지난 5월 “다운사이징에서 라이트 사이징으로”라는 제목으로 엔진 트렌드의 변화에 관한 칼럼을 쓴 적이 있다. 다운사이징(소형화)보다는 각 차량 크기에 맞는 올바른 엔진 사이즈를 선택하는 라이트사이징(rightsizing, 적정 규모화)에 주력한다는 것에 관한 내용이었다. 가장 먼저 라이트사이징이라는 단어를 사용한 것은 2014년 초 아우디였고 그 다음은 포르쉐다. 그런데 같은 그룹인 폭스바겐이 대표적인 엔진의 배기량을 올린다는 뉴스는 예사롭지가 않다. 

현 시점에서의 엔진 트렌드를 가늠할 수 있는 것은 해마다 선정되는 엔진 오브 더 이어다. 2016년 인터내셔널 엔진 오브 더 이어(IEOTY : International Engine Of The Year)에는 페라리의 3.9리터 V8 트윈 터보가 올해의 엔진상을 수상했다. 2011년 피아트 875cc 트윈 에어를 비롯해 2012년부터 2014년까지 포드 999cc 3기통 엔진, 그리고 2015년에는 BMW 1.5리터 3기통 HEV 등 소형 엔진이 주도해 왔으나 올 해는 4리터 이상을 제외하면 모두 터보차저 엔진이 장악했다.

여전히 독일과 이태리 메이커들이 엔진 기술에서는 우위에 있다는 것을 보여 주는 대목이다. 엔진 오브 더 이어에 트윈 터보 엔진이 톱을 차지한 것은 2007년과 2008년 BMW 트윈터보가 마지막이었다. 직분사시스템과 터보차저를 조합해 효율성을 강조한 엔진으로 각광을 받았었다. 하지만 2009년과 2010년에는 폭스바겐 1.4리터 TSI 트윈 차저 엔진이 2년 연속 수위에 올랐고 그 이후에는 1.0리터 이하 엔진으로 내려갔다.

1.0리터 이하 엔진은 1999년 토요타 야리스의 VVT-I 엔진, 2011년 피아트 875cc 트윈 에어, 그리고 2012년~2014년 3년 연속 포드자동차의 999cc 3기통 터보 엔진이 수위를 차지했었다. 이후 2015년에는 BMW의 1.5리터 3기통 모듈러 엔진을 베이스로 한 하이브리드 엔진이 1위에 올랐다.

그러던 것이 올해에는 고성능으로 분류되는 페라리의 3.9리터 트윈 터보 V8이 톱을 차지했다. 이는 최근 아우디와 포르쉐 등을 중심으로 한 라이트사이징(Rightsizing)의 컨셉을 반영한 것으로 보인다.

그런 상황에서 폭스바겐이 배기량을 늘린 것은 다운사이징 시대가 끝났다는 것을 의미할 수도 있다. 폭스바겐은 이에 대해 다운사이징의 약점을 해소하기 위한 것이라고 설명하고 있다. 배기량을 낮추고 그로 인한 출력 저하를 터보차저로 보완한다고 하는 다운사이징은 실험실 내에서의 모드 연비 실험이 중시하는 저부하역의 마찰 손실을 줄여 준다. 그런 반면 사용자들이 자주 사용하는 고부하역의 열 효율이 낮다는 단점이 있다. 

이를 보완하기 위해 폭스바겐은 EA211 TSI evo로 배기량을 늘리고 엔진의 고효율역을 사용자의 실용역에 가깝게 했다. 다시 말해 라이트사이징을 통해 실용연비 성능을 높였다는 얘기이다. 

폭스바겐이 이처럼 방향을 바꾼 것은 유럽에서 2017년부터 적용되는 WLTC(Worldwide Light0duty Test Cycle)라는 연비 시험 모드 때문이다. WLTC는 현행 NEDC(New European Driving Cycle)보다 모드 연비와 실용 연비 차이를 줄이기 위해 고부하역을 많이 사용한다. 

이를 위해 폭스바겐이 채용한 기술이 터보차저이면서 압축비를 12.5라는 경이적인 수준으로 높였다. 여기에 밀러사이클(앳킨슨 사이클)을 채용해 실압축비보다 팽창비를 높여 열효율을 올린다. 

가솔린 엔진에서 압축비가 가장 높은 것은 마쓰다의 Sky Active로 14.0에 이른다. 자연흡기에 밀러사이클을 조합해 가능하게 했다. 스카이액티브 엔진의 포커스는 효율의 향상에 있다. 마쓰다는 엔진의 열효율을 높이는 동시에 내부 저항과 엔진 무게를 줄여 궁극적으로는 내연기관의 열효율 60%를 목표로 하고 있다.  

마쓰다의 접근은 압축비와 공연비, 연소 듀레이션, 연소 타이밍, 펌핑 로스, 기계적인 마찰 저항 의 최적화를 추구하고 있다. 이중 두드러지는 것은 압축비이다. 최근 공개된 스카이액티브 가솔린과 디젤의 압축비는 14.0 :1이다. 이는 현재까지 나온 가솔린 중에서는 가장 높고 디젤 중에서는 가장 낮은 것이다. 

이는 열효율을 중시하는 일본 자동차회사들의 흐름을 폭스바겐도 받아 들였다고 할 수 있다. 터보차저를 이용해 출력을 높이는데 주력했던 것이 한계에 달했고 새로운 방향을 찾고 있다는 것이다. 다운사이징 엔진의 열효율은 38%를 넘을 수 없다는 것이 그 한계이다. 

또 하나 촉발 요인은 2021년부터 적용되는 유럽의 이산화탄소 배출량 규제다. 평균 95g/km가 목표수치이다. 폭스바겐을 비롯한 독일 메이커들은 그를 위해 전 라인업에 플러그인 하이브리드 버전을 추가하는 등 대책을 마련하고 있다. 하지만 시판 가격이 비싸 판매가 예상보다 부진하다. 프로스트&설리번은 이 상태로라면 독일 메이커들은 이산화탄소 배출규제를 클리어할 수 없게 된다고 전망하고 있다. 그렇게 되면 폭스바겐의 경우 10억 유로의 벌금을 내야 한다. 폭스바겐이 최근 2025년까지 30개 차종 이상의 전동화 차량을 추가한다는 계획을 발표한 것도 이런 맥락에서 이해할 수 있다. 

물론 독일 메이커만의 문제는 아니다. 유럽에서 차를 팔아야 하는 모든 메이커들이 해결해야 하는 과제다. 그래서 일본 메이커들은 초희박연소와 HCCI(예혼합압축착화) 기술의 완성에 박차를 가하고 있다. 메르세데스 벤츠와 폭스바겐, GM 등은 물론이고 마쓰다와 토요타도 방식은 다르지만 개발에 속도를 내고 있다. HCCI 기술은 연료품질 문제로 모든 지역에서 사용되기는 어렵지만 가능한 범위 내에서 실현해야만한다는 것이 중론이다. 

여기에 가솔린 엔진에 VTG(Variable Turbine Geometry)를 채용하거나 가변압축비와 물직분사 시스템 등을 채용하는 것도 눈앞에 와있다. BMW는 2015년 7월 전 세계 자동차 전문기자를 대상으로 하는 기술 워크샵에서 물직분사 엔진을 발표했다. 

가변압축비 기술은 오스트리아의 AVL사와 독일 FEV사가, 물직분사 기술은 독일 보쉬사가 선점하고 있다. 

결국 앞으로의 엔진 기술이 초희박연소로 갈지, 아니면 고압축비의 밀러사이클일지에 대해서는 요소기술 및 규제 환경에 따라 달라질 수 있을 것으로 보이지만 지금의 기술로는 규제를 달성할 수 없다는 사실이 새로운 방향을 모색하게 하는 것은 분명하다. 소위 말하는 디젤게이트 때문에 생긴 일이 아니고 각국의 규제를 통해 자동차회사들은 이미 다양한 기술을 개발하고 있었다.