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유럽의 자동차 기술 동향 - 디젤 하이브리드

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글 : 채영석(webmaster@global-autonews.com)
승인 2010-02-16 17:14:42

본문

1. 서론
현재 세계의 주요 자동차 제작사에서는 날이 갈수록 강화되고 있는 연비 규제와 이산화탄소 배출 규제를 만족시킬 수 있는 친환경 자동차 기술 개발에 주력하고 있다. 그 예로 일본의 경우‘가솔린 하이브리드’기술을 앞세워 세계 하이브리드 시장을 개척해 나가고 있다. 한편 유럽의 경우에는 클린 디젤 자동차의 개발에 중점을 두고 가솔린 엔진에 비해 높은 효율을 가지는 디젤 엔진의 장점을 앞세워 디젤 자동차 시장을 주도해나가고 있다.

글 / 배충식 (한국과학기술원)
출처 / 한국자동차공학회 오토저널 2009년 2월호


하지만 유럽의 경우 이산화탄소 배출에 가장 민감한 지역이며 이산화탄소 배출 허용 기준 또한 2015년부터는 130 g/km, 2020년부터는 95 g/km(현재 자동차의 80%는 이 기준을 만족하지 못함)로 점차 엄격해지고 있는 추세이다.

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<그림 1>은 2006년도 유럽 및 북미 자동차 회사들이 생산하는 자동차의 이산화탄소 배출 현황으로 2015년 목표인 130 g/km의 이산화탄소 배출량 기준을 충족시키기 위해서 현재 배출량 보다 15~25%를 저감해야 하는 상황이며 2020년 기준을 만족시키기 위해서는 35% 이상을 저감해야 하는 상황이다. 따라서 이러한 위기를 타개하고자 유럽 자동차 회사들은 디젤 하이브리드 자동차 개발에 관심을 가지기 시작하였다.

2. 디젤 하이브리드 기술
디젤 하이브리드 기술의 경우에도 기존 디젤 엔진 시스템과 전기 동력계를 결합한 것이기 때문에 가솔린 하이브리드 기술과 크게 다른 점은 없다. 가솔린 하이브리드 시스템과 마찬가지로 엔진, 전기모터, 인버터, 배터리가 장착되며 Idle Stop&Go의 적용 및 가솔린 엔진의 삼원 촉매처럼 후처리 장치인 DPF가 추가로 장착되어 입자상 물질을 저감하게 된다.

3. 유럽의 디젤 하이브리드 개발 현황
(1) PSA 푸조-시트로엥 그룹
유럽 자동차 업체 중 디젤 하이브리드 개발에 가장 적극적인 회사는 프랑스의 PSA 그룹이다. 푸조사의 회장인 로버트 푸조의 말을 인용하면, ‘디젤 하이브리드야말로 달성이 불가능 해 보이는 연비 규제와 이산화탄소 배출 규제를 만족시킬 수 있는 가장 빠른 방법이다.’라고 말을 한 것에서도 볼 수 있듯이 유럽 내에서 디젤 하이브리드 기술 개발에 선두 역할을 하고 있다.

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PSA 그룹이 개발한 푸조 307과 시트로엥 C4 하이브리드 모델의 경우(<그림 2> 1.6L 디젤 엔진 장착) 전체출력의 35%까지 모터가 담당할 수 있으며 29.4 km/l라는 연비와 90g/km라는 매우 낮은 이산화탄소 배출량을 달성하였다. 이러한 수치는 동급 가솔린 하이브리드 자동차와 비교하면 이산화탄소의 경우에는 25%가 저감되었으며 연비의 경우 리터 당 약 6.7km가 증가된 수치이다.

현재 PSA 그룹은 이러한 디젤 하이브리드 자동차를 2010년에 상용화한다는 계획에 있다.

(2) 폭스바겐
폭스바겐의 경우 아직 양산 디젤 하이브리드 자동차를 생산하고 있진 않지만 강화되는 연비, 이산화탄소 규제를 대비해 디젤 하이브리드 컨셉카를 출시하고 자체 개발에 노력중이다.

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<그림 3>은 2009 LA 오토쇼에서 폭스바겐이 선보인 UpLite라는 컨셉모델로 51마력, 120Nm의 출력을 갖는 소형 디젤 엔진과 14마력의 출력을 갖는 전기 모터를 탑재한 디젤 하이브리드 자동차이다. 차체 중량이 695kg으로 매우 가볍기 때문에 연비 테스트에서 41.7km/l의 연비를, 이산화탄소 배출량은 69 g/km라는 매우 놀라운 결과를 나타냈다. UpLite 모델 이외에도 유럽 내에서 인기가 높은 골프 TDI 모델의 경우에도 1.2L의 디젤 엔진과 27마력의 출력을 갖는 전기모터를 장착하여 29.4km/l의 연비와 89 g/km의 이산화탄소 배출량을 달성하였고 양산화를 준비하고 있다.

(3) BMW
일반적으로 고성능 위주의 자동차를 주로 제작하는 것으로 알려진 독일의 BMW사의 경우에도 올해 디젤 플러그 인 하이브리드 컨셉카를 출시하였다.EfficientDynamics라고 명명된 이 컨셉카의 경우 연비를 매우 높인 것뿐만 아니라 성능 또한 우수하여 고효율
과 고성능을 동시에 달성한 사례로 주목받고 있다.

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EfficientDynamics 모델에는 3기통 1.5L의 디젤 엔진과 2개의 전기모터가 앞바퀴축, 뒷바퀴축에 각각 1개씩 장착되어 정지 상태에서 100km/h의 속력에 도달하는데 4.8초라는 짧은 시간이 소요되며 약 28km/l에 이르는 연비, 99 g/km의 이산화탄소 배출이라는 높은 효율을 달성하였다. 또한 플러그 인 하이브리드 시스템을 적용하여 배터리의 완전 방전 후 재충전시 소요되는 시간은 2시간 30분이며 배터리만으로 약 50km의 주행이 가능하다. 이렇게 고성능과 고효율이라는 두 조건을 동시에 만족시킬 수 있었던 이유로는 하이브리드 시스템의 적용뿐만 아니라 F1 레이싱에서 사용되는 공기역학적 차체 설계, 경량화를 위한 알루미늄 차체 사용, 밸브 제어장치, 과급 장치 등의 BMW사의 축적된 노하우를 모두 적용하였기 때문이다.

4. 결론
현재까지 유럽의 자동차 업체들은 효율이 뛰어난 디젤엔진 기술을 중심으로 한 사업을 진행하여 일본에 비해 하이브리드 자동차 사업에 대해 무관심한 듯 보였다. 하지만 앞에서도 설명했듯이 급속도로 강화되는 여러 규제를 만족시키는 친환경 자동차를 개발하기 위해 현재 디젤 엔진 기술을 고도화 해야 한다는 것을 깨닫고 자신들이 소유하고 있는 클린 디젤 기술을 바탕으로 디젤 하이브리드라는 영역에 발을 들여놓게 되었다.

하지만 이렇게 디젤 하이브리드가 뛰어난 연비 성능및 배기 성능을 가지고 있더라도 가격의 증가라는 피할수 없는 문제점이 드러나게 되었다. 가솔린 엔진과 마찬가지로 내연 기관 이외에 추가적인 전기모터, 배터리, 인버터 등이 탑재됨으로써 자동차의 판매가격이 상승하게 되고 특히 배터리의 경우 하이브리드 시스템을 구성하는데 드는 전체 비용의 절반 이상을 차지하고 있어서 배터리의 가격을 낮추는 것이 가장 우선적인 해결 과제이다.

또한 가솔린 자동차에 비해 디젤 자동차의 고질적인 문제점인 진동으로 인해 모터 구동 모드에서 엔진 구동 모드로 변환 시 운전자가 불편함을 느낄 수 있고, 가솔린엔진에 비해 높은 디젤 엔진의 가격과 거기에 더해지는하이브리드 시스템의 비용으로 인해 가솔린 하이브리드 자동차에 비해 가격이 더 비싸진다는 단점이 존재한다.

이렇게 디젤 하이브리드는 많은 문제점들이 존재하고 또한, 당장 눈앞에 닥치고 있는 엄격한 규제에 대한 해결책을 마련하기 위해 진행되는 과도기적 기술의 성격이 짙으나 일본의 하이브리드 시장 독주를 견제하고 유럽 각 자동차 회사들의 축적된 기술력을 보여 줄 수 있는 중요한 시장이 될 수 있을 것이다.
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