미국의 디젤 엔진 및 차량 시장 동향
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글 : 채영석(webmaster@global-autonews.com)|
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승인 2014-04-11 18:20:24 |
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최근 미국에서 시작된 Shale Gas 붐을 타고 Cummins ISLG, ISXG12, ISXG15와 같은 화물 수송용 On Highway CNG Heavy Duty 엔진들이 속속 시장에 선을 보이고 또한 Ford F150와 같은 소형 픽업트럭에도 CNG 엔진이 장착된 차량들이 양산에 들어가고 있으나 향후 한동안은 가솔린과 디젤로 대변되는 전통적인 화석연료를 사용하는 내연기관들이 운송 시장을 계속적으로 장악할 것은 자명해 보인다.
글 / 주신혁 (Southwest Research Institute)
출처 / 한국자동차공학회 오토저널 2014년 1월호
미국은 전통적으로 대형 운송 수단에는 디젤 연료가, 그리고 일반 승용차와 SUV, 소형 픽업트럭에는 가솔린연료가 압도적인 비율로 사용되어 왔다. 그러나 최근 발효된 온실가스 배출 규제와 연비규제의 영향으로 이러한 전통적인 시장 분할이 조금씩 변화하고 있는 것으로 많은 전문가들이 분석한다. 이에 미국의 On-road, Offroad, 그리고 승용 디젤 부문에서 일어나고 있는 변화들을 본 고에서 다루고자 한다.
On Road Heavy Duty
북미 On-road 시장은 전세계를 통틀어 가장 엄격한 배기 및 연비 규제가 시행되어지고 있는 시장 중 하나이다. 특히 최근 규제의 초점은 EPA(Environmental Protection Agency)와 NHTSA(National Highway Traffic Safety Administration)가 각각 관장하고 있는 온실가스 규제와 연비 규제로 양분 된다. 주지하다시피 온실가스 배출과 엔진 연비는 직접적인 상관관계가 있기에 두 기관이 유기적으로 협력하여 두 규제가 서로 부합하도록 한 바, H/C 비율이 1.85인 인증용 디젤을 사용하여 EPA의 2014년 CO2 규제치 475g/hp-hr를 만족할 경우 NHTSA의 4.67gal/100hp-hr(~200g/hp-hr BSFC) 규제를 동시에 만족하게 된다.
많은 On-road HD 엔진 제조사들은 이미 2014년 CO2 규제를 만족시키는 엔진들을 개발 완료한 상태이다. 필자가 일하고 있는 SwRI에서 파악한 바로 2011년형 디트로이트 디젤의 DD15 엔진의 최선 연비가 202g/hp-hr였던 것을 고려하면 2014년 규제는 엔진 캘
리브레이션 개선과 부품 최적화(특히 터보차저), SCR 제어 최적화 등을 통하여 어렵지 않게 맞출 수 있는 규제로 일반적으로 여겨져 온 것이 사실이다. 특히 현행 CO2 규
제 법규에는 많은 허점들이 있어 제조사들이 이를 적절히 활용하고 있는 것으로 이해하고 있다.
여러 헛점들이 있으나 가장 큰 것으로는 인증규제는 FCL(Family Certification Limit)을 기준으로 하나 사후 규제 적합 판단 기준은 FEL(Family Emissions Limit)로 하는 것으로 생각이 된다. 즉 배기규제와 동일하게 FEL은 FCL 대비 3%의 마진을 허용하는데 이것이 배기규제에서는 큰 여유를 부여하는 것으로 여겨지지 않으나 연비규제에서는 매우 큰 여유 공간을 제공한다.
일례로 NOx FCL 규제치인 0.2g/hp-hr의 경우 FEL을 적용한다 하더라도 0.206g/hp-hr로 그 규제치가 매우 엄격하나 연비규제 FCL인 200g/hp-hr 대비 FEL은 206g/hp-hr로 계산되기에 양산공차를 고려하더라도 그리 어렵지 않게 만족할 수 있는 규제인 것이다. 게다가 사후 audit 시험에서는 시험 엔진의 60%만 FEL을 만족하면 되므로 제조사들에게는 더욱 큰 마진을 제공하게 되는 셈이다.
당면한 과제는 2017년 규제이다. 2017년 부터는 CO2 규제치가 475g/hp-hr에서 460g/hp-hr로 더욱 낮아져서 엔진 연료소모율로 환산하면 195g/hp-hr를 만족해야한다. 특히 약 2020년 정도에 시작될 것으로 예상하는 EPA의 Phase II 규제를 고려하면 엔진 제조사들로서는 더이상 기존 엔진의 캘리브레이션 조정 만으로는 규제를 만족시키는 것이 거의 불가능해 보인다.
향후 강화되는 온실가스 규제와 연비규제에 대비하기 위해 많은 제조사들은 그동안 HD 분야에서는 내구성 확보를 위해 고려되지 않아왔던 마찰저감, 저점도 윤활유 사용, 그리고 냉각수펌프 오일펌프 등 부대부품 최적화등이 활발히 연구되어지고 있으며 그동안 특히 2010년 NOx 규제 만족을 위해 적용되었던 대용량 EGR, 저온연소 개념에서 벗어나 엔진 효율을 고온, 고부하 연소로 개선하고 이에 따른 NOx 증가를 고효율 SCR로 해결하고자 하는 노력들이 경주되고 있으며 터보 Compounding 이나 Rankine Cycle 등을 통한 Waste Heat Recovery 시스템도 활발히 연구되어지고 있다.
Off Road Heavy Duty
Off Road 엔진들의 경우 소형엔진들을 선두로 2013년부터 Tier 4 Final이 강제되고 있고 대형엔진의 경우에도 2015년부터는 이를 만족하도록 규제 되고 있다. 다소 느슨한 NOx 규제와 이에 비해 엄격한 PM 규제를 고려해 볼 때 당초 Tier 4 Final 규제치가 제정될 때 EPA는 중소형 엔진의 경우 NOx 저감을 위해서는 EGR이 적용되고 PM 저감을 위해서는 DPF가 적용되어지기를 희망하였던 것으로 생각이 된다.
그러나 이제 규제가 발효된 상황의 현실은 EPA의 희망과는 다르게 많은 OEM들이 후처리 장치는 DOC만을 적용하고 NOx는 EGR로 PM은 고압연료분사장치와 캘리브레이션 최적화를 통해 저감하여 규제를 만족시키는 엔진들을 속속 시장에 내놓았다. EPA로서는 DPF를 강제할 수 있는 규정이 없기에 이러한 엔진들이 인증을 받아 소비자들에게 제공되는 것을 막을 수는 없으나 DPF가 장착되지 않은 엔진들에 대해 Confirmatory Test나
Selective Enforcement Audit 등을 시행하여 사후 관리를 더욱 철저히 할 것으로 예상이 된다. 특히 최근에 EPA가 미국 인증시험 법규집인 Part 1065를 만족하는 시험셀을 자체 확보하였기에 위의 가능성은 더욱 높아보인다.
이외에도 아직 EPA나 CARB에서 Tier 5에 대한 공식적인 논의는 시작되지 않았으나 EPA가 온실가스 규제 Phase II와 LD Tier 3 제정을 마무리하는대로 Tier 5가 논의되기 시작할 것으로 분석된다. 그 시기는 명확하지 않으나 빠르면 미국의 대통령 선거 전인 2015년에 법규제정이 들어갈 것으로 생각이 되고 그동안 통상적으로 법규제정에서 실제 규제까지 걸려왔던 시간을 고려하면 약 2020년 경부터는 Tier 5가 규제되기 시작할 것으로 보인다. Tier 5 규제에서 어느 부분이 강화될 것인가를 논의하는 것은 시기상조이나 EPA가 원했던 DPF 장착이 Tier 4에서 이루어지지 않은 56~560kW의 카테고리는 PM 규제치가 상당히 낮아질 것은 명확해보이며 19~56kW 급의 엔진도 그 판매대수를 고려하면 PM 규제가 강화되어 DPF가 확실히 장착될 수 있도록 노력할 것으로 판단된다.
PN(Particulate Number) 규제를 하게되면 DPF가 반드시 필요한 것으로 여겨지므로 EPA가 PN 규제를 고려할 가능성도 있으나 유럽과 달리 EPA는 미국 의회로부터 PN을 규제할 수 있는 권한을 아직 부여받지 못하였다. 따라서 EPA가 PN 규제를 제정하기 위해서는 PN이 인간에 미치는 악영향에 대한 기초 연구부터 대대적으로 시작하여 규제 필요성에 대한 과학적인 근거를 의회에 제시하여 그 권한을 승인 받아야 하나 이 절차가 매우 복잡하고 시간이 오래 걸리기에 DPF 장착을 강력히 유도하기 위해서 PN 규제보다는 PM 규제치를 현 규제대비 상당하도록 낮추어 DPF 없이는 규제를 만족시키는 것이 불가하도록 규제치를 제안하는 방식을 택할 것으로 예상이 된다.
Off-road HD 분야에서의 NOx 저감 노력은 CARB 주도로 이루어지고 있다. 2012년부터 CARB는 공식적으로 Off-road 분야에서의 NOx 저감 필요성을 논의하고 있다. 예를 들어 그림 1에서 보듯이 2012년 현재 캘리포니아 NOx 배출량의 약 1/3 정도로 승용차량의 배출량보다 많은 것으로 분석되었으며 CARB가 목표로 하는 대기오염 수준을 맞추기 위해서는 2023년까지 2012년 수준의 65%, 2032년까지는 80%, 그리고 2050년까지는
85%의 NOx 저감이 필요함을 강조하고 있다.
Light Duty
북미의 승용, SUV, 픽업트럭 등의 시장은 전통적으로 휘발유 차량이 압도적인 비율로 점유하여 왔다. 이미 디젤 엔진들이 주류를 이루어왔으나 강화되는 연비 및 배기 규제 만족을 위해 노력하는 HD 시장과는 반대로 북미의 LD 디젤 시장은 시장 점유률 증대가 당면과제이다.
이미 오래전 70년대 오일 쇼크 당시 북미시장에서 승용디젤 차량들이 선보인 적이 있으나 여러가지 문제점들로 소비자들로부터 철저히 외면 받은 바가 있기에 제조사들
은 그 후 승용 디젤에 대해 매우 소극적으로 대응하여 온 것이 사실이다. 그러나 최근 이러한 상황이 조금씩 변화하고 있는 여러 조짐들이 보인다.
오랫동안 미국의 승용 디젤 시장은 독일 폭스바겐의 전유물이었다. 그러나 최근들어 많은 완성차 업체들이 디젤 차량들을 속속 시장에 내놓고 있다. 일례로 아래에 현재, 또는 향후 1년 안에 북미시장에서 판매되어질 약 30여종의 차량들을 열거하였다.
● Audi : A6, A7 and A8L Sedans, Q5 and Q7 SUVs.
● BMW : 3-series Sedan and Wagon, 5-series Sedan, X5 SUV.
● Chevrolet : Cruze Compact Sedan.
● Jeep : Grand Cherokee SUV.
● Mazda : Mazda6 Midsize Sedan.
● Mercedes-Benz : GLK, ML and GL SUVs, E-class Sedan.
● Porsche : Cayenne SUV.
● Ram : 1500 Full-size Standard Pickup.
● Volkswagen : Beetle, Golf, Jetta, Passat Sedans, Convertible and Wagon, Touareg SUV.
대부분이 독일 업체들이나 미국 업체인 크라이슬러의 Jeep Grand Cherokee와 Ram 1500 픽업트럭, Chevrolet의 Cruze, 그리고 일본 업체인 Mazda 6는 주목할 만하다.
이 외에도 Chevrolet에서 소형 픽업트럭인 Colorado에 디젤엔진을 장착할 계획을 발표하였으며 일본 니산자동차도 자사의 픽업트럭인 Titan에 디젤엔진 적용을 발표한 바 있다. 이와 같이 이전 대비 확연히 늘어난 선택의 폭에 소비자들이 반응하여 승용디젤 차량 판매 증가세는 경이로울 지경이다. 발표된 자료에 따르면 2013년 8월과 7월 승용 디젤자동차의 판매는 작년 동기 대비 각각 41.8%와 38.1% 증가하였다.
또한 지난 36개월 중 32개월이 이전해 동기 대비 판매증가를 유지해 왔으며 이중 27개월은 두자리수 증가를 보였다. 이에 따라 2013년 디젤 승용차와 픽업트럭의 시장 점유율은 3%를 조금 넘는 수준까지 성장했으며 이는 하이브리드차량의 3.54%에 견줄만한 수준이다. 유럽의 50% 수준과 비교하면 아직 미미한 시장이라 할 수 있으나 불과 수년전 0.2% 미만의 시장 점유율과 비교하면 괄목할 만한 수준이라 할 수있다. 향후 수년간 지속적인 디젤 차량의 판매 증가세는 확실한 것으로 보인다.
국내와 달리 미국의 Gallon당 디젤 가격은 휘발유 대비 약 15% 정도 비싸 디젤차량이 휘발유 차량 대비 약 30% 정도 우위의 연비를 고려면 전체적으로는 비용 절감 효과가 확실하나 소비자들이 체감하는 경제적인 효과는 국내 대비 다소 작다. 또한 과거 승용디젤차량의 미국시장 진입 실패 때 남긴 각종 부정적인 이미지도 아직 소비자들에게 남아 있다.
이러한 악조건 속에서도 괄목할 만한 시장점유율 증가의 원인은 무엇일까? 필자는 그 근본적인 원인이 미국의 CAFE 규제에 있다고 생각한다. MY 2017부터 시작되는 CAFE 규제에 대응하기 위해서 제조사들이 신기술 개발에 많은 노력을 경주하고 있는 상황이다. 그러나 이미 상당한 수준 최적화가 진행된 휘발유 엔진 차량에서 연비를 더욱 낮추기 위해서는 고가의 기술들이 필요로 되고 있다. 고압분사 GDI, VGT, EGR, CVVT, 고에너지 점화계, 연소압 기반 제어, 고연소압 헤드, 저마찰 코팅 등이 그 예라고 할 수 있다. 또한 휘발유 엔진 효율 개선만으로 부족한 부분에 대해서는 고가의 소재를 이용한 차량경량화로 보완을 꾀하고 있다.
이를 고려할 때 미래에는 동일 효율 기준의 가솔린엔진과 디젤엔진은 그 가격 차이가 점점 줄어들 것으로 예상되어 그동안 큰 가격차이로 제조사들로부터 외면 받아오던 디젤엔진이 CAFE 규제 만족을 위한 한가지 좋은 방안으로 판단되고 있다고 생각이 된다. 이는 미국의 OEM들이 CAFE 규제에 가장 영향을 많이 주는 대량판매 차량(Chevy Cruze, Mazda 6) 또는 열악연비 차량(Ram 1500, Jeep Cherokee, Chevy Colorado)에 우선적으로 디젤엔진 적용을 하는 것으로 유추해 볼 수 있다.
제조사의 입장에서 보면 CAFE는 부피 기준 규제이므로 디젤 연료를 사용하게 되면 두 연료의 비중차 만으로 약 15%의 CAFE 연비효과를 바로 볼 수 있고 여기에 디젤의 우세한 BSFC를 고려하면 그 효과는 배가 되므로 가솔린엔진에 대한 개선과 차량 경량화 등의 노력을 지속함과 동시에 디젤엔진 적용 차량들을 앞다투어 내 놓고 있다. 선택의 폭이 넓어짐에 따라 시장 점유율이 높아지는 것은 당연한 결과라고 생각한다.
혹자는 이러한 필자의 분석이 다소 주관적이라 할 수 있겠으나 새로이 시장에 소개되어지는 디젤 차량의 판매가 늘어나면 늘어날수록 CAFE 규제를 만족하기 위한 연비 마진이 커지게 되고 이 여유분을 제조사가 자사의 상황에 가장 적합하도록(예를 들어 CAFE 연비에는 악영향을 주나 이익율이 높은 Premium 차량에 주력을 한다든지 하는 식으로) 활용할 수 있게 도움을 주는 것만은 확실해 보인다. 이에 많은 시장분석가들이 예상하는 미국의 승용디젤 시장 확대에 필자도 동의하는 입장이다.
맺음말
본 고에서는 미국의 디젤 엔진 및 차량의 동향을 Onroad HD, Off-road HD 그리고 승용 LD로 나누어 살펴보았다. On-road HD 시장은 2014년 GHG 규제를 기존엔진 최적화로 맞춘 상황이고 2017년 규제는 마찰저감,EGR 저감+ SCR 효율 향상 등으로 맞추어가는 것으로 판단이 된다. Off-road HD 쪽은 이제막 Tier 4 Final이 시작되었기에 당분간 새로운 규제는 없을 것으로 생각이 되나 EPA가 희망하였던 중소형 엔진에서의 DPF 장착이 Tier 4 Final로 이루어지지 않았기에 조만간 새로운 규제 논의가 시작될 것으로 생각이 된다.
LD 시장이 가장 빠르게 변화하고 있는 상황으로 지난 3년간에 걸쳐 32개월 동안 전년 동기대비 판매증가를 보였고 이 중 27개월이 두자리 숫자 증가였으며 지난 2013년 8월과 7월에는 40%를 넘나드는 전년대비 판매증가를 보인 바 오랜동안 디젤엔진을 외면해왔던 미국 소비자들이 조금씩 변화하고 있는 것만은 확실한 것으로 판단된다.
글 / 주신혁 (Southwest Research Institute)
출처 / 한국자동차공학회 오토저널 2014년 1월호
미국은 전통적으로 대형 운송 수단에는 디젤 연료가, 그리고 일반 승용차와 SUV, 소형 픽업트럭에는 가솔린연료가 압도적인 비율로 사용되어 왔다. 그러나 최근 발효된 온실가스 배출 규제와 연비규제의 영향으로 이러한 전통적인 시장 분할이 조금씩 변화하고 있는 것으로 많은 전문가들이 분석한다. 이에 미국의 On-road, Offroad, 그리고 승용 디젤 부문에서 일어나고 있는 변화들을 본 고에서 다루고자 한다.
On Road Heavy Duty
북미 On-road 시장은 전세계를 통틀어 가장 엄격한 배기 및 연비 규제가 시행되어지고 있는 시장 중 하나이다. 특히 최근 규제의 초점은 EPA(Environmental Protection Agency)와 NHTSA(National Highway Traffic Safety Administration)가 각각 관장하고 있는 온실가스 규제와 연비 규제로 양분 된다. 주지하다시피 온실가스 배출과 엔진 연비는 직접적인 상관관계가 있기에 두 기관이 유기적으로 협력하여 두 규제가 서로 부합하도록 한 바, H/C 비율이 1.85인 인증용 디젤을 사용하여 EPA의 2014년 CO2 규제치 475g/hp-hr를 만족할 경우 NHTSA의 4.67gal/100hp-hr(~200g/hp-hr BSFC) 규제를 동시에 만족하게 된다.
많은 On-road HD 엔진 제조사들은 이미 2014년 CO2 규제를 만족시키는 엔진들을 개발 완료한 상태이다. 필자가 일하고 있는 SwRI에서 파악한 바로 2011년형 디트로이트 디젤의 DD15 엔진의 최선 연비가 202g/hp-hr였던 것을 고려하면 2014년 규제는 엔진 캘
리브레이션 개선과 부품 최적화(특히 터보차저), SCR 제어 최적화 등을 통하여 어렵지 않게 맞출 수 있는 규제로 일반적으로 여겨져 온 것이 사실이다. 특히 현행 CO2 규
제 법규에는 많은 허점들이 있어 제조사들이 이를 적절히 활용하고 있는 것으로 이해하고 있다.
여러 헛점들이 있으나 가장 큰 것으로는 인증규제는 FCL(Family Certification Limit)을 기준으로 하나 사후 규제 적합 판단 기준은 FEL(Family Emissions Limit)로 하는 것으로 생각이 된다. 즉 배기규제와 동일하게 FEL은 FCL 대비 3%의 마진을 허용하는데 이것이 배기규제에서는 큰 여유를 부여하는 것으로 여겨지지 않으나 연비규제에서는 매우 큰 여유 공간을 제공한다.
일례로 NOx FCL 규제치인 0.2g/hp-hr의 경우 FEL을 적용한다 하더라도 0.206g/hp-hr로 그 규제치가 매우 엄격하나 연비규제 FCL인 200g/hp-hr 대비 FEL은 206g/hp-hr로 계산되기에 양산공차를 고려하더라도 그리 어렵지 않게 만족할 수 있는 규제인 것이다. 게다가 사후 audit 시험에서는 시험 엔진의 60%만 FEL을 만족하면 되므로 제조사들에게는 더욱 큰 마진을 제공하게 되는 셈이다.
당면한 과제는 2017년 규제이다. 2017년 부터는 CO2 규제치가 475g/hp-hr에서 460g/hp-hr로 더욱 낮아져서 엔진 연료소모율로 환산하면 195g/hp-hr를 만족해야한다. 특히 약 2020년 정도에 시작될 것으로 예상하는 EPA의 Phase II 규제를 고려하면 엔진 제조사들로서는 더이상 기존 엔진의 캘리브레이션 조정 만으로는 규제를 만족시키는 것이 거의 불가능해 보인다.
향후 강화되는 온실가스 규제와 연비규제에 대비하기 위해 많은 제조사들은 그동안 HD 분야에서는 내구성 확보를 위해 고려되지 않아왔던 마찰저감, 저점도 윤활유 사용, 그리고 냉각수펌프 오일펌프 등 부대부품 최적화등이 활발히 연구되어지고 있으며 그동안 특히 2010년 NOx 규제 만족을 위해 적용되었던 대용량 EGR, 저온연소 개념에서 벗어나 엔진 효율을 고온, 고부하 연소로 개선하고 이에 따른 NOx 증가를 고효율 SCR로 해결하고자 하는 노력들이 경주되고 있으며 터보 Compounding 이나 Rankine Cycle 등을 통한 Waste Heat Recovery 시스템도 활발히 연구되어지고 있다.
Off Road Heavy Duty
Off Road 엔진들의 경우 소형엔진들을 선두로 2013년부터 Tier 4 Final이 강제되고 있고 대형엔진의 경우에도 2015년부터는 이를 만족하도록 규제 되고 있다. 다소 느슨한 NOx 규제와 이에 비해 엄격한 PM 규제를 고려해 볼 때 당초 Tier 4 Final 규제치가 제정될 때 EPA는 중소형 엔진의 경우 NOx 저감을 위해서는 EGR이 적용되고 PM 저감을 위해서는 DPF가 적용되어지기를 희망하였던 것으로 생각이 된다.
그러나 이제 규제가 발효된 상황의 현실은 EPA의 희망과는 다르게 많은 OEM들이 후처리 장치는 DOC만을 적용하고 NOx는 EGR로 PM은 고압연료분사장치와 캘리브레이션 최적화를 통해 저감하여 규제를 만족시키는 엔진들을 속속 시장에 내놓았다. EPA로서는 DPF를 강제할 수 있는 규정이 없기에 이러한 엔진들이 인증을 받아 소비자들에게 제공되는 것을 막을 수는 없으나 DPF가 장착되지 않은 엔진들에 대해 Confirmatory Test나
Selective Enforcement Audit 등을 시행하여 사후 관리를 더욱 철저히 할 것으로 예상이 된다. 특히 최근에 EPA가 미국 인증시험 법규집인 Part 1065를 만족하는 시험셀을 자체 확보하였기에 위의 가능성은 더욱 높아보인다.
이외에도 아직 EPA나 CARB에서 Tier 5에 대한 공식적인 논의는 시작되지 않았으나 EPA가 온실가스 규제 Phase II와 LD Tier 3 제정을 마무리하는대로 Tier 5가 논의되기 시작할 것으로 분석된다. 그 시기는 명확하지 않으나 빠르면 미국의 대통령 선거 전인 2015년에 법규제정이 들어갈 것으로 생각이 되고 그동안 통상적으로 법규제정에서 실제 규제까지 걸려왔던 시간을 고려하면 약 2020년 경부터는 Tier 5가 규제되기 시작할 것으로 보인다. Tier 5 규제에서 어느 부분이 강화될 것인가를 논의하는 것은 시기상조이나 EPA가 원했던 DPF 장착이 Tier 4에서 이루어지지 않은 56~560kW의 카테고리는 PM 규제치가 상당히 낮아질 것은 명확해보이며 19~56kW 급의 엔진도 그 판매대수를 고려하면 PM 규제가 강화되어 DPF가 확실히 장착될 수 있도록 노력할 것으로 판단된다.
PN(Particulate Number) 규제를 하게되면 DPF가 반드시 필요한 것으로 여겨지므로 EPA가 PN 규제를 고려할 가능성도 있으나 유럽과 달리 EPA는 미국 의회로부터 PN을 규제할 수 있는 권한을 아직 부여받지 못하였다. 따라서 EPA가 PN 규제를 제정하기 위해서는 PN이 인간에 미치는 악영향에 대한 기초 연구부터 대대적으로 시작하여 규제 필요성에 대한 과학적인 근거를 의회에 제시하여 그 권한을 승인 받아야 하나 이 절차가 매우 복잡하고 시간이 오래 걸리기에 DPF 장착을 강력히 유도하기 위해서 PN 규제보다는 PM 규제치를 현 규제대비 상당하도록 낮추어 DPF 없이는 규제를 만족시키는 것이 불가하도록 규제치를 제안하는 방식을 택할 것으로 예상이 된다.
Off-road HD 분야에서의 NOx 저감 노력은 CARB 주도로 이루어지고 있다. 2012년부터 CARB는 공식적으로 Off-road 분야에서의 NOx 저감 필요성을 논의하고 있다. 예를 들어 그림 1에서 보듯이 2012년 현재 캘리포니아 NOx 배출량의 약 1/3 정도로 승용차량의 배출량보다 많은 것으로 분석되었으며 CARB가 목표로 하는 대기오염 수준을 맞추기 위해서는 2023년까지 2012년 수준의 65%, 2032년까지는 80%, 그리고 2050년까지는
85%의 NOx 저감이 필요함을 강조하고 있다.
Light Duty
북미의 승용, SUV, 픽업트럭 등의 시장은 전통적으로 휘발유 차량이 압도적인 비율로 점유하여 왔다. 이미 디젤 엔진들이 주류를 이루어왔으나 강화되는 연비 및 배기 규제 만족을 위해 노력하는 HD 시장과는 반대로 북미의 LD 디젤 시장은 시장 점유률 증대가 당면과제이다.
이미 오래전 70년대 오일 쇼크 당시 북미시장에서 승용디젤 차량들이 선보인 적이 있으나 여러가지 문제점들로 소비자들로부터 철저히 외면 받은 바가 있기에 제조사들
은 그 후 승용 디젤에 대해 매우 소극적으로 대응하여 온 것이 사실이다. 그러나 최근 이러한 상황이 조금씩 변화하고 있는 여러 조짐들이 보인다.
오랫동안 미국의 승용 디젤 시장은 독일 폭스바겐의 전유물이었다. 그러나 최근들어 많은 완성차 업체들이 디젤 차량들을 속속 시장에 내놓고 있다. 일례로 아래에 현재, 또는 향후 1년 안에 북미시장에서 판매되어질 약 30여종의 차량들을 열거하였다.
● Audi : A6, A7 and A8L Sedans, Q5 and Q7 SUVs.
● BMW : 3-series Sedan and Wagon, 5-series Sedan, X5 SUV.
● Chevrolet : Cruze Compact Sedan.
● Jeep : Grand Cherokee SUV.
● Mazda : Mazda6 Midsize Sedan.
● Mercedes-Benz : GLK, ML and GL SUVs, E-class Sedan.
● Porsche : Cayenne SUV.
● Ram : 1500 Full-size Standard Pickup.
● Volkswagen : Beetle, Golf, Jetta, Passat Sedans, Convertible and Wagon, Touareg SUV.
대부분이 독일 업체들이나 미국 업체인 크라이슬러의 Jeep Grand Cherokee와 Ram 1500 픽업트럭, Chevrolet의 Cruze, 그리고 일본 업체인 Mazda 6는 주목할 만하다.
이 외에도 Chevrolet에서 소형 픽업트럭인 Colorado에 디젤엔진을 장착할 계획을 발표하였으며 일본 니산자동차도 자사의 픽업트럭인 Titan에 디젤엔진 적용을 발표한 바 있다. 이와 같이 이전 대비 확연히 늘어난 선택의 폭에 소비자들이 반응하여 승용디젤 차량 판매 증가세는 경이로울 지경이다. 발표된 자료에 따르면 2013년 8월과 7월 승용 디젤자동차의 판매는 작년 동기 대비 각각 41.8%와 38.1% 증가하였다.
또한 지난 36개월 중 32개월이 이전해 동기 대비 판매증가를 유지해 왔으며 이중 27개월은 두자리수 증가를 보였다. 이에 따라 2013년 디젤 승용차와 픽업트럭의 시장 점유율은 3%를 조금 넘는 수준까지 성장했으며 이는 하이브리드차량의 3.54%에 견줄만한 수준이다. 유럽의 50% 수준과 비교하면 아직 미미한 시장이라 할 수 있으나 불과 수년전 0.2% 미만의 시장 점유율과 비교하면 괄목할 만한 수준이라 할 수있다. 향후 수년간 지속적인 디젤 차량의 판매 증가세는 확실한 것으로 보인다.
국내와 달리 미국의 Gallon당 디젤 가격은 휘발유 대비 약 15% 정도 비싸 디젤차량이 휘발유 차량 대비 약 30% 정도 우위의 연비를 고려면 전체적으로는 비용 절감 효과가 확실하나 소비자들이 체감하는 경제적인 효과는 국내 대비 다소 작다. 또한 과거 승용디젤차량의 미국시장 진입 실패 때 남긴 각종 부정적인 이미지도 아직 소비자들에게 남아 있다.
이러한 악조건 속에서도 괄목할 만한 시장점유율 증가의 원인은 무엇일까? 필자는 그 근본적인 원인이 미국의 CAFE 규제에 있다고 생각한다. MY 2017부터 시작되는 CAFE 규제에 대응하기 위해서 제조사들이 신기술 개발에 많은 노력을 경주하고 있는 상황이다. 그러나 이미 상당한 수준 최적화가 진행된 휘발유 엔진 차량에서 연비를 더욱 낮추기 위해서는 고가의 기술들이 필요로 되고 있다. 고압분사 GDI, VGT, EGR, CVVT, 고에너지 점화계, 연소압 기반 제어, 고연소압 헤드, 저마찰 코팅 등이 그 예라고 할 수 있다. 또한 휘발유 엔진 효율 개선만으로 부족한 부분에 대해서는 고가의 소재를 이용한 차량경량화로 보완을 꾀하고 있다.
이를 고려할 때 미래에는 동일 효율 기준의 가솔린엔진과 디젤엔진은 그 가격 차이가 점점 줄어들 것으로 예상되어 그동안 큰 가격차이로 제조사들로부터 외면 받아오던 디젤엔진이 CAFE 규제 만족을 위한 한가지 좋은 방안으로 판단되고 있다고 생각이 된다. 이는 미국의 OEM들이 CAFE 규제에 가장 영향을 많이 주는 대량판매 차량(Chevy Cruze, Mazda 6) 또는 열악연비 차량(Ram 1500, Jeep Cherokee, Chevy Colorado)에 우선적으로 디젤엔진 적용을 하는 것으로 유추해 볼 수 있다.
제조사의 입장에서 보면 CAFE는 부피 기준 규제이므로 디젤 연료를 사용하게 되면 두 연료의 비중차 만으로 약 15%의 CAFE 연비효과를 바로 볼 수 있고 여기에 디젤의 우세한 BSFC를 고려하면 그 효과는 배가 되므로 가솔린엔진에 대한 개선과 차량 경량화 등의 노력을 지속함과 동시에 디젤엔진 적용 차량들을 앞다투어 내 놓고 있다. 선택의 폭이 넓어짐에 따라 시장 점유율이 높아지는 것은 당연한 결과라고 생각한다.
혹자는 이러한 필자의 분석이 다소 주관적이라 할 수 있겠으나 새로이 시장에 소개되어지는 디젤 차량의 판매가 늘어나면 늘어날수록 CAFE 규제를 만족하기 위한 연비 마진이 커지게 되고 이 여유분을 제조사가 자사의 상황에 가장 적합하도록(예를 들어 CAFE 연비에는 악영향을 주나 이익율이 높은 Premium 차량에 주력을 한다든지 하는 식으로) 활용할 수 있게 도움을 주는 것만은 확실해 보인다. 이에 많은 시장분석가들이 예상하는 미국의 승용디젤 시장 확대에 필자도 동의하는 입장이다.
맺음말
본 고에서는 미국의 디젤 엔진 및 차량의 동향을 Onroad HD, Off-road HD 그리고 승용 LD로 나누어 살펴보았다. On-road HD 시장은 2014년 GHG 규제를 기존엔진 최적화로 맞춘 상황이고 2017년 규제는 마찰저감,EGR 저감+ SCR 효율 향상 등으로 맞추어가는 것으로 판단이 된다. Off-road HD 쪽은 이제막 Tier 4 Final이 시작되었기에 당분간 새로운 규제는 없을 것으로 생각이 되나 EPA가 희망하였던 중소형 엔진에서의 DPF 장착이 Tier 4 Final로 이루어지지 않았기에 조만간 새로운 규제 논의가 시작될 것으로 생각이 된다.
LD 시장이 가장 빠르게 변화하고 있는 상황으로 지난 3년간에 걸쳐 32개월 동안 전년 동기대비 판매증가를 보였고 이 중 27개월이 두자리 숫자 증가였으며 지난 2013년 8월과 7월에는 40%를 넘나드는 전년대비 판매증가를 보인 바 오랜동안 디젤엔진을 외면해왔던 미국 소비자들이 조금씩 변화하고 있는 것만은 확실한 것으로 판단된다.
