디젤 자동차의 특징 알아보기
디젤 자동차는 가솔린 자동차에 비해 저배 기기 술 개발에 대한 투자가 적었기 때문에 기술 수준이 뒤져 있으나 낮은 연료소비율과 CO2 규제에 유리한 점으로 향후 사용이 계속 증가할 것으로 예상되나, NOx와 PM을 동시에 해결할 수 있는 기술개발이 필요하다.
디젤 승용차 배출가스 허용기준
디젤승용차의 경우 계속되는 배출가스 허용기준 강화에 대응하기 위해서는 분사 압 1300 bar 이상의 전자제어식 고압연료분사 시스템과 디젤 매연여과장치(DPF) 개발이 필요하며, 4 밸브, 직접분사식(DI), reentrant 연소실 개발, 터보차저 인터쿨러(TC/IC) 장착과 E-EGR 기술, DeNOx 촉매 개발도 요구되고 있다.
디젤엔진 특징
유럽중심으로 개발되고 있는 디젤엔진은 디젤 승용차의 배기량 범위가 넓어지고 있으며, 특히 연비와 배출가스 저감에 효과적인 직접분사식 연소방식의 적용이 빠른 속도로 증가되고 있다. 또한 디젤 승용차 중 70% 정도가 터보차저 엔진으로 구동되고 있으며, 저속에서 일정한 토크 곡선 및 터빈 응답능력 향상을 위해 적용되고 있는 가변 형상 터빈(VGT ; Variable Geometric Turbine)은 대배기량에서부터 저배기량으로 적용범위가 확대되고 있다.
연료분사장치로는 Common Rail, Electric Unit Injector 등 고압분사기술이 이용되고 있으나, 완성차업체들의 중장기 개발계획에는 Common Rail 방식을 선호하고 있다. 고압 축비에 의해 가솔린 대비 연비가 20～40% 향상 효과가 있는 디젤엔진은 연비에 유리함에 비해 NOx와 PM을 동시에 저감이 어렵기 때문에 배출가스 대응기술이 아직도 개발과제로 남아있다.
가솔린 엔진, 디젤엔진, 대체에너지 차량 개발 외에도 동력원에서 발생하는 배출가스를 후처리 하는 촉매 시스템이 향후 연비를 향상한 엔진을 실용화하기 위해 필수적으로 만족해야 하는 배출가스 허용기준을 달성하기 위한 기술과제가 될 것이다.
저공해 기술 경쟁시대
각 국의 기술 개발 동향 미국과 유럽, 일본 등 자동차 선진국에서는 획기적인 CO2 저감을 위한 저공해/저연비기술이 차세대의 자동차 기술경쟁에서 가장 중요한 것으로 인식하여 국가적인 차원의 기술개발 사업을 진행하고 있다.
미국에서는 자동차의 CO2 삭감 목표량을 25%로 설정하고 있으며, 유럽에서도 30%를 제시하여 이를 2005년 이전에 달성하기 위하여 자동차 연료 소비율을 현재의 1/3 수준인 3리터당 100km를 주행(3L Car)할 수 있는 초 저 연비 자동차 개발 사업을 수립하였다.
미국에서는 시민들이 가장 선호하는 배기량 3000cc 급의 대형 승용차를 대상으로 2004년에 연비 80mpg(35km/L) 목표로 하는 Super Car Project(또는 PNGV Project)가 1993년에 시작되었으며 현재는 2단계가 진행되고 있다. 1단계에서 적용 가능한 모든 분야의 기술을 대상으로 하여 차량시스템을 선정한 결과, 4 밸브 직접분사식 소형 고속 디젤엔진과 축전지를 사용하는 하이브리드 자동차가 가장 유망한 것으로 평가되고 있으며, 2000년 초반에 proto 차량의 발표를 계획하고 있다.
유럽에서는 미국에서 대상으로 하고 있는 대형승용차와는 달리 소형 승용차가 초 저 연비 기술을 조기에 구현할 수 있다는 기술적인 현실성과 소형 승용차의 수요가 많다는 시장성을 바탕으로 하여 중량 800kg 이하 크기의 소형차량을 3L Car의 대상으로 삼고 있다.
3L Car 달성기술로는 차량 경량화, 무단변속기(CVT) 사용과 함께 직접분사식 고속 디젤엔진을 사용하여 초 저 연비 자동차를 실현할 수 있다고 판단하고 있다. 엔진 크기는 실린더당 250～300cc인 3～4실 린더를 갖는 1.0～1.2리터 배기량 범위가 적절하며, 터보차저 인터쿨러가 장착되고, 4 밸브에 Common Rail 방식의 전자제어식 고압연료분사 시스템을 적용하여 개발되고 있다.
이 기술의 주도적 역할을 담당하고 있는 VW에서는 이미 1998년에 3L Car인 Lupo를 발표함으로서 초 저 연비 자동차 경쟁이 본격화되기 시작하였으며 Benz, BMW 등도 적극적으로 개발에 참여하여 Smart를 출시하였다. 이와 같이 직접분사식 디젤엔진이 초 저 연비 자동차를 실현할 수 있는 가장 유리한 위치에 있음을 알 수 있으나, 반면 가솔린 엔진에 비해 다량 배출되는 질소산화물(NOx)과 입자상 물질(PM : particulate matters) 문제를 해결하지 못하면 이와 같은 유리한 여건을 제대로 살리기가 어렵다.
입자상 물질 유해성 논란
특히 PM의 인체 유해성에 대한 논란이 가중되고 있어 PM의 획기적인 저감방법이 없으면 다음 단계의 배출가스 허용기준에 대응하는 경유자동차의 사용 자체가 어려울 수도 있는 상황의 예상도 가능하다. 입자상 물질을 저감 하기 위한 방안들이 오랫동안 연구되어 왔으며, 현재 가장 효율적인 기술로 매연여과장치(DPF : diesel particulate filter trap)가 대규모의 fleet test를 시행하고 있어 실용화에 거의 도달한 것으로 분석하고 있다.
아울러 국내 외에서 Plasma를 이용한 PM 저감에 관한 연구를 지속적으로 수행하고 있어 조만간 상용화가 예상되고 있다. 이상에서 알 수 있듯이 향후 CO2 규제에 대비하여 디젤 자동차 증가는 거의 확실하나 PM 문제의 근본적 해결 없이는 디젤엔진의 지속적 발전을 보장하기 어려우며, DPF 기술은 경유자동차의 장래와 직결되는 매우 중요한 위치에 있어 멀지 않은 장래에 이 기술은 완성될 수 있을 것으로 전문가들은 예상하고 있다.
대기질 개선 프로그램
연료분야의 경우 자동차로 인한 대기오염의 개선을 위해서는 자동차와 연료기술사이의 협력적인 연구가 필수적임을 대부분 인식하고 있어, 미국, 유럽 및 일본 등에서는 보다 폭넓은 대기질 개선을 위한 각각 프로그램을 운영하고 있다.
이들 국가에서 운영하는 프로그램의 명칭은 각 국마다 조금씩 다르나 자동차와 연료와의 상호관계를 규명하고 여기에서 도출된 문제점을 해결하고 자동차 및 연료 기술 사이에서 상호 보완한다는 차원에서 일반적으로 Auto/Oil Program이라고 부르고 있다.
각 국의 대표적인 프로그램의 예를 들면 미국의 Air Quality Improvement Research Program(AQIRP), 유럽의 Clean Air for Europe Program(CAFE)과 일본의 Japan Clean Air Program(JCAP)이다. 그 외에 미국은 대체연료 관련 차량 기술개발로 배출가스 허용기준을 만족하기 위하여 자동차에 있어 가장 필요한 기술, 자동차의 에너지 효율 향상 및 미국의 석유 의존도를 현저히 줄이기 위한 기술개발에 목표를 둔 The Office of Advanced Automotive Technologies(OAAT)의 프로그램 등이 있다.
배출가스 및 대기에 미치는 개질연료 및 대체연료의 영향에 관해서 자동차와 연료기술사이의 체계적인 연구가 국내에서는 지금까지 제대로 이루어진 적은 없고 지금부터라도 체계적인 연구를 진행해야 할 것이다.
자동차 기술의 미래
이상에서 살펴보았듯이 미국 및 유럽의 강화된 배출가스 허용기준 만족 및 연비 규제를 극복하는 자동차 기술만이 생존할 수 있고, 더 나아가 독자적인 기술을 확보하지 않고서는 기술 종속으로 자동차산업 전체가 기술을 보유한 나라에 끌려가게 될 것은 자명한 일이다.
국내의 자동차관련 산업 분야 및 정부에서도 독자적인 차세대 환경기술 확보를 위해 범 국가적인 노력이 있어야 하고 그 결과로 확보되는 기술은 관련 산업 전반에 응용 적용되며, 전자제어 기술 및 고정도 가공기술 등의 국내 전자, 기계기술 수준을 크게 향상할 것으로 사료된다.
댓글