF ) × 0,001588 × K_H,G ) ~~ (가스엔진)]

[eqn: (c)~ CO_mass~ =SUM from { { t }=1} to n ~(M_TOTW × CO_conce,i ×0,000967 ) ~~~~~ #- (M_TOTW × CO_concd × (1 - 1 OVER DF ) × 0,000967 )]

[eqn: (d)~ (NM)HC_mass~ =SUM from { { t }=1} to n ~(M_TOTW × (NM)HC_conce,i ×0,000480 ) ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ #- (M_TOTW ×(NM) HC_concd × (1 - 1 OVER DF ) × 0,000480 ) ~~ (디젤엔진)]

[eqn: (e)~ (NM)HC_mass~ =SUM from { { t }=1} to n ~(M_TOTW × (NM)HC_conce,i ×0,000507 )~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ #- (M_TOTW × (NM)HC_concd × (1 - 1 OVER DF ) × 0,000507 ) ~~( LPG엔진)]

[eqn: (f)~ (NM)HC_mass~ =SUM from { { t }=1} to n ~(M_TOTW × (NM)HC_conce,i ×0,000584 )~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ #- (M_TOTW × (NM)HC_concd × (1 - 1 OVER DF ) × 0,000584 ) ~~(천연가스엔진)]

[eqn: (g)~CH_4~mass~ =SUM from { { t }=1} to n ~(M_TOTW × CH_4~conce,i ×0,000559 )~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ #- (M_TOTW × CH_4~concd × (1 - 1 OVER DF ) × 0,000559 ) ~~ (천연가스엔진)]

여기서, conce : 희석 배기가스의 배출가스 농도, ppm

concd : 희석 공기의 배출가스의 농도, ppm

MTOTW,i : 희석 배기가스의 순간적 질량, kg

MTOTW  : 사이클에 대한 희석 배기가스의 총 질량, kg

KH,D : 디젤 엔진 습도 보정계수

KH,G : 가스 엔진 습도 보정계수

DF : 희석 계수

(4) 배출가스 결과 값(g/kWh) 계산

[eqn: NO_x~ =~{NO_x~mass} OVER {W_act}~~~~~(경유,~가스 엔진)]

[eqn: CO~ =~{CO~mass} OVER {W_act}~~~~~(경유,~가스~엔진)]

[eqn: (NM)HC~ =~{(NM)HC~mass} OVER {W_act}~~~~~(경유,~ LPG~ 엔진)]

[eqn: (NM)HC~ =~{(NM)HC~mass} OVER {W_act}~~~~~(천연가스~엔진)]

[eqn: CH_4~ =~{CH_4~mass} OVER {W_act}~~~~~(천연가스~엔진)]

여기서, Wact : 실제 사이클 작업일

나. 입자상물질의 계산(경유 엔진)

(1) 질량 유량의 계산

(가) 전유량 휘석 시스템

입자상물질 질량(g/test)은 아래와 같이 계산되어야 한다.

[eqn: PT_mass~=~{M_f over M_sam}× M_TOTW over 1000]

여기서, Mf : 사이클 운전 중에서 채취된 입자상물질 질량, mg

MSAM: 사이클 중 희석터널의 희석 배기가스 질량, kg

MTOTW: 사이클 중 희석배기가스의 총 질량, kg

2중 희석 시스템이 사용된 경우 여지를 통하여 채취된 2중 희석 배기가스의 총질량에서 2차 희석 공기의 질량을 차감하여야 한다.

[eqn: M_SAM =~M_TOT~ - ~M_SEC]

여기서, MTOT : 여지를 통과한 2중 희석 배기가스의 질량, kg

MSEC : 2차 희석 공기의 질량, kg

희석공기의 입자상물질 백그라운드 레벨에 따라 입자상물질의 질량(g/test)은 다음과 같이 백그라운드 수정되어야 한다

[eqn: PT_mass = LEFT ( M_f over M_SAM - LEFT ( M_d over M_DIL ×LEFT ( 1 - 1 over DF RIGHT ) RIGHT ) RIGHT ) × M_TOTW over 1000]

여기서, MDIL : 백그라운드 입자상물질 샘플러로 샘플된 1차 희석공기의 질량,kg

Md : 1차 희석공기의 백그라운드 입자상물질 질량, ㎎

(나) 부분유량 휘석시스템

입자상물질 질량(g/test)은 아래와 같이 계산되어야 한다.

(a) 방법1

[eqn: PT_mass~=~{M_f over M_sep }~× { M_edf over 1000}]

여기서,

Mf : 사이클 운전 중에서 채취된 입자상물질 질량, mg

Msep : 여지를 통과한 희석 배기가스의 질량, kg

Medf : 사이클 중 등가 희석 배기가스의 질량, kg

사이클 중 등가 희석 배기가스의 총 질량은 아래와 같이 계산되어야 한다.

[eqn: M_edf~ =SUM from { { i }=1} to i=n ~q_Medf,i~ ×~ 1overf]         [eqn: q_Medf,i~ =~q_Mew,i~ ×~ r_d,i]              [eqn: r_d,i~ = ~q_Mdew,i over{ (q_Mdew,i - q_Mdw,i ~) }]

여기서,

qMedf,i : 순간 등가 희석 배기가스의 질량유량, kg/s

qMew,i : 순간 배기가스의 질량유량, kg/s

rd,i : 순간 희석 비

qMdew,i : 희석 터널을 통과한 희석 배기가스의 질량유량, kg/s

qMdw,i : 순간 희석공기의 질량유량, kg/s

f : 데이터 샘플링 비, Hz

n :측정 수

(b) 방법2

[eqn: PT_mass~=~{M_f over r_s~×~1000}]     [eqn: r_s~=~{M_se over M_ew}~×~{M_sep over M_sed }]

여기서,

Mf : 사이클 운전 중에서 채취된 입자상물질 질량, mg

rs : 사이클 중 평균 샘플 비

Mse: 사이클 중 샘플 질량, kg

Mew: 사이클 중 배기가스의 총 질량, kg

Msep: 여지를 통과한 희석 배기가스의 질량, kg

Msed: 희석 터널을 통과한 희석 배기가스의 질량, kg

(2) 입자상물질 질량 계산

[eqn: PT~=~{PT_mass }over{ W_act}]

여기서, Wact : 실제 사이클 작업일, kWh

7. 교  정

검사용기기의 정도검사방법과 동일하다.

<표 3. ETC 원동기동력계 시험모드>