자동차 브레이크 시스템의 미세먼지 평가 - 함규용 (The Graduate School, Ajou University, 2022)
최근 자동차 산업은 내연기관 자동차의 배기관과 비배기관에서 발생되는 미세먼지 (Fine Particle)가 대기오염에 미치는 영향을 최소화하기 위해 미세먼지 배출량 규제 및 미세먼지 저감을 위한 대응책 마련을 위해 많은 노력과 비용을 투자하고 있다. 이러한 결과로 배기관 미세먼지 (Exhaust Particle Matter) 배출량은 지속적으로 감소되고 있으며, 친환경 자동차 보급이 확대됨에 따라 그 영향은 더욱 감소될것으로 예상된다. 반면에, 타이어와 브레이크 시스템에서 발생되는 비배기관 미세먼지 (Non-exhaust Particle Matter) 배출량은 여전히 높게 나타나고 있으며, 친환경 자동차 보급이 확대되더라도 배출량 감소는 여전히 높을것으로 예상된다 UN PMP (Particle Measurement Program) 그룹의 연구동향에 따르면 내연기관 자동차의 비배기관에서 발생되는 미세먼지 배출량은 하이브리드자동차 (Hybrid Vehicle) 및 전기자동차 (Electric Vehicle) 등의 친환경 자동차의 비배기관에서 발생되는 미세먼지 배출량과 비슷한 수준을 보인다. . 이에 최근에 비배기관 미세먼지 (Non-exhaust Particle Matter) 배출량 및 그 영향을 분석하고 관련된 환경오염 규제 및 저감을 위한 대응책 마련을 위한 연구 활동이 활발히 진행 중이다. 본 논문에서는 브레이크 시스템에서 발생되는 비배기관 미세먼지를 표준화된 측정 시스템과 절차를 통해 다양한 환경에서 측정 및 평가하였고 그 영향에 대해 분석하였다. 특히, 본 연구에서는 실제 자동차 조건을 모사하여 시험하기 위해 브레이크 다이나모미터 (Brake Dynamometer)를 이용하여 자동차 브레이크 시스템을 설계하였고 이를 통해 배출되는 미세먼지량을 측정하고 실시간 개수를 분석하였다. 또한, 폐쇄된 공간에서 제동시 발생하는 마찰재의 미세먼지만을 포집 및 측정하기 위해 인클로저 (Enclosure) 및 브레이크 시스템에 대한 냉각풍을 전달할 수 있는 덕트를 장착하여 외부 공기와 차단할 수 있는 환경을 조성하였으며, 이를 통해 제동시 브레이크 패드 및 디스크에서 발생하는 미세먼지의 PN(Particle Number)2.5와 PN10을 측정하였다. 본 논문의 실험결과, 현재 운행중인 중형 세단의 브레이크 시스템에서 발생하는 미세먼지는 인체에 치명적인 영향을 미칠 수 있는 나노 단위의 초미세먼지 개수와 PM2.5와 PM10의 질량농도 (Particle Concentration)를 배출하고 있음을 보였다. 또한, PM2.5와 PM10을 질량별로 분석했을 때 질량농도 2.5 ㎍/㎥ 부근의 미세먼지가 가장 많이 배출되고 있으며, 미세먼지의 개수는 0.54㎛이상 측정 결과 0.78㎛ ~ 1㎛ 부근에서 가장 많이 배출되고 있음 보였다. 본 연구에서 브레이크 시스템에서 발생하는 미세먼지 배출량 측정을 위해 고려된 표준화된 측정 시스템 및 절차, 그리고 실시간 미세먼지 개수와 질량농도를 통한 미세먼지 배출량 측정 방법은 향 후 비배기관 미세먼지 측정을 위한 시험 방법의 표준을 정립하기 위한 자료로 사용될 수 있다. 나아가, 향 후 비배기관 미세먼지 저감대책에 대응 가능한 미세먼지 저감 마찰재를 개발에 활용될 수 있다.
학위논문(석사)--아주대학교 일반대학원 :기계공학과,2022. 2
Keywords: Brake emission testing; Brake particle testing