천연가스 자동차 현황 및 기술
천연가스를 연료로 사용하는 천연가스 자동차는 1930년대부터 이탈리아와 러시아에서 처음 제작되었다. 초기에는 주로 과잉 생산된 천연가스의 소비를 목적으로 했으나 1970년대 이후에는 두 차례의 석유파동을 거치면서 에너지 절약수단으로 천연가스 자동차를 보급했다. 1990년대에 들어서는 자동차로 인한 대기오염문제로 특히 대형 경유차의 배출가스를 근원적으로 해결하는 수단으로 보급되고 있다.
차종을 보면 종래에는 가솔린 승용차를 개조해서 가솔린과 천연가스를 병행 사용할 수 있는 'Bi-Fuel' 자동차가 많았지만 현재는 주로 천연가스 전용엔진을 탑재한 자동차를 운행하고 있다. 특히 최근 들어서는 정부와 지방자치제 등 공익사업체를 중심으로 버스·트럭 등의 중량차에 보급이 늘어나고 있다.
미국과 일본 등의 선진국에서는 90년대 초부터 천연가스 자동차 보급에 주력하고 있다. 특히 이번에 우리와 함께 월드컵을 치르는 일본의 경우 지나친 석유의존도를 낮추기 위해 2010년까지 천연가스 자동차 100만대 보급 계획을 설정해 추진하고 있다. 이렇게 천연가스 자동차는 세계 각국에서 점차 증가하고 있는 추세이다.
이에 우리도 지난해부터 본격적으로 천연가스 버스 보급을 시작으로 최근 영등포구청에서는 천연가스 청소차가 운행 중이다. 현재 천연가스 버스는 1천424대(2002년 5월 1일 기준)가 운행 중이며 992대가 운행계약을 체결할 상태이다. 월드컵 개최 전까지 2천500대, 올해 말까지 3천대의 천연가스 버스를 보급할 계획이다. 앞으로 시내버스 2만대를 2007년까지 연차적으로 천연가스 버스로 교체 보급할 예정이다.
또한 지난 4월 25일부터 영등포구청에서 시험적으로 운행 중인 천연가스 청소차는 오는 10월 25일까지 6개월간 청소차로서의 기능·성능 및 경제성 등을 평가해 그 토대로 2003년부터 본격적으로 보급할 계획이다.
천연가스 자동차 기술탐구
천연가스 자동차는 연료의 사용형태에 따라 압축된 천연가스를 연료원으로 사용하는 압축천연가스(CNG) 자동차, 액화상태의 천연가스를 사용하는 액화천연가스(LNG) 자동차 그리고 천연가스를 연료용기에 흡착·저장했다가 사용하는 흡착천연가스(ANG) 자동차로 구분되며 이들 모두를 일컬어 일반적으로 천연가스 자동차(NGV: Natural Gas Vehicle)라고 한다.
압축천연가스(CNG) 자동차는 천연가스를 200∼300b바의 고압으로 압축해서 연료용기에 저장해 사용한다. 현재 대부분의 천연가스 자동차가 사용하는 방식이다. 액화천연가스(LNG) 자동차는 -162。C로 냉각 액화한 천연가스(LNG)를 극 저온 단열용기에 저장해 연료로 사용하는 방식으로 LNG를 기화기(Vaporizer)에서 기화해서 믹서나 흡기매니폴드에 분사해 연료를 공급하는 방식과 LNG를 액상 그대로 실린더 내로 직접 분사해 실린더내의 점화플러그에 의해 점화시키는 두 가지방법이 있다.
흡착식 천연가스(ANG) 자동차는 활성탄 등의 흡착제에 천연가스를 30∼60kg/㎠ 가압해 저장하는 방식으로 충전 압축기 등 충전 시설비용의 절감이 가능하나 흡착제의 비용이 고가이고 저장효율이 낮아 현재의 기술 수준으로는 실용화에는 많은 문제점이 있다.
● 천연가스 자동차 엔진 구조
일반적으로 가솔린차의 경우는 천연가스차의 구조과 연료장치를 제외하고는 거의 동일한 구조로 되어 있다. 디젤엔진의 경우 압축착화기관에서 불꽃점화기관으로의 변경은 물론 연료계통, 연소계통 및 제어계통 등을 변경이 필수적이다.
연료계통으로는 기존 디젤 연료계통의 분사펌프, 분사노즐 등을 벗어나 가스 레귤레이터, 믹서, 트로틀밸브, 연료제어밸브 등의 가스 연료계통을 추가해 장착한다. 압축천연가스(CNG)를 적정압력으로 감압해 연료·공기 혼합장치 및 트로틀밸브를 거쳐 엔진으로 공급되도록 되어있다.
연소실로 공급된 혼합기는 점화를 위해 연료분사 노즐 위치에 설치된 점화플러그에서 점화되어 연소 폭발한다. 점화계통은 점화코일, 점화케이블 및 점화플러그로 구성되어 있고, 내구력 향상을 위한 밸브 등의 재질변경도 수행되었다.
엔진의 최적운전 제어를 위해 각종 센서를 통해 모니터링한 가스온도 압력, 흡입공기 온도 압력, 냉각수온도, 혼합기 압력, 대기압, 배기가스중의 산소농도 등의 신호를 받아 전자제
