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아우디Techday 2007-세상에서 가장깨끗한 디젤엔진 공개

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글 : 채영석(webmaster@global-autonews.com)
승인 2007-09-09 17:54:06

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아우디Techday 2007–세상에서 가장깨끗한 디젤엔진 공개

아우디가 [Audi Techday 2007]을 통해 세상에서 가장 깨끗한 디젤엔진 공개했다. 가솔린과 디젤에 직분사 시스템을 실용화해 선구적인 역할을 해 온 아우디가 이전 버전의 TDI에서 유로 4 기준을 만족하면서 아직 시행 전이었던 유로 5 기준을 만족시킨 것처럼 이번에도 2014년에 시행될 유6 기준과 미국의 Tier2 Bin5 기준을 만족시키는 새로운 TDI-e 엔진을 선보였다.

글/채영석(글로벌오토뉴스 국장)

아우디가 9월 8일 독일 뮌헨에서 북동쪽으로 80여km 떨어진 노이슈타트(NeuStadt)에 있는 아우디의 테스트 트랙 내에서 Audi Techday2007행사를 개최했다. 이번 행사를 통해 아우디는 에너지와 환경문제 해결이 지구촌 최대의 과제를 해결함과 동시에 프리미엄 브랜드로서의 입지를 더욱 강화할 것임을 선언했다.

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아우디는 ‘기술을 통한 진보(Vorsprung durch Technik)’라는 기업 슬로건과 ‘다이내믹 (Daynamic)’, ‘진보성(Progressive)’, ‘세련됨(Sophisticated)’의 3가지를 핵심으로 하는 가치를 내 세우고 있는 브랜드다. 물론 그 바탕에는 ‘달리는 즐거움(Driving pleasure with no regrets)’을 충족시켜야 한다는 기본 명제가 깔려 있다.

20세기가 달리기 위한 자동차 기술발전의 시대였다면 21세기는 지구 환경을 생각하지 않으면 안되는 시대다. 아우디는 그런 시대적인 과제 해결을 위해 기술을 통한 진보(Vorsprung durch Technik)라는 그들의 슬로건을 더욱 공고히 하겠다는 의지를 밝힌 것이다.

아우디가 특히 강조하고 있는 것은 시대를 리드하는 매력적인 기술 개발과 더불어 기업의 사회적 책임. 그것이 바로 프리미엄 브랜드가 갖추어야 할 기본적인 조건이라는 것. 자동차를 단지 달리는 기계로서가 아니라 감동을 주는 제품이어야 하고 동시에 그에 걸맞는 책임감도 가져야 한다는 얘기이다.

그런 과제를 실현하기 위해 아우디가 변함없이 추구해 온 것은 효율성(Efficiency)이다. 아우디는 다른 프리미엄 브랜드들과 마찬가지로 주행성에 대한 양보를 하지 않는다. 그러나 다른 브랜드들이 21세기 들어 효율성을 강조하고 있는 것과는 달리 태생적으로 연비까지 고려한 기술 개발을 끊임없이 해 왔다는 평가를 받고 있는 브랜드다.

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아우디는 콰트로와 알루미늄 스페이스 프레임 등 다양한 기술을 통해 그런 그들의 자세를 실현해 왔다. 엔진 부문에서 아우디는 현재 가솔린과 디젤의 직분사 엔진은 FSI와 TDI, TFSI를 기본으로 현실적으로 최선의 연비와 배출가스 저감 기술을 실현하고자 하고 있으며 더불어 하이브리드와 연료전지 등 대체 에너지의 가능성에 대한 연구를 병행하고 있다.

다시 말해 새로 개발한 밸브 리프트 시스템을 비롯해 터보차저와 결합된 직분사 시스템, 모듈화한 효율성 프로그램 (Modular Efficiency Programme) 등을 통해 오늘날 인류가 사용하고 있는 내연기관의 효율적인 이용을 우선 추구하고 있다. 이번 행사에는 FSI에 새로운 밸브 리프트 시스템을 채용한 가솔린 부문에서의 신 기술과 질소산화물배출을 획기적으로 저감한 새로운 디젤엔진 기술을 선보였다.

또한 바이오 매스와 천연가스, 에탄올 등 대체 에너지의 사용 가능성에 대해서도 적극적으로 연구하고 있으며 또한 수소 에너지에 대한 연구도 동시에 진행하고 있다는 것이다.

그런데 현 시점에서 자동차회사들의 대체 에너지에 대한 자세는 시장에 따라 대응하는 쪽으로 정리되어 있다. 에탄올과 바이오매스 등 식물을 원료로 하는 에너지는 그 에너지 원의 생산성에 따라 좌우되기 때문에 모든 지역에 동일하게 적용되는 것은 아니라는 얘기이다.

하이브리드에 대해서는 토요타가 프리미엄 브랜드로서의 입지 구축을 위해 올 인하는 자세를 취하고 있지만 그 외 메이커들은 대부분 틈새시장으로 보고 있어 당장에 큰 폭으로 증가할 것으로 보이지는 않는 분위기다. 그것은 토요타가 특허를 독점하고 있다는 점도 있지만 자동차의 기술을 선도해 온 유럽 메이커들은 정체가 심한 지역에서 한정적으로 효과가 있는 하이브리드의 가능성을 낮게 보고 있기 때문이라고 할 수 있다. 그럼에도 유럽 메이커들이 하이브리드카를 개발하고 있는 것은 미국시장에서의 총량 연비 규제에 대응하기 위한 측면이 있다는 것이 정설이다.

한편 수소를 사용하는 파워 트레인에 대해서는 여러가지 설이 있지만 최근에는 수소를 생산하는 과정에서 발생되는 이산화탄소로 인해 궁극적으로 지구에 이로운 파워 트레인이 아니라는 의견까지 대두되면서 더 주춤해져 가고 있는 상황이다.

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그래서 다시 주목을 끌고 있는 것이 가솔린과 디젤 등 기존 내연기관 엔진의 기술 개발이다.
그것은 간단하게 “Green & Clean”이라고 요약해서 표현할 수 있다. 다시 말하면 이산화탄소 배출에서 가솔린에 비해 유리한 디젤엔진은 매연과 질소산화물을 저감해 좀 더 클린(Clean) 해져야 하고 반대로 가솔린 엔진은 좀 더 연비 성능을 높여 이산화탄소 배출을 줄여 그린(Green)해져야 한다는 것이다.
현 상황에서는 디젤 기술은 상당 수준 발전해 있고 지금도 진행형이지만 가솔린 엔진 기술의 발전은 아직 여지가 많아 2007 프랑크푸르트쇼를 통해 어느정도 진전이 드러날지 궁금해 지는 대목이다.

세상에서 가장 깨끗한 디젤 엔진 TDI-e

그런 의미에서 아우디가 Audi Techday2007를 통해 발표한 ‘세상에서 가장 깨끗한 디젤 엔진’은 ‘Green & Clean’을 충족시켜야 하는 시대적인 흐름을 잘 보여 주는 것이라고 할 수 있다. 현실적으로 연료소모를 줄여 궁극적으로 지구 환경에 친화적인 엔진은 디젤이 가장 잠재력이 크고 적어도 당분간은 전 세계적으로 디젤차의 전성기를 구가할 가능성이 크다는 것이다.

2008년 중반 양산에 들어가게 될 아우디의 신 개발 TDI 디젤엔진은 극저 배출가스 시스템(ultra low emission system)을 채용하고 있다. 극저 배출가스 시스템은 혁신적인 배출가스 후처리 시스템과 엔진 부분변경이 결합된 것이다. 최고 2,000 바(bar)에 이르는 연료 분사 압력을 자랑하는 직분사 시스템, 첨단 배출가스 재순환 시스템, 최적화된 터보차저 시스템 등이 아우디 TDI-e의 기술혁신의 핵심적인 내용이다. 여기에 통합 실린더 압력 제어기술을 추가해 오염물질 배출량을 획기적으로 감소시켰으며 특히 디젤 엔진의 아킬레스건인 질소산화물 배출 저감에 획기적인 진전을 이루었다고 아우디는 주장하고 있다.

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디젤 엔진에서 배출되는 유해 배기가스 중 가장 문제가 되는 것은 질소산화물(Nox)과 매연이다. 그런데 이 두가지는 서로 상반되는 관계에 있다. 즉 질소산화물의 배출을 줄이면 매연이 증가하고 그 반대로 매연을 줄이고자 하면 질소산화물이 증가한데 매연 문제는 DPF로 어느정도 해결이 되었지만 질소산화물에 대한 기술이 관건이었다.

그 질소산화물의 배출 저감에 획기적인 기술을 채용한 것이 메르세데스 벤츠의 블루텍(Bluetech)디젤 엔진이다. 기본적인 컨셉은 DeNOx 촉매에 저장된 Nox를 환원, 다시 연료중에 포함된 미량의 암모니아성분을 취출해 선택환원촉매(SCR)로 화학반응시켜 다시 질소산화물을 약 80% 저감 시킨다고 하는 것이다.

디젤엔진의 배기가스 후처리 시스템인 메르세데스의 블루텍은 현재 2세대로 진화해 있으며 1세대는 2007년 1월 1일부터 미국에서 시행된 Bin8 배기가스 규제를 클리어했다. 이는 디젤엔진에서 배출되는 배기가스 중 가장 큰 문제인 NOx를 저감하기 위해 채용한 기술이다. 이를 위해 새로 추가된 것은 Nox흡장환원촉매 소위 DeNOx 촉매, 그리고 SCR촉매 등 두 가지다.

기존의 블루텍이라는 명칭은 뇨소SCR이라고 하는 배기가스 중에 뇨소수 ‘AdBlue’를 뿌려 거기에서 변화된 암모니아로 NOx를 환원하는, 다시 말해 요소(Urea)를 촉매 변환장치에 주입시켜 산화질소를 질소와 수증기로 변환하는 시스템에만 사용되었다. 하지만 앞으로는 NOx 저감 기술 모두에 그 용어가 사용되게 된다.

지금 이 기술을 채용해 디젤엔진을 개발했거나 하고 있는 메이커는 폭스바겐과 BMW, 혼다 등이 있으며 이번에 아우디가 다시 한 단계 진보한 시스템을 선 보인 것이다.

주요 내용은 2개의 추가 질소산화물(NOx) 센서가 추가되었다는 것과 애드블루 탱크 시스템을 능동 탱크와 수동탱크로 나누어 운행 도중 애드블루의 축적으로 인한 문제점을 해결했다는 것이다. 뜨거운 배기가스에 분사되는 애드블루 용액의 양을 조절하고 혼합하는 것은 효율적으로 하기 위한 애드블루 계량 모듈인 셈이다.

최적량의 애드블루 분사하기 위해 애드블루는 파동으로 분사된다. 또한, 분사된 암모니아는 촉매 변환장치에서 질소산화물을 질소와 물로 바꾸는데 사용된다. 이때 질소와 물로의 변환률을 높이기 위해서는 암모니아와 배기가스가 변환기 내부로 고르게 유입돼야 한다.

다양한 센서들이 애드블루 분사, 엔진, 배기가스 후처리 시스템을 조절하는데 중요한 역할을 한다. 새롭게 추가된 2개의 NOx 센서는 DPF에 앞서 질소산화물의 농도를 측정하는 한편 필요한 애드블루의 분사량을 계산하기 위해 디녹스 변환기를 지난 후의 농도를 측정하게 된다. 여기에 압력, 온도 센서가 배기가스 후처리 시스템의 작동을 모니터링 한다.

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한편 수동 탱크는 여분의 애드블루를 저장하고 있는데, 이동 펌프가 필요에 따라 능동 탱크에 애드블루를 다시 채우게 된다. 연료탱크와 애드블루 탱크는 연료 필터 플랩에서 채워진다. 극저 배출가스 시스템이 장착된 차량은 연료필터 플랩 아래에 추가적인 필터 넥(Filter neck)이 장착돼 있는 것으로 구분할 수 있다.

애드블루의 어는점은 -11℃이기 대문에 애드블루 탱크 시스템이 활성화되기 위해서는 극도로 낮은 온도에서 부분적인 가열이 필요하다. 이때 능동 탱크, 계량 파이프, 계량 펌프 등은 자동으로 가열된다.

아우디의 극저 배출가스 시스템을 채용한 TDI-e엔진은 가장 까다로운 미국의 BIN 5 기준(모든 주에 효력)과 2014년 실시 예정인 유로 6 기준도 만족한다. 이것은 TDI 차량이 전 세계 어떤 환경 기준도 모두 만족시킨다는 것을 의미이다.

아우디는 새로 개발한 클린 및 그린 기술을 채용할 경우 모델명 뒤에 e를 추가하고 있다. 그러니까 TDI-e, TFSI-e가 되는 것이다. 아우디의 e모델들은 기존 엔진에 비해 연비와 배출가스가 8~10% 가량 개선된 수치를 보여주고 있다.

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물론 그런 범 세계적인 과제를 충족시키면서 실 소유자들의 관심사인 주행성능과 승차감 개선에도 성공했다. 소음과 진동 부문에서의 획기적인 진보를 이룩했다는 것이다. 연비가 향상된만큼 이산화탄소 배출량이 줄고 동시에 다이내믹한 주행과 강력한 주행 성능을 갖춘 친환경 자동차라는 이미지를 정립할 수 있게 된 것이다.

Audi Techday2007를 통해 자동차 기술뿐 아니라 여타 분야의 공동노력과 더불어 운전자의 운전습관까지 통제해 연비를 저감해 배출가스를 줄이지 않는다는 점을 강조했다. 그러니까 총체적인 ‘효율성(Efficiency)’를 주장하고 있는 것이다. 지구환경을 살리면서 지속가능한 자동차생활을 위해 피할 수 없는 숙제라는 것이다.

“Green & Clean”으로 요약되는 21세기 자동차 전쟁은 그래서 더욱 흥미 진진하다.
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