자동차의 배출가스 소음과 대책

자동차의 배출가스 소음과  대책

자동차에서 방출되는 물질 중 대기오염의 원인이 되는 것은 배기관에서 배출되는 물질과 블로바이 가스, 연료 공급계통에서의 증발가스 등이다. 배기관으로부터 방출되는 물질에는, ① 연료의 연소생성물, ② 불완전연소의 생성물, ③ 미연소연료·분해생성물, ④ 연료첨가물의 연소생성물, ⑤ 불순물의 연소생성물, ⑥ 고온의 연소실에서 주로 공기의 성분이 화학변화한 것 등이 있다.

블로바이 가스는 압축행정 또는 팽창행정 중에 피스톤과 실린더 사이에서 누출되는 가스 등이 크랭크 케이스의 환기구멍을 통하여 대기 속에 방출되는 것이다. 이 밖에 가솔린 자동차에서는 기화기나 연료 탱크에서 증발되는 가스도 있다. 자동차에서 방출되는 배출가스의 양이나 질은 기관이나 자동차의 종류, 주행조건 등에 따라 변화하고, 또 같은 자동차라도 조정에서의 미묘한 차이, 정비의 양부(良否), 사용연수 등에 따라 변화한다. 이들은 현재의 자동차가 석유를 연료로 하는 내연기관을 동력원으로 하는 이상 본질적으로는 피할 수 없는 것이다.

 

배출가스의 규제 : 세계에서 자동차의 배출가스 규제가 가장 먼저 시행된 곳은 미국 캘리포니아주(州)의 로스앤젤레스이다. 도시화가 급격히 진행된 로스앤젤레스에서는 이미 1943년에 유명한 LA 스모그가 발생하였으며, 이것이 미국에서의 자동차 배출가스 공해의 시작이다. 스모그에 의한 피해는 처음에는 수목에 나타날 정도였으나, 스모그가 심해짐에 따라 눈이 아프고 기침이 나는 등 인체의 피해도 눈에 띄게 나타나 시민의 고통이 스모그가 발생될 때마다 커져 갔다. 이에 따라 캘리포니아주에서는 1947년 6월 주법(州法)으로 대기오염방지법을 제정하고, 공장매연이나 석유정제과정에서의 증발가스 등을 규제하였으나, 큰 효과를 얻지는 못하였다. 1952년 캘리포니아공과대학의 A.J.H.스미트에 의해 LA 스모그가 태양광선과 자동차의 배출가스에 의한 광화학스모그라는 것이 밝혀져 자동차의 배출가스가 유력한 발생원이라고 하여 주목되기 시작하였다. 이리하여 캘리포니아주에서는 1959년 자동차 오염물질의 배출농도기준을 설정하고, 1960년 자동차오염방지법(自動車汚染防止法)을 제정하였다. 한편, 연방정부에서는 1963년 대기정화법(大氣淨化法)을 제정하고, 1965년 자동차 배출가스 오염방지법이 첨가되어, 1968년 신차부터는 연방 통일의 배출가스 규제가 시작되었다.

1967년에는 대기정화법을 대기질 보전법(大氣質保全法)으로 명칭을 바꾸고, 오염방지를 연방정부의 지도·원조하에 각 주가 책임을 지고 실시할 것, 신차의 배출규제는 원칙적으로 연방정부가 행할 것 등을 정하였다. 또 1970년에는 머스키 의원이 제출한 대기정화법의 개정안이 가결·공포되었으며, 또 이 해에 환경보호청(環境保護廳:EPA)이 설립되어, 오늘날 환경보전에 관한 규제나 지도에 있어 세계적으로 주도적 역할을 하고 있다. 한국에서 자동차의 배출가스가 문제되기 시작한 것은 1970년대 초반부터이다. 이 무렵 한국에서도 승용차가 생산되기 시작하였고, 또 경제력 신장에 따라 자동차 보유대수가 급격히 증가되었다. 규제는 먼저 사용과정 중에 있는 가솔린 자동차의 일산화탄소 CO에 대한 것이었고, 1980년 대기보전법의 제정·공포로 신차에 대한 규제(CO, HC 및 NO)도 시작되었다. 유럽에서는 현재 ECE 규제와 EEC 지령에 따라 자동차 관련의 법규가 통일되고 있으나, 자동차 배출가스에 대한 것은 1977년부터 본격적으로 규제하게 되었다. 시험 모드는 합계 15모드로 구성되는 ECE 모드 시험법이 주로 사용된다.

자동차 배출물의 감소 대책 : 자동차 배출물에 대한 규제가 심화되어감에 따라 배출물 감소를 위한 기술적 대책도 점진적으로 연구·개발되어 만족할 만한 수준을 유지하고 있다. 대책은 연료공급계통 ·흡기계통·연소실·점화장치의 개량 등 유해성분의 발생을 억제하는 방법과, 2차공기의 분사, 촉매 컨버터, 서멀 리액터 등 배기계통의 개량 등과 같이 발생한 유해성분을 재처리하는 방법이다.

 

자동차의 소음원인과 소음대책은 다음과 같이 생각할 수 있다.

자동차의 소음원 : 자동차의 소음원은 기관 블록·냉각계·배기계·구동계·타이어 및 기타로 분류되며, 소음원은 대형 트럭부터 오토바이에 이르기까지 거의 공통적이다.

기관소음은 기관과 그 보기(補機)로부터 방사되는 소음이며, 실린더 내에서 반복되는 폭발적 연소에 기인하는 연소소음과 왕복운동부분의 관성력이나 밸브 기구·타이밍 체인·타이밍 기어 등의 작동에 의한 충격력에 기인하는 기계소음으로 크게 나뉜다. 냉각계의 소음은 팬에서 발생되는 소음이 지배적이며, 팬 소음은 다시 팬의 날개가 공기에 주는 압력변동에 의해 생기는 회전음과 유로(流路)나 날개 끝부분 등에 생기는 공기의 난류(亂流)에 의하는 외음(外音)으로 분류된다. 배기계 소음은 배기음과 방사음으로 나뉜다.

배기음은 배기관 끝에서 나는 음이며, 이것은 다시 기관의 배기행정에 따라 배기가스가 단속적으로 압출되는 것에 의해 발생하는 맥동음(脈動音)과 배기계 내부에서 배기가스의 흐름이 흐트러져서 발생하는 기류음(氣流音)으로 분류된다. 방사음은 배기가스의 흐름 자체나 기관의 진동으로 배기관이나 소음기 표면이 진동하여 발생한다.

흡기계 소음의 발생기구는 배기소음의 발생 메커니즘과 비슷하며, 흡기음과 방사음으로 나뉜다. 흡기음은 흡기구멍으로부터 나는 음이며, 공기를 단속적으로 흡입하는 것에 의해 발생하는 맥동음과, 흡입공기가 공기청정기의 입구나 내부를 통과할 때의 난류에 의해 발생하는 기류음으로 분류된다. 흡기계 방사음은 흡기계의 음압변화나 기관의 진동에 의해 흡기계 표면이 진동하여 발생한다.

구동계 소음은 변속기·추진축·구동차축 또는 2륜차의 체인 등 구동계 각부로부터 방사되는 소음이며, 대형 트럭이나 2륜차 등에서는 무시할 수 없는 요인이 된다. 타이어 소음은 타이어가 노면을 굴러갈 때 발생되며, 타이어 패턴의 홈 속의 공기가 방출될 때 내는 음과, 노면과의 접촉으로 발생하는 것이 주이다. 이 밖에 고속주행 때의 바람소리, 경음기의 음도 자동차의 소음원이다.

소음의 종류는 모든 자동차에 거의 공통적이다. 그러나 각 소음원의 세력의 크기는 차종에 따라 또는 대책방법에 따라 모두 다르다. 각 음원이 차외소음(車外騷音)에 대하여 어느 정도의 영향을 끼치는지(차외소음의 전에너지의 몇 %에 해당하는가)를 안다는 것은 소음대책을 세우는 데에 매우 중요하다. 과거에는 큰 세력을 가졌던 음원이 존재하였으나, 소음대책이 시행됨에 따라 오늘날에는 음원의 세력이 평균화되어 가고 있다.

소음대책 : 소음대책에는 강성(剛性)의 향상, 저소음재료의 채택, 방진고무의 삽입, 진동흡수 댐퍼의 사용 등 설계단계에서 저소음화를 기하는 방법과, 발생한 음을 속히 감쇠시켜 전파되지 않도록 하는 차폐방법이 있다. 또 차폐방법에는 음원과 수음측 사이에 격벽을 두고 음파의 전달을 저지하는 차음식과, 공기의 운동에 의한 마찰이나 흡음재료의 진동으로 음의 운동에너지를 열에너지로 변화시켜 음을 흡수하는 흡음식이 있다. 대책으로는 이들 모든 방식을 각각의 사항에 알맞게 적용하여 소음이 감소되도록 한다.