연비 부적합 판정을 통해 본 디젤 엔진의 양면성

최근 자동차 공인 연비 때문에 관련 업계와 정부 부처들이 매우 시끄럽다. 핵심은 국산차 중에서 두 개의 모델, 그리고 수입차 중에서 네 개의 모델이 허용오차범위 -5%를 넘은 해당 메이커에 과징금을 부과할 예정이라고 한다.

그런데 국산차 모델을 연비 테스트한 정부 부처는 국토교통부이고 수입차 모델을 연비 테스트한 정부 부처는 산업통상자원부라고 한다.

연비 측정은 국산차든 수입차든 한 부처에서 도맡아서 해야 된다고 생각되는데 왜 두 개의 부처가 각기 다른 연비 측정 결과를 발표해서 혼란만 가중하는지 궁금하다. 이번에 국토교통부에서 연비 테스트한 현대 싼타페, 쌍용 코란도스포츠는 정작 산업통상자원부에서는 오차 범위 이내여서 과징금 부과 대상이 아니라고 하니 말이다.

왜 부처마다 측정된 연비 결과가 다른지 알 수 없다. 정부에서 앞으로 인증된 연비 사후관리를 국토부에서 맡기로 한 지 얼마 되지 않아 어제 오늘 이런 엇갈린 결과가 나오니 이를 보는 소비자 입장에서는 혼란스러울 것이다.

한 가지 재미있는 사실은 이번에 허용오차범위를 넘은 현대 싼타페, 쌍용 코란도스포츠 이외에 수입차 네 개의 모델인 아우디 A4 2.0 TDI, 폭스바겐 티구안 2.0 TDI, 크라이슬러 지프 그랜드체로키, BMW MINI 쿠퍼 컨트리맨 모두 디젤 엔진만 탑재했거나 디젤 엔진을 고객이 선택할 수 있다. 한마디로 이번 연비 논란 중심에 선 엔진은 디젤이라고 볼 수 있다.

검은 매연을 내뿜던 과거의 이미지를 탈피하고 친환경을 선도하는 디젤 엔진

고유가 시대와 배출 가스 저감 때문에 자동차에 탑재되는 파워트레인의 효율이 지속적으로 향상되고 있지만 특히 디젤 엔진의 발전이 가장 눈에 띈다. 지금 현재 자동차에 탑재되는 디젤 엔진의 최고 출력은 2.0L 배기량 기준으로 적게는 140마력부터 많게는 220마력까지 다양한 최고 출력을 낸다. 이는 같은 배기량의 자연흡기 휘발유 엔진과 비슷하거나 오히려 출력이 더 높다.

이렇게 우리는 디젤 엔진의 눈부신 발전을 눈으로 직접 보고 체험하고 있지만 불과 20-30년 전만 해도 디젤 엔진에 140마력은 상상도 못했었다.

우리나라의 경우 1980년대 디젤 엔진을 잠깐 탑재해서 판매한 콩코드, 로얄XQ 등의 디젤 중형 세단이 출시된 이후 2004년까지 승용차 = 가솔린 엔진 이었던 시대를 살았었다. 그러다가 2000년대 들어서 플린저 대신 초 고압 인젝터를 통해 실린더에 직접 연료를 분사하는 커먼레일 디젤 엔진을 서서히 탑재하면서 출력, 연비, 배기가스를 모두 만족시키기 시작했고 2004년부터 다시 승용차에도 디젤 엔진을 탑재할 수 있게 되었다.

디젤 엔진의 발전은 여기서 그치지 않고 매연저감장치 DPF를 추가하여 미세먼지 등을 획기적으로 저감하고 있다. 그리고 직분사 디젤 엔진에서 가장 많이 배출하는 질소산화물을 질소로 환원하기 위한 요소수 주입 시스템까지 승용 디젤에 속속 도입되고 있다.

현재 디젤 엔진은 내년부터 유로5에서 유로6로 넘어가는 과도기적 단계에 있다. 유로6는 유로5보다 특히 질소산화물(NOx), 탄화수소(HC)의 배출 기준을 엄격하게 적용했기 때문에 단순히 연비를 높여 해당 배출가스를 줄이기에는 한계가 있다. 따라서 유로6에서는 요소수를 의무적으로 적용하거나 LNT(Lean NOx Trap), LNC(Lean NOx Catalyst) 등의 기술을 적용해서 질소산화물, 탄화수소를 저감하기도 한다.

이런 기술들이 대거 적용되면서 디젤 엔진 = 검은 매연 이라는 과거의 고정된 관념이 점차 사라지고 대신 친환경을 선도하는 클린 디젤이 우리나라 소비자들에게 점차 인식되면서 디젤 승용차 비율이 크게 높아졌다. 특히 수입차 브랜드 중에서 독일3사를 포함한 유럽 자동차 브랜드의 경우 디젤 승용차 점유율이 최고 90%가까이 높아졌으며 앞으로 디젤 승용차 비율이 점차 더 올라갈 것으로 예상하고 있다.

높은 토크를 자랑하는 디젤 엔진도 매연 저감장치 때문에 힘이 부족할 수 있다?

디젤 엔진은 배출가스 저감 뿐만 아니라 연비도 비약적으로 향상되었다. 그리고 파워도 비약적으로 상승하여 제원상 최고출력, 최대토크는 자연흡기 가솔린 엔진보다 앞서고 있는 실정이다.

강력한 파워를 지닌 디젤 엔진을 탑재한 승용차, SUV를 보고 힘이 매우 좋아서 밟으면 밟는 대로 잘 나가겠다. 라는 생각을 가질 수 있을 것이다. 그런데 꼭 그렇지만은 않다. 매연 저감을 위한 기술들이 엔진에 부하를 줘서 어? 힘이 의외로 강하지 않네? 라는 생각을 할 수 있을 것이다.

지금 한참 연비 논란이 되고 있는 싼타페DM의 경우 처음 출시할 때 운전자들을 중심으로 저속에서 힘이 부족하다는 운전자들이 의외로 많았다. 싼타페DM의 경우 바로 전 세대 싼타페CM의 R엔진과 6단 자동변속기를 거의 그대로 적용했기 때문에 정말 힘이 부족한 것은 아니고 단순히 운전자가 부족하게 느껴질 뿐이며 실제로 같은 R 엔진을 탑재한 싼타페CM과 싼타페DM의 가속력은 거의 동일하다.

그렇다면 싼타페DM에서 유독 운전자들이 힘이 부족하다고 느낀 건 무엇 때문일까? 질소산화물을 낮추기 위한 LP-EGR 즉 배기가스 재순환 장치 때문일 것이다. 이 장치는 높아진 연소실 온도를 낮춰 질소산화물 배출가스를 저감하는데 문제는 운전자가 엑셀레이터 페달을 더 많이 밟게 되면 배기가스가 순간적으로 제때 빠지지 않아 운전자가 순간적으로 힘이 부족하다고 느껴질 것이다.

엑셀레이터 페달을 꾹 밟게 되면 공기를 더 많이 흡입하면서 동시에 연료분사량도 많아지게 되지만 배기가 순간적으로 원활하지 않게 된다. 그래서 일부 튜너들은 배기관을 직관으로 뽑아서 원활하게 배기가스를 배출시키기도 한다. 다만 이렇게 되면 매연 여과가 제대로 안되 환경오염 문제를 야기한다.

배출가스 줄이는 매연저감기술 때로는 연비 하락 요인이 된다.

2세대 싼타페 초기형 쏘렌토R, 스포티지R 등을 소유한 운전자들은 2011년 고속주행 또는 에어컨 가동할 때 질소산화물이 기준치를 크게 초과해 현대 기아차가 해당 차주들에게 ECU를 무상으로 업그레이드 했었던 일을 대부분 기억할 것이다.

문제는 ECU 업그레이드 후 질소산화물 등의 배출가스는 분명히 낮아졌지만 바로 빠져나가야 하는 배기가스가 연소실로 다시 재순환하는 과정을 거치기 때문에 엑셀레이터 페달을 꾹 밟아도 잘 나가지 않는 느낌이 들고 연비도 더 나빠졌다는 불만이 많았었다. 질소산화물을 저감하는 EGR밸브가 더 많이 활성화되면서 엔진에 그만큼 더 많은 부하가 걸렸기 때문이다.

유럽에 이어 우리나라도 디젤 엔진의 배출가스 기준이 유로5에서 유로6로 상향 조정된다. 유로6는 유로5 대비 최고 50%까지 매연을 저감해야 하기 때문에 엔진에 부하를 주는 매연 저감기술이 추가적으로 더 적용될 것이다.

최근 국내에서 공개한 기아 신형 카니발의 경우 기자가 예상한 것과 달리 요소수를 투입하지 않고 대신 LNT 기술을 적용하여 유로6 기준을 충족시켰다고 한다. 그리고 미미하지만 최고출력이 종전 카니발보다 5마력 더 상승했는데 유로6 기준을 충족하는 엔진들이 종전보다 출력과 토크가 상승한 이유 중에 하나가 엔진에 부하를 거는 매연 저감기술 때문에 유로5만 만족시키는 구형 모델보다 가속력이 떨어지지 않도록 하기 위한 조치라고 업계 관계자가 설명한 기억이 있다.

우리나라의 경우 아직도 엑셀레이터 페달을 급하게 밟는 운전자들이 많은데 이런 운전자들이 과연 유로6를 만족하는 디젤 승용차 혹은 경 상용차, SUV 등을 운전할 때 운전자가 기대했던 연비가 나올 수 있을지 걱정이다. 이럴 때일수록 최대한 높은 연비를 구현할 수 있는 에코 드라이빙 캠페인을 확대해야 한다.

그리고 운전자의 노력도 중요하지만 자동차 메이커들이 어떠한 주행 상황에서도 배출가스를 최대한 줄이고 연비를 높일 수 있는 신기술을 적극적으로 적용해야 한다.

모든 운전자가 만족할 수 있도록 연비와 환경 규제를 만족시킬 수 있어야

유럽 자동차 메이커를 중심으로 높은 환경규제에 대응하기 위해 인젝터 분사압을 높이고 변속기 단수를 더 많이 추가하거나 아예 수동기반의 듀얼클러치 변속기를 꾸준히 개발하여 적극적으로 적용하고 있다. 하지만 우리나라의 경우 기아 모하비를 제외한 나머지 디젤 승용이나 SUV 모델들은 아직 6단 자동변속기에 머무르고 있다.

국토교통부와 산업통상자원부의 연비 측정 결과가 왜 다른지 내부 사정은 알 수 없다. 다만 연비를 측정할 때 운전석에 사람이 탑승해서 정해진 시뮬레이션에 맞춰서 운전하는데 기계가 아닌 이상 운전자의 성향에 따라 조금씩 결과가 달라질 수 있다고 본다.

디젤 엔진의 경우 기자 개인적인 생각으로는 7단 혹은 8단 자동변속기로 업그레이드 해야 하거나 물리적으로 동력을 연결하고 변속이 빠른 수동기반 듀얼클러치 변속기를 최대한 빨리 도입해야 한다고 본다.