[기획]자동차, 2030년을 말하다②-엔진

입력 2012-06-21 09:27 수정 2012-06-22 21:23

 한국 자동차산업이 서서히 위기에 봉착하고 있다. 글로벌 시장이 친환경으로 급속히 이동, 기존 제품 대응에 한계가 오고 있어서다. 이에 따라 현재 진행형인 친환경 기술 선점을 위한 노력은 더욱 절실해졌다. 이에 따라 오토타임즈는 한국자동차공학회가 발간한 “2030년 자동차 기술 전망”을 통해 미래를 내다보기로 했다.

 지난 2009년 12월, 덴마크 코펜하겐에서 유엔기후변화협약이 열렸다. 이른바 자동차 배출가스를 줄이기 위한 국가 간의 이행사항을 논의한 자리다. 국가별로 자동차 배기가스 감축 계획이 논의되면서 규제 강화는 필연처럼 따라왔다.

 먼
저 유럽연합은 이산화탄소 배출허용 기준을 올해까지 ㎞당 130g 이하로 규정하고, 2020년에는 95g으로 줄인다는 방침을
굳혔다. 이를 지키지 못하면 벌금을 부과할 계획이다. 또한 미국도 올해부터 2016년까지 매년 연료효율을 5%씩 향상, 승용차
기준으로 ℓ당 16.6㎞까지 끌어올릴 계획이다. 일본도 예외는 아니어서 지금보다 최대 20% 이상의 효율을 높인다는 정부 목표를
세웠고, 한국도 환경부를 중심으로 효율 높이기에 적극 나서고 있다.

 ▲휘발유 엔진
 각종 배기가스 규제는 엔진의 기술 발전 노력을 자극하는 기폭제가 되는 추세다. 가솔린 엔진의 경우 가변밸브시스템과 직접분사(GDI) 등의 지속적인 기술 발전이 추구된다. 그러나 직접 분사의 경우 앞으로 강화되는 배기가스 기준 충족을 위해선 질소산화물의 기술적인 후처리 전제가 필요하다는 게 전문가들의 견해다.

YF쏘나타 HEV_누우엔진(FDCG)

 2030년에는 저속 운전 조건이나 희박한 연소 환경에서 연소속도 향상을 위해 직접분사보다 디젤엔진과 원리가 유사한 예온합 압축착화(HCCI) 방식이 떠오를 것으로 전망되고 있다. 질소산화물의 배출이 적고, 급속연소가 가능하
기 때문이다. 현재로선 외기상태와 연료성상의 변화에 민감해 연소제어방법이 어렵고, 고부하에서 노킹에 의한 파손 문제도 걸림돌이지만
디젤 엔진 이상의 열효율을 얻을 수 있어 HCCI 엔진에 대한 연구는 계속되고 있다. 특히 HCCI에서 반드시 필요했던 밸브
개폐시기의 정밀 제어력이 높아지면서 HCCI의 대중화는 향후 10년 내 도달할 전망이다. 전문가들은 이를 통해 2030년 가솔린 엔진의 경우 현재보다 43% 가량의 효율을 높일 수 있을 것으로 내다보고 있다.
 
 ▲디젤엔진
 기
본적으로 배기가스 개선에 초점이 맞춰져 발전할 예정이다. 이를 위해 가변노즐 터보차저가 점차 일반화되고, 트윈 또는 2스테이지
터보차저 기술이 널리 활용된다. 또한 디젤도 하이브리드가 소비자들의 일상에 자리 잡아 경제성과 탄소감축을 동시에 추구하게 된다.
더불어 기존 압축착화방식(HCCI)은 운전 조건에 의한 노킹 발생이나 착화시기의 제어에 어려움이 있는 만큼 후처리장치가 고효율로 기능하는 배기온도영역은 종래의 디젤연소, 후처리 기능이 저하되는 저배기온도에선 예온합연소를 하는 듀얼모드가 대세로 떠오를 전망이다. 이를 통해 지금보다 최고 48% 가량 효율이 높아질 수 있다는 게 전문가들의 예상이다. 더불어 배기가스재순환장치(EGR)의 차세대 기술 개발도 이뤄진다.

메르세데스 M320 블루텍 엔진

 ▲전기 및 하이브리드
 가솔린 하이브리드는 배터리 전력 저장용량이 커져 확대될 수밖에 없다. 그러나 100% EV의 성장은 높지 않을 전망이다. 내연기관 대비 1회 충전 후 주행 가능 거리가 길지 않아서다. 대신 엔진을 발전기로 사용, 여기서 얻어지는 전기로 구동하는 주행거리연장 전기차가 전기와 내연기관의 동력을 함께 사용하는 하이브리드의 대항마로 주목받을 전망이다. 2030년에는 하이브리드 비중이 50%에 달할 만큼 대중화 될 것으로 보이지만 이 가운데 100% 전기차는 5% 미만이 될 것으로 예측되고 있다.

 권용주 기자 soo4195@autotimes.co.kr