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미국 마르퀴스 후즈후(Marquis Who’s Who)가 발행하는 세계인명사전(Who’s Who in the World)을 비롯해 세계 주요 인명사전에 수십차례 등재된 대림대학 자동차공학과 김필수 교수가 애정어린 눈으로 본 자동차산업에 대한 글입니다. 김 교수는 낙후된 중고자동차, 정비, 튜닝 및 이륜차 분야를 활성화하기 위해 각종 단체를 조직하거나 세미나, 포럼 등을 개최하는 등 왕성하게 활동하고 있습니다.

미래의 내연기관차의 생명, 신기술로 수명연장이 가능하다.

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글 : 채영석(charleychae@global-autonews.com)
승인 2020-06-14 16:26:24

본문

김 필 수 (김필수 자동차연구소 소장, 대림대 교수)

  지난 130여년의 내연기관차 역사가 큰 위협에 직면해 있다. 글로벌 환경적인 문제가 수면 위로 올라오면서 오염원의 대명사 중의 하나인 내연기관차가 친환경차에 위협받게 된 것이다. 특히 완전한 무공해자동차인 전기차의 강세가 생각 이상으로 커지면서 전기차의 득세가 기하급수적으로 증가하고 있는 부분도 더욱 고민되는 부분이라 할 수 있다.

 

내연기관과 모터를 겸용하는 하이브리드차의 경우도 전기차의 공세가 커지면서 역시 수명 단축으로 갈 가능성이 커지고 있는 상황이다. 최근 국제 환경기준이 강화되고 우리나라의 경우 미세먼지 문제 등이 국민적 관심사가 되면서 더욱 디젤승용차 등은 퇴출의 의지를 정부가 내비추고 있어서 더욱 위축되고 있다고 할 수 있다.

 

국산 승용디젤차는 이미 단종을 선언하였고 수입 승용디젤차도 이제 시장 축소는 물론 수입 중단의 기종도 많아지기 시작했다는 것이다. 이래저래 내연기관차의 존립에 큰 영향을 주기 시작했다고 할 수 있다. 예전과 달리 내연기관차의 엔진이나 변속기 개발에 대한 기사는 이제 관심이 없을 정도로 전기차 같은 친환경차에 몰려있는 분위기이다. 세계적인 모터쇼도 예외는 아니라 할 수 있다. 과연 내연기관차는 이제 수명이 다한 것일까?

 

  물론 앞으로 수십 년간 모든 차종이 치열하게 싸우면서 주도권과 점유율 싸움이 시작되었다고 할 수 있다. 석유자원이 존재하는 한 내연기관차는 존재하겠지만 최근의 흐름을 보면 전기차의 단점이 급격히 사라지면서 더욱 글로벌 메이커의 전기차 출시가 많아지고 있다는 것이고 판매대수도 기하급수적으로 매년 두배 씩 증가하고 있는 것이다. 이러한 상태가 지속된다면 향후 10년 내에 전기차의 득세는 단순한 미풍이 아니라 주도권을 쥐고 시장을 흔들 정도가 된다는 것이다. 이미 주도권이 전기차로 넘어가는 분위기이다. 

 

  기존 글로벌 메이커의 입장에서는 전기차의 득세는 수직·하청 구조의 자동차 산업이 아닌 수평·동등 구조로 가는 길목인 만큼 탐탁치 않은 현상이라 할 수 있다. 그 만큼 급박한 확대는 기존 자동차 산업 생태계를 흔들고 일자리나 향후 먹거리 등 다양한 문제를 일으키는 만큼 고민거리를 더욱 많이 제공하기 때문이다.

 

어느 정도는 내연기관차가 버티어 주어야 하는데 지금의 속도로는 버티기가 힘들다는 것이다. 결국 내연기관차는 환경적 문제나 연비는 물론 자율주행차나 모빌리티 쉐어링 같은 미래형 먹거리에 능동적으로 대처하기가 어렵기 때문이다. 여기에 최근 글로벌 펜데믹을 가져오고 있는 코로나19도 이후에 큰 변수로 작용한다는 것이다. 결국 내연기관차의 한계는 연료를 태워 얻는 에너지의 한계를 벗어나지 못하는 만큼 최대한 완전 연소를 구현하고 잘 걸러서 환경적 영향을 최소한으로 해야 하는 숙제를 안고 있다고 할 수 있다.

 

엔진의 경우도 직접분사방식 등 다양한 기술적 적용으로 출력과 연비를 구현하고 있고 각종 배기 후 처리장치를 통하여 유해물질을 걸러내고 배출하고 있지만 시기를 연장하는 능력에는 한계가 크다고 할 수 있다.

 

  연식이 오래되고 주행거리가 길어지면 최후에는 장치가 고장 나거나 기능이 떨어지면서 그대로 유해가스가 노출되기 때문이다. 여기에 배기 후 처리장치는 환경적 부분과 연비는 한쪽이 크면 한쪽은 작아지는, 상대적으로 동전의 양면과 같아서 어떻게 잘 배분하는가도 관건이라 할 수 있다.

 

환경적 국제 기준을 절묘하게 조율하면서 간간히 맞춘다고 할 수 있으나 경계선을 넘어서면 바로 리콜 등 심각한 문제를 야기한다고 할 수 있다. 최근 글로벌 제작사들이 많이 경험하는 리콜 부분이 이러한 경계선 문제가 무너졌기 때문이다.
  
  결국 엔진의 효율 등은 수 천 억원의 비용을 들여도 수 %의 연비 향상과 간신히 조건에 맞는 환경적 개선이 이루어지고 있으나 생각만큼 효과는 적다고 할 수 있다. 포화되어 가고 있는 상태라 할 수 있다.

 

  한 가지 경제적으로 해결하는 방법 중의 하나는 엔진 전에 탑재하는 배기 전 처리장치와 후 처리 장치를 활용하는 방법도 있다고 할 수 있다. 특히 배기 전 처리장치는 엔진에 들어가기 전에 조치를 취하는 만큼 생각 이상의 효과가 있기도 한다는 것이다. 배기 후 처리장치는 같은 압력을 배가시키면서 머풀러로 빼내는 배기가스의 정도를 높이는 방법으로 역시 효과가 크게 기대된다고 할 수 있다.

 

이렇게 다양한 방법으로 기존에 연료절감기나 관련 개선장치가 제시되어 왔으나 생각 이상의 효과를 나타낸 장치는 없었다고 할 수 있다. 특히 개인이나 중소기업 제품은 완성도도 낮고 각종 시험 등 관련 입증자료도 취약하여 자기 만족에 취하면서 객관적 입증이 어려웠다고 할 수 있다. 필자에게도 지금까지 수십 가지 이상의 각종 연료절감기와 배기 개선장치를 가지고 자문을 해주거나 제품을 제시하는 등 기회가 매우 많았다고 할 수 있다. 지금도 연구실에는 다양한 관련 제품이 곳곳에 존재하고 있다.

 

  이중 예전부터 생각 이상의 효과가 있는 장치가 있다고 할 수 있다. 이미 약 10여년 전에 일명 토네이도라고 하여 트로틀 밸브 앞단 흡기 매니폴드 안에 장착되었던 날개라고 할 수 있다. 회오리를 일으켜 흡입되는 공기를 세밀하게 세분화하고 연료와의 혼합을 더욱 가속화시키면서 산소의 농도를 높이는 날개형 장치라 할 수 있다. 밸브 안에 쉽게 장착하여 사용하면서 효과는 있어서 이전 다른 장치와는 차원이 다른 효과는 나타냈다고 할 수 있다.

 

당시 정부 관련 기관에서도 테스트한 결과도 있어서 오차를 제외하면 수 % 이상의 효과가 나왔다고 할 수 있다. 그러나 우리나라는 교통체증도 많고 운전방법도 에코드라이브와는 거리가 멀 정도로 험한 운전이 많아서 낭비성 운전이 많은 국가라 할 수 있다.

 

이에 따라 국내에서는 이 장치의 효과가 적어서 도리어 일정속도 운행과 직장과 집의 거리가 먼 미국의 경우 효과가 더욱 커서 현지에서 상당부분 인기를 끌었던 장치라고 할 수 있다. 당시 장치의 효과가 있음에도 불구하고 일부 언론에서 다른 장치와 함께 묶어서 부정적인 언급을 하면서 아깝게 사장된 사례라고 할 수 있다. 추후 관련 방송에서 사과방송을 했으나 그때는 이미 늦어서 회사는 문을 닫았다고 할 수 있다. 언론의 올바른 언급이 얼마나 중요한가를 나타내는 사례라 할 수 있었다,

 

  최근에 이러한 회오리 바람을 유체각도와 날개 크기 및 밀집도 등을 더욱 체계적으로 일으켜 유체의 이동성을 극대화한 장치가 등장하였다. 공기의 흐름을 극대화하고 차종 당 구경이 다른 경우를 고려한 날개형 장착방법이나 바람의 극대화는 물론 두 개를 병렬로 삽입하여 효과는 극대화 한 부분은 기존 다른 장치와는 크게 차별화된 부분이라 할 수 있다.

 

실제로 여러 차종에 장착하여 테스트하고 심지어 이륜차와 경운기 등 모든 내연기관에 장착된 테스트 결과를 보면 생각 이상으로 매우 큰 효과를 나타낸다고 할 수 있다. 특히 미세먼지의 원인 물질 중의 하나인 질소산화물의 제거가 뛰어나고 매연은 물론이고 연비까지 상승하는 1석 3조의 효과가 나타내고 있다고 할 수 있다.

 

양산형으로 출시된 만큼 시장에서 더욱 큰 효과가 입증되기를 기원한다. 배기 전 처리장치인 만큼 연비와 환경 두 마리 토끼를 잡은 극히 우수한 장치라 할 수 있다. 이와 함께 앞서 언급한 배기 후 장치가 유사한 원리를 응용하여 시험 중에 있다. 특히 앞서와 다름 점은 다른 점은 압력을 활용하여 배기를 더욱 촉진시킨다는 것이다. 

 

  가장 적은 비용으로 최고의 효과를 내는 장치인 만큼 이미 자동차 메이커에서도 큰 관심을 가징 만하다고 할 수 있다. 조건에 따라 큰 효과가 차이가 있으나 가장 저렴한 최적의 비용으로 연비 상승효과도 매우 크고 극히 환경적인 효과가 커서 내연기관차의 수명을 늘리고 앞서 언급한 문제점 제거를 통하여 전기차 같은 친환경차와 더 오랜 기간 동안 싸울 수 있는 무기가 하나 더 확장될 수 있다고 판단된다.

 

  이러한 장치들은 가성비 최고의 장치인 만큼 앞으로 상당기간 동안 주력 역할을 담당하는 내연기관차의 수명에도 큰 장점을 부가할 것으로 판단된다. 곧 제품의 장점을 실제로 시장에서 느끼는 기회가 많아지기를 기대한다.

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