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“더 깨끗하게”..환경을 위한 자동차 제조사들의 기술들

데일리카 조회 수660 등록일 2019.07.19
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BMW, 카본코어 (7시리즈)


[데일리카 박홍준 기자] 환경 문제가 대두됨에 따라, 연비 및 배출가스 규제가 전 세계적으로 강화되는 가운데, 자동차 업계 또한 이를 충족하기 위한 다양한 기술 발전을 이어가고 있다.

이는 전기차, 하이브리드, 플러그인 하이브리드 등 전동화 추세에 뒤따르는 자연스러운 경향이 크지만, 자동차 업계는 이전부터 배출가스를 저감하고 연비를 높이기 위한 다양한 기술 연구를 진행해왔다.

■ 경량화

자동차의 무게가 10% 감소할 경우, 연료 효율은 6%가량 증가한다는 연구 결과가 있다. 이렇듯 자동차의 경량화는 엔지니어링에 있어 핵심적인 요소로 꼽힌다.

자동차 업계의 경량화 추세는 지속적인 발전을 이어가는 추세다. 그간의 경량화는 알루미늄, 초고장력강 등 금속 기반의 특수 합금 강판을 이용해왔지만, 근래엔 플라스틱과 탄소섬유 등으로 소재의 범위도 점차 넓어지고 있다.

신형 쏘나타 (3세대 플랫폼)


특히, 탄소섬유 소재는 일부 슈퍼카 등의 고성능 자동차의 일부 파츠에 접목되던 게 일반적이었지만, 최근 이를 기반으로 한 차체 설계 방식이 도입되는 등 관련 산업의 발전이 지속적으로 이어지고 있다.

카본파이버는 탄소 원자가 분자 사슬 형태로 길게 늘어선 구조로 이뤄진 섬유로, 직경은 머리카락보다 가늘지만, 강도와 내성, 열팽창이 적어 항공기, 자동차 등에 널리 사용되고 있다.

때문에 자동차의 차체에 접목될 경우, 일반 강판 대비 무게는 가벼우면서도 보다 높은 차체 강성을 지닐 수 있는 게 특징으로, BMW는 '카본코어‘로 명명된 카본 섀시 설계 기술을 7시리즈와 5시리즈 등 주요 차종에 적용하고 있는 추세다.

■ 전동화

전동화는 최근 자동차 기술 동향 이슈의 핵심으로 꼽힌다. 단순히 바퀴를 구동하는 목적이 아닌, 차량 시스템 전반과 유압식 부품도 전동화되고 있기 때문이다.

2017 쉐보레 볼트EV


엔진의 구성 부품들은 대다수 유압 및 엔진의 발생 동력을 기반으로 작동하고 있지만, 이는 최근 전기모터의 전자적 제어를 통해 대체되는 추세다.

우리가 직접 체감할 수 있는 부품으로는 소위 MDPS 혹은 EPS로 불리는 전동식 스티어링 휠을 꼽을 수 있는데, 이는 엔진의 동력과 연동돼 유압식으로 작동하던 기존 방식과는 달리, 내장된 전기모터를 통해 구동되는 형식을 지닌다.

48V 기반의 마일드 하이브리드 시스템 또한 아직은 완전히 개척되지 않은 ‘블루오션’으로 불린다. 이는 고전압 배터리를 탑재해 차량의 전장 시스템 전반과 차량의 동력 보조를 통합하는 시스템으로, 경량화 소형화 추세에 맞춰 관련 부품들의 무게와 부피를 줄일 수 있음은 물론, 연료 효율성도 높일 수 있다는 강점을 지닌다.

■ 배출가스 후처리

배출가스 후처리 방식은 디젤차는 물론, 가솔린 차량에도 그 사용 범위가 확대되고 있는 추세다. 오염물질을 저감시키는 DPF는 물론, 요소수 분사를 통해 화학적 저감을 거치는 SCR 방식이 대표적이다.

PSA그룹, 실도로 주행 테스트 (WLTP 승인)


의 DPF(Diesel Particulate Filter)는 엔진에서 불완전연소 과정에서 생기는 탄화수소 등 유해물질을 모아 필터로 걸러낸 뒤 재연소하는 핵심 부품으로, 디젤차는 물론, 최근 가솔린 차량에도 관련 장치가 추가되고 있는 추세다.

요소수를 활용하는 SCR(Selective Catalyst Reduction) 방식은 질소산화물(NOx)를 제거하기 위한 시스템으로, 엔진의 연소과정에서 발생되는 배기가스에 요소수를 분사하는 방식으로 배출가스를 저감시킨다.

이는 일산화탄소의 약 65~85%를 저감시키는 것은 물론, 배기가스를 재순환 시키지 않는 탓에, 엔진 내에 불완전 연소 물질이 축적되지 않는다는 장점도 지니고 있다.

자동차 업계에서는 푸조시트로엥이 SCR과 DPF를 혼용한 방식을 세계 최초로 도입했으며, 최근 강화된 배출가스 규제 충족을 위해 디젤차를 만들고 있는 글로벌 브랜드들이 이 방식을 채용하고 있는 추세다.

■ 오토스탑 시스템

포르테 ECO PLUS ISG 버튼


오토스탑 혹은 ISG(Idle Stop and Go)로 불리는 공회전 방지 시스템은 친환경차는 물론, 슈퍼카 등에도 널리 사용되고 있다. 필요할 때만 엔진을 작동시킨다는 특성 상, 연료 소모가 줄기 때문이다.

오토스탑 시스템은 차량이 완전히 정차했을 때, 혹은 기어가 중립으로 이동한 상태일 때 엔진 시동을 꺼트리는 장치로, 브레이크를 떼거나 가속 페달을 밟는 등 특정 조건이 되면 다시 자동으로 시동이 걸리는 방식으로 작동된다.

이를 통해 불필요한 연료 소모를 줄일 수 있음은 물론, 시내 주행 상황에서의 연비 향상도 도모할 수 있다. 정차 시 엔진 소음을 발생시키지 않는다는 점에서 차량의 정숙성을 높인다는 점도 강점으로 꼽힌다.

다만, 차량 전류의 전압이 낮거나, 엔진의 유온이 충분히 오르지 않았을 때, 에어컨 등 엔진 동력을 필요로 하는 공조장치를 사용 할 때엔 오토스탑 시스템은 작동하지 않는다.

■ 다운사이징

볼보, 드라이브-이 파워트레인


엔진의 크기를 줄이는 다운사이징은 전동화와 경량화 못지 않은, 자동차 업계 기술 동향의 핵심으로 꼽힌다. 이는 낮은 배기량의 엔진에 터보차져 등의 과급기를 더하는 방식이다.

배기량이 낮아지는 만큼, 연료 소모는 감소하지만, 과급기를 더해 동등한 수준의 출력을 발휘한다는 점은 다운사이징 엔진의 특징이다. 이는 자동차의 모든 세그먼트를 아우르고 있는 트렌드로, 12기통 엔진은 8기통 터보 엔진으로, 8기통 엔진은 6기통 터보 엔진으로 대체되는 추세다.

다운사이징에 가장 적극적인 자세를 취하고 있는 제조사로는 볼보가 꼽힌다. 드라이브-e 파워트레인으로 명명된 볼보의 엔진은 2.0리터 가솔린 직분사 엔진을 기반으로, 터보차져, 슈퍼차져, 플러그인 하이브리드 시스템 등을 더해 출력을 차급에 맞게 차등화시켰다.

국내 시장에서는 사실상 전 브랜드가 다운사이징 추세에 동참하고 있다. 현대기아차의 중형 세단 라인업에 적용되고 있는 1.6리터 터보 엔진, 준중형급에 사용되고 있는 1.4리터 터보엔진 등이 대표적이며, 르노삼성의 1.5리터 TCe 엔진도 다운사이징 추세의 한 사례로 꼽힌다.

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