자동차의 동력원인 내연기관에는 크게 가솔린과 디젤 엔진 두 가지가 주류를 이루고 있다. 두 엔진 모두 장단점이 있어 한 마디로 어느쪽이 더 우수하다고는 할 수 없다. 바로 이 두 엔진의 장점만을 취한 이상적인 내연기관이 HCCI다. 이미 스페셜 이슈난을 통해 한번 소개한 바 있는 HCCI의 현재에 대해 살펴 보자.
HCCI방식으로 엔진이 정확히 회전하는 영역을 저압축비역, 고회전역에로 확대하는 기술로서 생각되는 것이 ‘부하의 오버랩’이다. 보통 오버랩이라고 하면 배기 밸브가 닫히기 전에 흡기 밸브가 열리기 시작해 흡배기를 촉진하는, 소위 흡배기 양쪽의 밸브가 열려 있는 상태를 말한다.
하지만 부하의 오버랩에서는 배기밸브를 빨리 닫고 흡기 밸브를 늦게 여는 상태, 즉 모든 밸브가 닫힌 상태를 만든다. 이때 연소 후의 온도가 높은 배기가스가 피스톤 내에 갇히게 된다. 이 온도를 이용하면 압역을 높이지 않고도 자기착화를 진행시킬 수 있다. 지금까지의 연구에서 오버랩의 타이밍을 세밀하게 제어하면 고회전역에서도 자기착화가 제어될 수 있다는 것을 알게 되었다.
더불어 연료를 몇 단계에 걸쳐 세밀하게 분사하면 “자기착화의 불씨”가 만들어진다는 것을 알게 되었다. 본래 피스톤이 위로 향하며 압축할 때에 연료를 분사한다. 하지만 HCCI방식의 엔진에서는 부하의 오버랩 때에 1/10 정도의 연료를 분사해 주면 연료가 반응하기 쉬운 작은 단편으로 갈라진다.(이를 개질이라고 표현한다.) 다음으로 흡기밸브가 열리면 온도가 내려가기 때문에 반응하기 쉬운 개질된 연료는 연소되지 않고 그대로 피스톤 내로 충만해 진다. 이것이 예의 “자기착화의 불씨”로 되는 것이다. 부하의 오버랩과 다단 연료분사라고 하는 두 가지의 기술에 의해 HCCI엔진의 현실화의 길은 급물살을 타게 되었다.
“실은 HCCI는 모든 회전역을 커버하는 기술은 아니다. 엑셀러레이터를 강하게 열어 가속할 때와 발진 때에는 통상의 연소와 린번을 사용하며 도로의 차량의 흐름을 타며 크루징하며 주행하는 것과 같은 때에 HCCI를 사용하는 것이 현실적이라고 할 수 있다.”고 이 부분의 연구를 하고 있는 엔지니어들은 설명하고 있다.
엔진을 개발하는 측에서 보면 HCCI방식은 밸브 타이밍과 연료분사의 복잡한 제어가 가능함으로써 실현하는 기술인 것이다.
‘HCCI 방식의 엔진을 개발하고 있지만 실제로 상품개발은 매니지먼트 부분에서 하고 있다.’고 하는 것은 엔진을 개발하는 엔지니어들 사이에서는 이미 알려진 사실이다.
미국 자동차학회인 SAE의 회장에서 HCCI방식에 관한 발표를 했을 때 전 세계적으로 큰 반향을 일으켰다. 자동차회사가 이 HCCI의 연구를 진행하는 중에 엔진 메이커가 아닌 일본의 히다치 제작소가 2리터 직렬 4기통의 HCCI 유닛을 시험제작해 가동시킨 것은 놀라운 일로 받아 들여졌다.
하다치제작소는 2010년도에 자동차관계사업의 매출액 1조원을 목표로 설정하고 신 엔진 시스템의 HCCI방식과 관련 기술의 개발을 진행해 오고 있다.
“히다치로서는 HCCI만을 고집하고 있는 것은 아니다. 유럽 모드에서 연비의 시험을 했을 경우 직접분사에 의한 통내 분사, 가변밸브 타이밍의 기구, 압축비의 변경에 따라 20%의 연비향상이 이루어진다고 하는 데이터를 얻어내고 있다. 하지만 효율 좋은 영역이 한정되는 HCCI 단독으로는 실제 주행에 가까운 시험에서는 5% 정도의 연비가 향상되는데 지나지 않는다. 때문에 엔진 메니지먼트 시스템이 필요하게 된 것이다.”라고 히다치측은 밝히고 있다.
앞으로 유럽의 유로5라든가, 미국의 SULEV(Super Ultra Low Emission Vehicle) 등의 배기가스 규제가 실행될 것을 고려하면 점점 엔진 메니지먼트 시스템 기술이 필요하게 될 것으로 보인다.
자동차 메이커와 부품 메이커가 공히 높은 차원에서 연구를 진행하고 있는 것을 생각하면 HCCI는 그리 멀지 않은 미래에 실현될 것으로 보인다. 하지만 양산차에의 탑재까지에는 아직 과제가 남아있다.
가변 밸브 타이밍, 고압의 연료분사밸브 등 고가 부품이 필요로 하게 된다. 비용이 문제가 되지 않는 수준이 되지 않으면 자동차에 탑재는 불가능하다는 것도 해결해야 할 숙제.
때문에 실용화에 있어 히다치 같은 부품을 공급하는 메이커의 존재가 중요하고 매니지먼트 전체를 연구하기 위해 엔진까지 위해 엔진까지 개발하는 그런 열의를 가진 엔지니어들도 더 많이 필요하다.
가솔린 엔진의 직접분사화하고 디젤엔진이 부분균질연소로 가고 있는 지금 상호간의 장벽이 낮아지고 있다. 머지 않은 장래에 HCCI가 실용화에 가까워지면 자동차회사들이 공통으로 부를 수 있는 명칭이 생겨날 것이다. 그리고 그 명칭이 정착될 때 HCCI가 본격적으로 실용화되는 것이라고 할 수 있을 것이다.
HCCI방식으로 엔진이 정확히 회전하는 영역을 저압축비역, 고회전역에로 확대하는 기술로서 생각되는 것이 ‘부하의 오버랩’이다. 보통 오버랩이라고 하면 배기 밸브가 닫히기 전에 흡기 밸브가 열리기 시작해 흡배기를 촉진하는, 소위 흡배기 양쪽의 밸브가 열려 있는 상태를 말한다.
하지만 부하의 오버랩에서는 배기밸브를 빨리 닫고 흡기 밸브를 늦게 여는 상태, 즉 모든 밸브가 닫힌 상태를 만든다. 이때 연소 후의 온도가 높은 배기가스가 피스톤 내에 갇히게 된다. 이 온도를 이용하면 압역을 높이지 않고도 자기착화를 진행시킬 수 있다. 지금까지의 연구에서 오버랩의 타이밍을 세밀하게 제어하면 고회전역에서도 자기착화가 제어될 수 있다는 것을 알게 되었다.
더불어 연료를 몇 단계에 걸쳐 세밀하게 분사하면 “자기착화의 불씨”가 만들어진다는 것을 알게 되었다. 본래 피스톤이 위로 향하며 압축할 때에 연료를 분사한다. 하지만 HCCI방식의 엔진에서는 부하의 오버랩 때에 1/10 정도의 연료를 분사해 주면 연료가 반응하기 쉬운 작은 단편으로 갈라진다.(이를 개질이라고 표현한다.) 다음으로 흡기밸브가 열리면 온도가 내려가기 때문에 반응하기 쉬운 개질된 연료는 연소되지 않고 그대로 피스톤 내로 충만해 진다. 이것이 예의 “자기착화의 불씨”로 되는 것이다. 부하의 오버랩과 다단 연료분사라고 하는 두 가지의 기술에 의해 HCCI엔진의 현실화의 길은 급물살을 타게 되었다.
“실은 HCCI는 모든 회전역을 커버하는 기술은 아니다. 엑셀러레이터를 강하게 열어 가속할 때와 발진 때에는 통상의 연소와 린번을 사용하며 도로의 차량의 흐름을 타며 크루징하며 주행하는 것과 같은 때에 HCCI를 사용하는 것이 현실적이라고 할 수 있다.”고 이 부분의 연구를 하고 있는 엔지니어들은 설명하고 있다.
엔진을 개발하는 측에서 보면 HCCI방식은 밸브 타이밍과 연료분사의 복잡한 제어가 가능함으로써 실현하는 기술인 것이다.
‘HCCI 방식의 엔진을 개발하고 있지만 실제로 상품개발은 매니지먼트 부분에서 하고 있다.’고 하는 것은 엔진을 개발하는 엔지니어들 사이에서는 이미 알려진 사실이다.
미국 자동차학회인 SAE의 회장에서 HCCI방식에 관한 발표를 했을 때 전 세계적으로 큰 반향을 일으켰다. 자동차회사가 이 HCCI의 연구를 진행하는 중에 엔진 메이커가 아닌 일본의 히다치 제작소가 2리터 직렬 4기통의 HCCI 유닛을 시험제작해 가동시킨 것은 놀라운 일로 받아 들여졌다.
하다치제작소는 2010년도에 자동차관계사업의 매출액 1조원을 목표로 설정하고 신 엔진 시스템의 HCCI방식과 관련 기술의 개발을 진행해 오고 있다.
“히다치로서는 HCCI만을 고집하고 있는 것은 아니다. 유럽 모드에서 연비의 시험을 했을 경우 직접분사에 의한 통내 분사, 가변밸브 타이밍의 기구, 압축비의 변경에 따라 20%의 연비향상이 이루어진다고 하는 데이터를 얻어내고 있다. 하지만 효율 좋은 영역이 한정되는 HCCI 단독으로는 실제 주행에 가까운 시험에서는 5% 정도의 연비가 향상되는데 지나지 않는다. 때문에 엔진 메니지먼트 시스템이 필요하게 된 것이다.”라고 히다치측은 밝히고 있다.
앞으로 유럽의 유로5라든가, 미국의 SULEV(Super Ultra Low Emission Vehicle) 등의 배기가스 규제가 실행될 것을 고려하면 점점 엔진 메니지먼트 시스템 기술이 필요하게 될 것으로 보인다.
자동차 메이커와 부품 메이커가 공히 높은 차원에서 연구를 진행하고 있는 것을 생각하면 HCCI는 그리 멀지 않은 미래에 실현될 것으로 보인다. 하지만 양산차에의 탑재까지에는 아직 과제가 남아있다.
가변 밸브 타이밍, 고압의 연료분사밸브 등 고가 부품이 필요로 하게 된다. 비용이 문제가 되지 않는 수준이 되지 않으면 자동차에 탑재는 불가능하다는 것도 해결해야 할 숙제.
때문에 실용화에 있어 히다치 같은 부품을 공급하는 메이커의 존재가 중요하고 매니지먼트 전체를 연구하기 위해 엔진까지 위해 엔진까지 개발하는 그런 열의를 가진 엔지니어들도 더 많이 필요하다.
가솔린 엔진의 직접분사화하고 디젤엔진이 부분균질연소로 가고 있는 지금 상호간의 장벽이 낮아지고 있다. 머지 않은 장래에 HCCI가 실용화에 가까워지면 자동차회사들이 공통으로 부를 수 있는 명칭이 생겨날 것이다. 그리고 그 명칭이 정착될 때 HCCI가 본격적으로 실용화되는 것이라고 할 수 있을 것이다.
'자동차점검' 카테고리의 다른 글
| 승객의 생명을 보호하는 풍선 - Advanced Airbag System (0) | 2008.06.20 |
|---|---|
| 이상적인 내연기관 HCCI엔진의 현재 (0) | 2008.06.20 |
| 장마철 차량관리 (0) | 2008.06.08 |
| 타이어만 바꿨을 뿐인데…연비 16% 향상? (0) | 2008.06.08 |
| 차량 정비관련 피해구제 사례 (0) | 2008.06.08 |
3명의 한 대꼴로 이제 필수품이 되어 버린 자동차. 자동차가 많아진 만큼 이와 관련된 피해도 증가하고 있다. 대부분 운전자들은 이러한 피해가 발생하면 자신이 직접 처리한다. 하지만 이러한 피해 중에서는 전액 보상을 받을 수 있는 사례도 많이 있다. 소비자보호원에서는 소비자의 피해를 줄이기 위해서 매년 자동차 관련 피해구제 사례를 발표하고 또한 상담도 받고 있다. 차량 정비와 관련된 피해 구제사례를 알아본다 
“차량의 접촉사고로 인해 수리를 받으면서 파손된 앞 유리도 새것으로 갈아 끼웠는데 하루만에 유리하단 부위에 금이 가버렸다. 곧바로 정비공장에 이 사실을 알리고 정상제품으로 교환해 줄 것을 요구했으나, 유리 교체 당시에는 아무 이상이 없었던 것이므로 외부 충격에 의해 깨진 것이라고 주장하며 책임을 회피하고 있다.”
“승용차를 구입해 운행하던 중 1년 정도 지난 시점에서 주행 중 엔진이 꺼져 차량을 견인해 지정 정비공장에서 점검한 바 타이밍벨트가 파손되어 실린더헤드가 파손되었다고 한다. 실린더헤드의 보증기간은 3년이므로 당연히 무상수리가 되는 줄 알고 있었는데 벨트류는 소모품이기 때문에 보증수리에서 제외되는 품목으로 동 벨트에 의해 하자가 발생한 것이라면 무상수리가 불가하다고 한다.” 
“고속도로를 주행하던 중 변속이 안 되는 하자로 인해 견인해 공업사에서 수리했다. 수리비로 75만원을 요구하며 이를 다 내지 않을 경우 차를 줄 수 없다고 한다. 급한 일로 인해 하는 수 없이 모두 지불했으나 수리비가 너무 비싼 것 같다.” 
“얼마 전 내차에 윈도우브러쉬가 작동을 하지 않고 차의 출력도 약해서 정비공장에 수리를 의뢰했다. 정비기사가 배선 연결상태를 점검하더니 ECU(전자제어장치)가 잘못된 것 같다며 이를 교체해야 한다고 했다. 그래서 이를 교체하고 배선의 일부도 교체하는 수리를 받았는데 며칠 후에는 차의 출력이 떨어지는 현상이 다시 나타났다. 아무래도 수리를 잘못한 것 같아서 평소 잘 아는 카센타에 문의하자 차의 상태를 점검 후 연료펌프의 고장 때문에 출력이 약하다고 했다. 연료펌프를 교체한 후 차의 상태를 점검한 바, 정상으로 확인되어 이번에는 지난번 정비공장에서 하자라며 뜯어낸 ECU를 다시 차에 장착해 테스트를 했더니 ECU에는 아무 문제가 없는 것으로 나타났다. 결국 처음 수리 받았던 정비공장 측에서 하자원인을 잘못 진단해 아무 문제없는 부품을 교체한 것이었다.” 
“차량의 도난방지를 위해 시중에서 자동시동 및 도난방지시설을 구입해 장착했다. 차량의 운행 중 시동이 불량해 해당 차량의 정비사업소에 AS를 요청했더니 무상수리가 안된다고 한다.” 
