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현대자동차가 세계시장에 내놓을 비장의 무기

디젤같은 GDCI 가솔린 엔진 양산 임박

디젤엔진의 장점까지 뺏어온 현대자동차의 차세대 가솔린 엔진
디젤인 듯 가솔린인 듯 디젤같은 GDCI엔진

글 | 김동연 월간조선 기자/ 자동차 칼럼니스트
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현대자동차의 GDCI 엔진

 
‘친환경’은 세계적으로 지속되는 화두이다. 이는 자동차 업계에서도 그렇다. 친환경이라는 이름 아래 전기모터와 가솔린엔진을 합친 하이브리드(혼종, 混種) 자동차들이 도로 위를 달리고 있다. 본래 하이브리드(hybrid)란 두 개의 무언가를 합친 혼합품을 말한다.
 
그러나 정작 가솔린엔진과 디젤엔진의 이종교배(異種交配)를 통해 하나로 만든 하이브리드는 없었다. 하이브리드의 의미가 기존 내연기관간의 교잡(雜)은 건너뛴 채로 진행되고 있는 셈이었다. 마치 섞이지 않는 물과 기름처럼 디젤엔진은 디젤대로, 가솔린엔진은 가솔린대로 기술을 발전시켜왔을 뿐이다. 디젤엔진의 장점을 가솔린엔진의 장점과 함께 묶을 수 있다면 어떨까. 이것이 진정한 내연기관의 하이브리드 아니겠는가.
 
자동차 메이커 GM과 혼다 등은 디젤엔진처럼 점화플러그가 없는 가솔린 엔진(HCCI)을 구상했고 개발을 추진해왔다. 그러나 2007년 당시엔 이 엔진을 어떻게 구체화 할 것인지, 언제쯤 양산화 할지는 계획이 없었다. 또 이 엔진의 문제점은 완벽히 플러그를 제거한 형태가 아니라는 점이다. 특정 상황에서는 내압이 과도하게 상승하고 기존 엔진처럼 스파크 이그니션(spark ignition)을 요한다는 점이 걸림돌로 작용했다.
 
2011년, 현대자동차에서도 실험단계의 점화플러그가 없는 GDCI(Gasoline Direct Injection Compression Ignition) 엔진을 델파이(Delphi)사와 함께 개발 중이었다. 이 엔진은 GM과 혼다의 HCCI 와 달리 완벽히 플러그를 없앤 형태의 엔진이었다. GDCI는 가솔린 엔진인데, 그 작동 원리는 디젤엔진과 동일하다. 디젤엔진은 점화플러그 없이 경유를 오로지 압축으로만 폭발시켜 행정을 이어나간다. 이 동일한 개념을 가솔린 엔진에 적용한 것이다. 점화플러그를 없앨 수 있으면 제작 단가는 물론 열효율 측면에서도 효과를 볼 수 있다.
 
가솔린을 압축으로만 연소한다면 플러그를 통해 폭발시킬 때보다 열효율을 끌어올려 완전연소에 가깝게 만들 수 있다. 실제 실험단계에서 현대자동차는 기존 가솔린엔진 대비 Co2 배출량을 14% 가량 낮추었고, 8% 가량의 열효율 증대를 확인했다. 연비는 25%가량 향상되었다. 그동안 현대가 연비를 25%가량 개선한다고 호언장담한 이유 중 일부가 여기에 있다.
 
현대의 GDCI 개발에 관한 내용이 SAE(미국 자동차기술공학회)에도 몇 년 전 소개되면서 이 기술은 국제적으로도 관심을 받고 있다.
 
한마디로 GDCI엔진은 가솔린 엔진이면서도 디젤엔진 고유의 특성을 지니게 된다. 디젤엔진의 최대 장점은 낮은 RPM구간에서의 높은 토크이다. 이런 디젤엔진의 특성은 가솔린 엔진은 그동안 가질 수 없었다. 그런데 현대가 디젤엔진과 같은 가솔린 엔진을 개발하면서 가솔린 엔진이 디젤엔진의 장점도 함께 지니게 됐다. 한마디로 두 가지 엔진의 장점이 하나의 엔진에 들어간 셈이다.
 
가솔린 엔진에서 압축만으로 휘발유를 연소시킬수 있다면, 디젤을 주유해도 그 결과는 똑같다는 게 현대 관계자의 말이다. 즉 GDCI 엔진은 디젤엔진의 장점을 흡수함은 물론 디젤엔진의 연료인 디젤도 사용할 수 있다는 것이다.
 
다만, 양산 단계에서 이 엔진을 휘발유(가솔린)와 경유(디젤) 두 가지 유종(油種)을 바이퓨얼(bi-fuel) 형태로 만들지는 미지수다. 아마도 엔진의 내압(內壓)과 균일한 성능을 보장하기 위해 가솔린만 사용할 가능성이 크다. 현재 엔진 압축비는 가솔린엔진과 디젤엔진의 중간쯤이라고 할 수 있는 14.8대1 정도다. 폭스바겐 2.0 디젤 엔진(TDI)이 16.5대1, 현대자동차의 2.4 세타Ⅱ 가솔린(GDI)엔진은 11.3대 1 정도이니, 어느 정도 수준인지 가늠할 수 있다. 압축비 14.8대1은 압력수치로 4350psi 이며 300bar에 해당한다. GDCI 엔진의 배기량은 1800cc이다.
 
이 엔진의 또 다른 특이점은 수퍼차저와 터보차저를 함께 사용한다는 점이다. 저속에서 수퍼차저가 흡입되는 공기의 양을 유지한다. 그럼으로써 적정한 양의 공기가 엔진으로 유입되게 하는 것이다. 공기가 지속적으로 유입되면 엔진은 행정을 마치고 배출되는 배기를 터보를 통해 엔진내부로 재투입시켜 내부를 고압상태로 유지한다. 이 내압을 유지해야만 엔진은 압축행정에서 지속적인 폭발을 발생시킬 수 있다.
 
기자가 현대차의 관계자 R 씨를 통해 확인한 결과, 현재 이 기술은 완성됐으며, 양산 단계에 임박했다고 한다. 그러나 정확한 시기는 언급하지 않았다. 현대는 그동안 일부 양산 모델에 시험적으로 이 엔진을 장착해 테스트를 해왔다.
 
이 엔진이 본격적인 양산에 돌입하면, 전 세계적으로 자동차업계에 큰 반향을 불러올 것으로 보인다. 전문가들은 현대의 GDCI 엔진이 여타 메이커들보다 내연기관 부분에서 진일보(進一步) 한 것으로 보고 있다.
등록일 : 2015-04-23 11:02   |  수정일 : 2015-04-23 18:06
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김동연 월간조선 기자/ 자동차 칼럼니스트

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