디젤 기술의 발전이 눈부시다. 이미 글로벌오토뉴스를 통해 최근의 기술 발전에 대해 여러 번 설명한 바 있으며 특히 미국시장에서도 하이브리드카의 판매보다 디젤차의 판매 증가율이 더 높다는 점도 지적한 바 있다. 미국시장에서 2005년 승용차와 경트럭을 포함해 디젤차의 판매대수는 약 55만대로 5년 사이에 40%나 증가한 것. 이에 최신 디젤엔진의 기술적 특성을 비롯해 주목을 끌고 있는 내용들을 외부 자료등을 종합해 정리 해 본다.

글/채영석(글로벌오토뉴스 국장)

내연기관 엔진인 가솔린과 디젤, 그리고 LPG차의 배출가스 정도를 묻는 질문에 한국의 소비자들은 대부분이 디젤차에서 가장 많은 배출가스가 나온다고 답한다. 역으로 LPG가 가장 깨끗한 차라고 믿고 있다. 이런 인식은 미국과 일본에서도 비슷하다. 그런 배경에 대해서야 글로벌오토뉴스 스페셜 이슈난에 자세하게 설명이 되어 있으므로 여기에서는 생략하기로 한다. 어쨌거나 그런 인식을 불식시키는 것은 생각보다는 쉽지 않은 것은 틀림없는 것 같다.

그러나 최근에는 여기에 적지 않은 틈새가 생기고 있다.
국내에서는 최근 한 업체가 지속적으로 디젤차의 장점에 대해 홍보를 하면서 관심을 끌고 있다. 또한 현대자동차가 베라크루즈를 계기로 새로 개발한 3.0리터 V6디젤 엔진의 성능을 강조하는 등 변화의 조짐이 상대적으로 커 보인다.
그런데 이처럼 디젤 엔진의 보급이 늘어나고 있는 것은 우리나라만의 현상이 아니다. 지구 전체의 에너지 효율의 향상을 위해 필요한 것이다. 동시에 지구 온난화로 인한 이상기온으로 해마다 수많은 인명이 희생되고 있는 상황을 조금이라도 줄이기 위해 우리는 하이브리드 못지 않게 디젤엔진에도 관심을 가져야 한다. 다시 말하면 이산화탄소 저감을 위해 현 시점에서 가장 현실적인 방법은 화석연료의 소모를 줄이는 것이고 그 방법으로서 디젤 엔진의 보급이 주창되어지고 있는 것이다.

물론 소비자의 입장에서 본다면 연비 성능이 뛰어나 경제적이라는 점이 우선이다.
하지만 그 외에도 디젤 엔진이 가솔린에 비해 상대적으로 더 우수하다는 과학적인 근거가 있다.
우선 석유를 정제해 만들어지는 가솔린과 경유의 비율은 조정할 수 있는 것은 아니고 자원의 효율적인 활용이라고 하는 점에서 연소효율이 좋은 쪽을 많이 사용할 필요가 있다는 것이다. 더불어 가솔린 하이브리드카의 연비는 디젤보다 좋은 것으로 발표되어 있지만 가솔린의 정제에는 디젤보다 큰 에너지를 필요로 한다는 것을 알아야 한다. 또 하이브리드 기술은 비용 문제가 해소되면 디젤엔진과의 조합에 의해 그 효율을 더욱 높일 수 있다는 점에 대해서도 더 많은 연구가 필요하다.

미래의 자원 문제를 고려해도 CO2프리의 바이오 디젤 연료와 GTL(Gas-To-Liquid : GTL 공정은 천연가스에서 경유, 휘발유, 나프타, 메탄올과 같은 액체 상태의 석유제품을 만들어내는 공정을 말하며, 고유가 장기화에 따라 수송용 연료나 석유화학 산업의 원료로서 석유를 대신해 천연가스를 활용하는 GTL 공정이 부상, 석유에 대한 의존도를 줄일 수 있는 대체 에너지원이자 청정 에너지원으로 주목받고 있다.)등 기대할 수 있는 재료는 많다.

연료전지차 등에 의한 이상적인 수소사회는 기술적으로는 실현을 눈앞에 두고 있지만 실용을 위한 인프라와 제작 비용 문제를 해결하는데는 아직 많은 시간이 필요한 것으로 보인다. 종합적인 에너지 효율 측면에서도 현재 수소는 도시가스 자원으로 만들어지거나 발전된 전력을 사용하는 ‘물의 전기 분해’로 생성되어지고 있다. 높은 효율의 수소를 공급할 수 있는 기술이 확립되지 않는 한 실용화는 먼 미래의 이야기일 수밖에 없다는 것이다.

오늘날 지구촌에서 가장 중요한 과제로 되어 있는 이산화탄소 저감이라는 목표를 달성하는데는 지금 도로 위를 달리고 있는 전체 이산화탄소 배출량의 18%를 차지하고 있는 자동차를 더 효율적인 것으로 바꾸어야 할 필요가 있다는 것이다. 그 점에서의 인식전환이 가장 빨랐던 유럽에서는 일찍이 디젤엔진에 비중을 두었고 기술 개발을 해 왔으며 지금은 유럽시장에서 판매되는 자동차의 50% 이상이 디젤엔진을 탑재하고 출시되고 있다.

디젤엔진의 특징은 소위 말하는 자기착화라고 하는 것이다. 가솔린 엔진에 있는 스파크 플러그가 없다. 실린더 안에 압축된 고온의 공기에 연료를 분사함으로써 저절로 폭발한다. 가솔린 엔진과 달리 거의 상시로 린 번(Lean Burn: 희박연소) 운전을 한다는 점과 구조상 고압축비라는 점에 의해 열 효율이 가솔린에 비해 높은 것이 특징이다.
과거의 디젤은 자기착화라고 하는 것 외에 연소상태의 제어가 어려워 매연을 내뿜고 소음과 진동이 심하다고 하는 단점이 있었다.

그런 단점을 해결하는 방법으로서 고압으로 연료를 분사하고 그것을 전자화하는 것, 그리고 과급기술의 진보 등이 동원됐다. 과급은 흡입공기량을 늘려 파워를 증강시키고 연소상태를 개선했다. 고압분사는 연료의 미립화를 가능하게 해 연소효율을 높였다. 그리고 이런 진화에 가장 공헌한 것은 무엇보다 전자제어 기술의 발전이다. 전자제어에 의한 치밀한 연료분사가 자기착화라고 하는 과정에서 연소를 원활하게 하고 부드러운 작동을 가능하게 한 것이다.

연료 분사 시스템은 디젤 기술에 있어 중요한 부분인데 초기의 디젤은 고압축의 연소실 내에 겨우 연료를 보내는 35바 정도의 분사압밖에 아니었지만 그 후 전자제어 유닛 인젝터 방식과 커먼레일 시스템에로 진화해 성능이 비약적으로 향상되게 됐다.
최신 디젤엔진에서는 분사압이 1800바를 넘는 것도 나오고 있으며 2,250바를 달성한 폭스바겐의 예도 있다. 그만큼 연소효율이 높아진 것은 당연한 것이다.
또 하나 스파크 플러그에 의해 착화하는 가솔린 엔진과 달리 순간적으로 일시에 연소되는 성질의 디젤 엔진은 연소의 가감의 조정이 어려웠으나 전자제어와 분사압을 항상 유지할 수 있는 시스템 덕분에 다단계 분사가 가능하게 되었으며 파워와 부드러움, 저공해를 동시에 실현할 수 있게 된 것이다. 이 때문에 최신 디젤인 가솔린 엔진과 성격은 다르지만 파워소스로서 뛰어난 주행성을 과시하기에 이르렀다.

그리고 마지막 문제인 NOx 즉 질소산화물을 저감시키는 기술 역시 실현되면서 바야흐로 디젤엔진의 전성시대를 맞고 있는 것이다.
미국과 일본에서 디젤차에 대해 가장 크게 거부감을 일으키는 요인 중 하나인 질소산화물과 PM, 즉 매연은 그 연소방식과 깊은 관계가 있다. 공기와 연료가 에너지 효율이 높은 공연비로 연소될 때에는 NOx가 생성되며 PM은 디젤 자체의 특징인 급속한 연소의 결과 타고 남은 물질인 것이다.
그것을 해결하기 위한 방법으로 연소 후의 후처리 기술이 등장했으며 이 기술의 진화 또한 디젤을 새로이 주목받게 한 장본인이다. 그 후처리 기술 중 하나가 DPF(Diesel Particulate Filter)다. 프랑스 푸조등에 높은 기술력을 보이고 있는 것으로 배기가스 중에 PM을 거르는 필터로 디젤 미립자 필터라고 칭한다. 필터에 쌓인 PM은 순차적으로 촉매 연소시킴으로써 해결된다.

또 다른 해결방법으로서는 메르세데스 벤츠의 경우 블루텍이라는 후처리 시스템을 개발했다.기본적인 컨셉은 DeNOx 촉매에 저장된 Nox를 환원, 다시 연료중에 포함된 미량의 암모니아성분을 취출해 선택환원촉매(SCR)로 화학반응시켜 다시 NOx를 정화시킨다고하는 것.
일본 혼다도 최근 발표한 디젤 엔진에 NOx촉매를 채용했다. 특수한 2층 구조의 촉매로 뇨소등의 부가물질을 사용하지 않고 NOx를 환연한다고 하는 획기적인 방식이다. 1층 째의 촉매에서 NOx흡착과 암모니아 생성을 하고 이 암모니아를 사용하 2층째에서 NOx를 환원한다고 하는 것. 이 역시 앞으로 등장하게 될 디젤 엔진에 채용될 획기적인 기술이라는 평가를 받고 있다.

일부 전문가들 사이에서도 여전히 과거의 디젤 기술에 대한 지식만으로 디젤엔진에 대한 올바른 인식 전환을 가로 막고 있는 국내의 현실이 안타깝다.