친환경과 고연비, 성능을 함께 갖춘 엔진 개발 한창

자동차업계가 고연비를 추구하는 ‘다운사이징’에 한창이다. 다운사이징은 일반적으로 기기의 부품을 작고 단순하게 만드는 것을 뜻한다. 자동차업계에서는 차량의 무게를 가볍게 만들거나 엔진의 크기를 줄여 연비와 성능을 높이는 용어로 많이 쓰인다. 그중 엔진 다이어트라고 불리는 ‘엔진 다운사이징’은 현 시점에서 고연비를 가장 효율적으로 달성시킬 수 있는 방법으로 꼽힌다. 엔진을 작게 만드는 동시에 배기량과 이산화탄소 배출량을 낮추고, 자동차 성능 또한 업그레이드시키는 기술로 통용된다. 특히 친환경과 연비, 성능 등을 한 품에 안을 수 있다는 점에서 세계적으로 각광받고 있는 추세다. 더군다나 이 기술은 기존의 엔진 시스템을 기반으로 고연비를 꾀하기 때문에, 하이브리드카와 전기차 등 전혀 다른 기술력으로 도전해야 하는 여타의 분야보다 부담이 덜한 측면도 있다. 이는 자동차 업체들이 하이브리드카 등 장기적인 발전 가능성이 엿보이는 분야에 관심을 끊지 않으면서도, 당장의 기술력으로 승부보기 쉬운 ‘엔진 다운사이징’에 큰 공을 들이고 있는 이유다. 연비와 힘, 두 마리 토끼 잡기 엔진 다운사이징을 거치면 연비가 좋아지는 만큼 출력도 함께 줄어들 위험이 생긴다. 엔진이 작아지는 만큼 자연히 힘도 약해지는 것이다. 자동차 업체들은 이같은 맹점을 피하기 위해 슈퍼차저나 터보차저 등을 이용한다. 이들을 장착하면 작은 엔진으로도 강한 출력을 낼 수 있게 된다. 현재 많은 자동차 업체들이 활용하고 있는 터보차저는 압축된 공기가 연소실에서 폭발하는 원리를 통해 배기량을 높이는 장치다. 엔진 배기가스를 동력 삼아 터빈을 돌리고, 엔진 안으로 계속해서 공기를 압축시켜 넣어 주는 방식이다. 국내 업체들도 이러한 터보차저를 이용해 엔진 다운사이징을 추진해왔다. 지난달 현대자동차와 기아자동차는 터보 GDi 엔진을 장착한 신형 모델을 각각 내놨다. 그중 현대차의 ‘쏘나타 2.0 터보 GDi’는 12.8km/ℓ의 우수한 연비를 달성하면서도 최고출력 271마력(ps), 최대토크 37.2kg·m의 차급을 뛰어 넘는 강력한 동력성능을 갖게 됐다. 엔진 다운사이징 효과 덕이다.

특히 터보 GDi 엔진은 연료의 직접 분사와 고압 분사를 이용해 엔진효율을 더욱 높였다. 현대차에 따르면 터보 GDi 엔진은 고압의 연료를 연소실에 직접 분사해 연소 효율을 극대화한 연료 직분사 방식을 활용했다. 또한 배기가스의 압력으로 터빈을 돌리고, 압축시킨 공기를 연소실로 보내 더 많은 연료가 연소될 수 있도록 만들었다. 이를 통해 쏘나타 2.0 터보 GDi는 기존의 2.4 GDi 모델에 비해 최고출력은 35%, 최대토크는 46%가 향상됐다. 12.8km/ℓ의 연비는 비슷한 동력성능을 발휘하는 3000cc 이상 준대형 차종들의 연비를 뛰어넘는 수준이기도 하다. 해외 업체들도 다운사이징 경쟁 중 엔진 다운사이징은 이미 전 세계적인 화두다. 해외 자동차 메이커들은 차량의 가격대와 종류를 막론하고 다운사이징 작업에 착수하고 있다. 한 업계 관계자는 “세계적으로 자동차 업체들이 엔진 다운사이징에 노력을 기울이고 있는 게 사실”이라며 “연비와 엔진 성능이 좋으면서도 친환경을 추구할 수 있다는 것에 소비자들이 매력을 느끼는 것”이라고 설명했다. 실제로 미국의 경우, 소비자들의 움직임이 자동차 업체의 엔진 다운사이징을 독려하는 분위기다. 4일 IHS 오토모티브에 따르면 4기통 엔진을 장착한 차종의 판매율은 2005년 당시 26%였지만 2007년 31%, 2009년 40%까지 올라갔고, 올해 상반기에는 43%를 기록했다. 반면 6기통이나 8기통 엔진 차량의 판매율은 점점 감소했다. 6기통 엔진 차량은 2005년 43%, 2007년 40%, 올해 상반기에는 37%로 판매율이 점점 떨어졌다. 8기통 엔진 차량은 2005년 29%였지만 올해 상반기 18%의 판매율에 그쳤다. 여기서 기통이란, 엔진의 실린더 개수를 말한다. 실린더가 많아지면 엔진의 무게가 무거워지고 자연히 연비가 낮아진다. 무겁고 큰 엔진들이 인기가 없어지는 상황이 지속되고 있는 것이다. 이에 따라 해외 수입차들도 엔진 다운사이징 흐름을 타고 경쟁 중이다. 벤츠는 이미 지난해 S클래스 모델에 최초로 4기통 엔진을 적용한 S250 CDI 블루이피션시를 탑재해 큰 호응을 얻은 바 있다. 아우디도 A4의 고성능 라인 S4를 기존의 4.2ℓ 8기통에서 3.0ℓ 6기통으로 줄였다. BMW는 새롭게 출시되는 신형 3시리즈에 터보차저를 활용한 엔진 다운사이징을 적용할 예정이다. 신형에 탑재되는 직렬 4기통 2.0ℓ급 가솔린 터보 엔진(245마력, 35.7kg·m)은 기통 수가 줄어들었음에도 불구하고 기존의 직렬 6기통 3.0ℓ급 가솔린 엔진(258마력, 31.6kg·m)과 거의 차이가 없는 성능을 발휘한다고 알려졌다. 포드 또한 2013년까지 북미에 판매되는 차종 중 90%의 차량 엔진을 다운사이징하고 터보차저를 적용한 ‘에코부스트 엔진’을 쓸 계획이다.