자동차 진화의 역설 … 무게는 늘어나도 연비는 좋아진다

요즘 자동차 업계의 화두는 ‘친환경’이다. 연비와 이산화탄소 배출량에 대한 관심이 그 어느 때보다 뜨겁다. 자동차는 점점 무거워질 수밖에 없다. 성능·안전성·상품성을 높이기 위해 각종 장비를 더하기 때문이다. 그런데도 연비는 갈수록 개선되고 있다. 이처럼 이율배반적인 진화의 배경엔 저항과 무게를 줄여 효율을 높이는 첨단 기술이 숨어있다.

　◆연료 직분사=실린더에 연료를 직접 뿜는 엔진이 늘고 있다. 연료를 공기와 섞어 엔진에 공급하는 방식보다 중간에 소실되는 양이 적기 때문이다. 정확한 시기에 꼭 필요한 만큼의 연료만 쓸 수 있다는 것도 강점이다. 차가운 연료가 실린더를 식힐 뿐 아니라 고압으로 으깨 뿌려 폭발의 질도 좋다. 공해물질도 적게 배출한다. 다만 연료분사 소음이 두드러지고 연료의 품질에 민감한 것이 단점으로 꼽힌다.

◆가변밸브 시스템=엔진이 빠르게 회전할 땐 들숨과 날숨의 흐름에 엇박자가 생긴다. 공기의 흐름이 기계의 빠른 박자에 뒤처지기 때문이다. 가변밸브 시스템은 엔진의 호흡을 보다 원활하게 하기 위해 고안됐다. 고회전 땐 밸브를 좀 더 깊이 열고, 흡기밸브를 완전히 닫기 전에 배기밸브를 열어 공기가 좀 더 빠르게 흐를 수 있게 돕는다.

　◆첨단 자동변속기=자동변속기는 편리하지만 효율은 떨어진다. 동력 전달을 할 때 중간에 오일을 채운 토크 컨버터를 거쳐야 하기 때문이다. 이런 단점을 없앤 것이 듀얼 클러치 변속기다. 두 개의 클러치가 홀·짝수의 기어 축을 번갈아 물며 변속을 이어간다. 톱니가 맞물리는 방식이어서 동력 손실이 적고, 제어 프로그램이 정교해 연비와 가속이 수동을 웃돈다. 기존 자동변속기는 점점 단수를 늘려가고 있다.

　◆차체 경량화=차체는 가벼울수록 엔진의 부담을 줄여준다. 그만큼 연비에 유리하다는 뜻이다. 아우디와 재규어는 알루미늄 차체를 선보였다. 하지만 원가가 비싸고 수리가 까다로운 편이란 게 단점이다. 이에 따라 자동차 업체는 다양한 소재를 조합해 차체 무게를 줄이고 있다. 포르셰 파나메라의 경우 차체 무게의 22%는 알루미늄, 3%는 스테인리스 스틸, 2%는 마그네슘, 1%는 플라스틱이 차지한다.

　◆하이브리드 시스템=전기차는 항속거리·충전시설 등 풀어야 할 숙제가 여전히 많다. 반면 하이브리드차는 당장 부담없이 타고 다닐 수 있다. 하이브리드차는 두 가지 이상의 동력원을 갖추고 있다. 엔진과 전기 모터의 조합이 일반적이다. 하이브리드차에 대해선 연비만 신경쓰는 경향이 있다. 하지만 같은 엔진으로 더 나은 성능을 내고, 버려지는 에너지를 회수해 다시 쓴다는 것도 훌륭한 존재의 이유가 된다.

　◆전기식 스티어링=엔진은 힘을 나눠줄 곳이 많다. 바퀴뿐 아니라 에어컨 냉매 압축기(컴프레서), 운전대 조작에 힘을 보탤 유압 펌프까지 움직여야 한다. 전기식 스티어링은 전기 모터로 힘을 보태 엔진의 부담을 줄여준다. 그만큼 연비에 도움이 된다는 얘기다. 하이브리드차인 도요타 프리우스는 에어컨 냉매 압축기까지 전기 모터로 돌린다.

김기범 중앙SUNDAY 객원기자