여전히 전쟁의 양상은 시장 점유율의 확장에 포커스가 맞춰져 있다. 다시 말해 미래에 대한많은 예측과 전망이 나오고 있지만 실제 시장에서의 전쟁은 어떤 형태로든지 자신들이 개발한 모델들의 시장 확대에 힘을 쏟고 있다는 얘기이다.
그러나 좀 더 들여다 보면 이들 모두는 단기적인 차원에서의 생존전략과 궁극적으로 살아남을 수 있는 해법을 찾기 위한 방법을 병행하고 있음을 알 수 있다. 여기에서 궁극적으로 살남을 수 있는 해법이란 다름 아닌 차세대 파워 트레인, 즉 화석연료를 사용하지 않는 솔루션을 찾아야 한다는 것이다.
글 / 채영석 (글로벌오토뉴스국장)
그런데 그것이 생각처럼 쉬운 일이 아니기 때문에 각 자동차 회사들은 지금 주어진 주건에서 최선의 방법을 찾으려 하고 있다. 유럽 메이커들은 디젤 엔진의 개량, 토요타는 하이브리드, 미국은 에탄올 혼합연료 등을 통해 석유의 소비를 가능한 억제하고자 하는 노력을 하고 있다는 것이다. 그 중 이번에는 폭스바겐의 방향성에 대해 살펴 본다.
올 초 폭스바겐은 테크놀러지 워크샵을 통해 HCCI(Homogeneous Charge Compression Ignition의 약자로 예혼합압축자기착화 방식을 응용한 엔진) 엔진 및 하이브리드, 그리고 디젤엔진에 대한 그들의 기술 개발 현황을 소개했다.
폭스바겐은 2.0TDI엔진을 베이스로 여기에 HCCI 연소를 하는 CCS(Combined CombustionSystem; 복합연소시스템)모드를 소개했다. TDI야 워낙에 많이 소개된 내용이므로 HCCI에 대해 잠깐 짚고 넘어가자. HCCI 역시 이미 글로벌오토뉴스의 스페셜 이슈난을 통해 여러 차례 소개한 적이 있는 것으로 말하자면 가솔린과 디젤의 융합으로 연료를 예열된 공기와 혼합시켜 스파크플러그가 없이 자기 착화하는 연소방식이다.
연료와 공기가 충분히 잘 혼합된 상태에서 한 곳이 아닌 무수한 포인트에서 착화함으로써 균일한 연소를 가능하게 해 출력과 연비를 개선하고 동시에 부산물인 PM의 발생을 저감한다. 매연이 적기 때문에 연소온도를 낮출 수 있고 EGR(Exhaust-Gas Recirculation: 배기 가스 순환장치)의 대량 유입과 어울려 NOX(질소산화물)도 저감시킨다고 한다. 즉 고출력 저연비, 그리고 저 유해가스를 실현하는 기술인 것이다.
이 HCCI는 현 시점에서는 궁극적인 연소방식으로 전 세계 자동차 메이커들 상당수가 개발에 열을 올리고 있다.
폭스바겐의 CCS는 세계 최초로 그것을 실제 자동차에 탑재하는 수준에 까지 이른 것이다. 그리고 그것을 가능하게 한 것이 상황에 따라 TDI와 CCS 두 가지 모드를 자동으로 전환할 수 있다고 하는 기법이다. 이 말은 엔진의 전 영역을 HCCI화하는 것은 어렵고 현 시점에서는 최대토크 절반 정도까지 밖에 대응할 수 없다고 한다.
또 하나는 DSG와 하이브리드의 결합이다.
1.4리터 최고출력 150ps, 최대토크 22.4kgm 사양의 터보 엔진에 최고출력 27ps, 최대토크 13.2kgm의 전기모터, 그리고 건식 클러치를 사용한 7단 DSG를 동일 액슬상에 조합한 심플한 구성. 이 시스템은 토요타 프리우스의 THS-Ⅱ와 비교하면 출력은 적지만 폭스바겐측은 발진과 가속 보조용으로 그 이상의 출력은 필요없다고 주장하고 있다.
모터출력이 이 정도라면 토요타 THS-Ⅱ와 같은 복잡한 동력분할기구에 의해 엔진파워를 배터리에 충전하지 않아도 되기 때문에 유럽의 고속주행이 주류인 교통환경에서도 뛰어난 연비를 실현할 수 있다고. 거기에 중량 저감으로 인해 비용 저감도 실현하고 있다.
반면 시가지 주행연비는 THS-Ⅱ에 미치지 못한다. THS-Ⅱ가 무단변속기구에 의해 감속시에 에너지를 회생시키는데 대해 폭스바겐의 하이브리드는 변속시에 클러치를 작동시키지 않으면 안되는 DSG이기 때문에 에너지 회수 효율이 떨어진다.
하지만 그것은 상정된 주행조건의 차이로 인한 것으로 어느쪽이 좋다 나쁘다고는 할 수 없다. 투란에 탑재한 이 시스템의 연비는 100km당 6리터로 충분히 의미가 있는 수치다.
세 번째로 디젤 촉매의 진화에 관한 대목이다.
폭스바겐도 2009년부터 미국시장에서 적용되는 소위 디젤금지법이라고 불리우고 있는 Tier2 Bin5를 클리어하는 클린 디젤을 개발했다. 메르세데스 벤츠와 제휴에 의해 블루텍이라고 불리는 이 배기가스 처리시스템은 DeNOx 촉매, 소위 NOx흡장촉매다. 배기가스가 희박한 통상시에는 촉매 안의 로듐(Rhodium)에 NOx를 흡장시켜두고 정기적으로 배기가스를 CO를 포함한 짙은 상태로 하는 것으로 그 NOx와 반응시켜 N2와 CO2로 분해한다. 폭스바겐에서는 파사트급까지는 NOx흡장촉매로 규제 클리어가 가능하고 그 이상의 크기에서는 뇨소 SCR(Selective Catalytic Reduction(SCR) catalytic converter)를 사용하게 된다.
배기계 끝 부분의 H2S촉매, 그리고 패시브 SCR도 주목을 끈다. H2S촉매는 어떤 저유황 경유에서 혼합되어 있는 S=유황과 H2가 결합한 H2S=유화수소를 포집하는 것. 소량으로도 유동석와 악취를 발생하는 H2S에의 대책은 다른 메이커에서는 볼 수 없는 특징이다. 패시브 SCR은 NOx흡장촉매에서의 DeNOx 과정에 발생되는 NH3=암모니아를 분해한다. 촉매로 하는 것은 NOx. 배기가스 중의 NOx는 98~99%가 NOx흡장촉매로 분해되고 남은 1~2%는 여기에서 NH3의 분해에 사용된다. 역으로 말하면 DeNOx 과정에서 생길 수밖에 없는 NH3로 NOx 저감에 활용되고 있다.
물론 그동안 주로 사용해 오던 유닛 인젝션 대시 커먼레일 방식으로 전환하고 있는 대목도 간과할 수 없는 부분이다.
현 시점에서 수소를 사용하는 수소 엔진과 수소연료전지 시스템이 본격적으로 실용화 단계로 들어가려면 아직은 많은 시간이 남아 있다. 긍정적인 시각으로 보아도 2020년은 지나야 한다는 것이 중론이다.
그렇다면 당분간은 여전히 석유를 사용하는 내연기관 엔진이 주역일 수밖에 없다는 얘기가 된다.
결국은 지구 환경을 살리기 위해 화석연료를 사용하지 않아야 한다는 절체절명의 과제를 안고 동시에 화석연료를 사용하는 파워 트레인의 효율을 높여 연비를 끌어 올리고 그로 인해 유해 배기가스를 저감하는 실력을 보여 주는 메이커가 주도권을 쥘 수 있다는 얘기가 된다. |
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