자동차 브레이크 시스템과 미세먼지

자동차의 브레이크 시스템에서 발생하는 미세먼지

는 크게 다음과 같은 3가지 방법을 통해 측정될 수 있으며 실제 자동차에 포집 장치를 장착하여 미세먼지를 측정하는 방법은 실제 자동차에 포집 장치를 장착하여 시험을 진행할 경우 도로에서 부유되는 도로비산먼지와 타이어 및 모래와 같은 기타 대기오염 물질 영향으로 인해 브레이크 시스템에서 발생하는 미세먼지를 정확하기 어려운 문제점이 있지만 실제 시험을 진행하는 운전자의 습관 및 실제 제동 환경에서 측정한 데이터를 얻을 수 있는 장점이 있습니다.

 

브레이크 시스템을 축소시켜 만든 스케일 다이나모미터

Scale Dynamometer를 이용하여 미세먼지를 측정하는 방법 실제 자동차에 포집 장치를 장착하여 시험하는 방법과 비교해 외부 대기오염 물질에 의한 영향이 적은 반면에 축소된 부품과 간소화된 시험 스펙 테스트 항목으로 인하여 실제 발생하는 미세먼지량과 측정한 미세먼지량 간의 큰 차이가 발생될 수 있는 문제점이 있는데 브레이크 다이나모미터를 이용하여 미세먼지를 측정하는 방법 브레이크 다이나모미터를 이용하여 실제 자동차의 제동 환경을 구현하고 실시간 미세먼지 측정 장비를 이용하여 실제 제동 구간에서 발생하는 미세먼지를 실시간으로 정확하게 측정할 수 있는데 또한 폐쇄 환경에서 시험을 진행함으로써 외부 대기오염 물질에 의한 영향을 최소화하고 단방향의 냉각풍을 사용하여 실시간 미세먼지 측정기의 효율성을 높일 수 있는데 하지만 장비를 구성함에 상당히 많은 비용이 들어가는 단점이 있는데 본 논문에서는 기존의 실험 연구결과에서 관찰되는 제한적인 측정환경과 측정 방법에 의한 부정확한 미세먼지 측정 문제점을 해결하기 위해 브레이크 다이나 모미터를 이용한 미세먼지 측정 방법을 선택하였으며 Figure 2.1은 미세먼지 측정을 위해 구현한 브레이크 미세먼지 측정 시스템을 나타냅니다.

 

자동차의 브레이크 시스템에서 발생하는 미세먼지

를 측정하기 위해서는 실제 차량의 제동 조건을 모사할 수 있는 장비가 요구되며 이에 본 연구에서는 브레이크 다이나모미터 제동 시뮬레이터 장비를 이용하여 제동 환경을 구축하였고 미세먼지 측정용 시험모드를 해당 장비를 사용하여 구동하였으며 이때 실험에 사용된 브레이크 다이나모미터는 2600cm Depth × 7090cm Wide × 2705cm Hight의 크기를 가지며 일반적으로 승용차의 브레이크 시스템을 시험하기 위해 사용되는 장비이며 브레이크 다이나모미터의 최대 관성 값은 20 kgfms2이며 DC-drive 시스템을 이용하여 브레이크 디스크를 최대 2400 rpm까지 회전시킬 수 있는데 또한 브레이크 다이나모미터는 시험 중 브레이크 디스크와 브레이크 패드에서 발생하는 온도를 측정하기 위한 온도 센서 및 채널들을 보유하고 있기 때문에 시험 중 제동 온도를 실시간으로 측정할 수 있는 장점이 있는데 Figure 2.2는 측정 시스템에 사용된 브레이크 다이나모미터를 나타내는 중입니다.

 

브레이크 다이나모미터를 이용한 미세먼지 측정 시험

을 하기 위해서는 브레이크 시스템에 공급하는 냉각풍을 생성하고 제어할 수 있는 장비가 필요하다. 이때 실험에 사용된 CCU는 1200cm D × 1200cm W × 1600cm H의 크기를 가지며 시험자가 원하는 냉각풍의 온도 습도 및 풍속을 생성하여 브레이크 시스템에 공급해주는 역할을 하며 해당 장비의 냉각풍의 온도는 장비 내부에 설치되어있는 난방 시스템 Heating System과 냉매를 통한 냉각 시스템 Cooling System을 이용하여 제어할 수 있으며 온도 제어 범위는 20℃에서 4 0℃까지 제어할 수 있는데 냉각풍의 습도는 증발기를 통하여 습기를 생성하며 50% RH에서 80% RH까지 제어하여 공급할 수 있는데 또한 냉각풍의 유량은 장비 내부 Fan을 이용하여 120 CMH ~ 2000 CMH까지 제어할 수 있는데 Figure 2.3은 측정 시스템에 사용된 CCU를 나타내고 있습니다.

 

Duct는 CCU에서 생성된 냉각풍을 브레이크 시스템까지 이송하는 통로

직경 150 mm로 제작되었으며 실험에 사용된 Duct는 브레이크 시스템에서 발생하는 미세먼지가 Duct 내에 쌓이는 것을 방지하기 위해 전해연마를 이용해 내부 표면처리를 한 후 사용하였으며 이때 전해연마는 정전기 효과를 최소화하여 철 Fe 성분이 많은 브레이크 시스템의 미세먼지가 유동 중 Duct 내에 쌓이거나 달라붙는 현상을 억제하는 효과가 있는데 CCU에서 생성된 냉각풍은 1차로 Free Filter를 통해 큰 입자들을 걸러주고 H13의 Hepa Filter에서 2차로 필터링하여 외부 미세먼지의 유입 및 브레이크 시스템에서 발생하는 미세먼지의 재유입을 방지해 준다. 따라서 해당 Hepa Filter와 Duct를 이용하여 공급되는 냉각풍은 청결한 상태로 볼 수 있으며 결과적으로 미세먼지 측정 환경에서 기저 먼지를 최소화하여 브레이크 시스템에서 발생하는 미세먼지 측정 효율 및 정확도를 높일 수 있는데 Figure 2.4는 측정 시스템에 사용된 Hepa Filter로서 Figure 2.4a는 Hepa Filter Box를 나타내며 Figure 2.4b는 Hepa Filter H13을 나타냅니다.

 

※참조문헌 : 자동차 브레이크 시스템의 미세먼지 평가 (함규용 2022)