마쯔다의 최근 친환경자동차 전략
“친환경차의 핵심은 디젤엔진의 개선”
마쯔다의 환경 전략과 핵심이 되는 환경 기술의 전모가 밝혀졌다. 도요타 자동차, 혼다, 닛산 자동차가 하이브리드 자동차와 전기 자동차 등 차세대 자동차 개발에 힘을 돌 리는 동안, 마쯔다가 어떤 환경 전략을 취하는가는 회사의 향후 위상과 생존에 큰 영향을 준다. 마쯔다가 개 발한 환경 기술은 배기량 1.3L 휘발유 엔진으로 연료 1L 당 주행 거리 30km라는 하이브리드 자동차 수준의 연비를 실현하는 것이다.
“SKYACTIV – G”라고 불리는 이 첨단 가솔린 엔진의 등장으로, 만약 마쯔다가 나중에 이 엔진을 사용하여 하이브리드 자동차를 만든다면, 도요타 와 혼다의 하이브리드 차량의 연비를 간단히 뛰어넘게 된다. 또한 마쯔다는 “SKYACTIV – D”라고 불리는 깨끗하고 연비가 좋은 차세대 디젤 엔진도 개발 중이며, 2012년경에 일본, 미국, 유럽에서 시판하는 자동차에 실용화할 예정이다.
높은 연비 성능을 자랑하면서, 요소 SCR (선택적 촉매 환원)과 NOx (질소 산화물) 흡착 촉매와 같은 고가의 NOx 후처리 장치를 장착하지 않고 엄격한 배기 가스 규제를 충족시키는 엔진이다. 가솔린과 디젤의 두 SKYACTIV 엔진 기술은 향후 마즈다 엔진의 기반이 될 것이다.
가솔린 엔진의 기술 개발은 배기 가스 규제에 대한 대응하는 역사라 고 할 수 있다. 시작은 1970년대 미국 캘리포니아에서 큰 문제가 된 대기 오염이었다. 급속하게 증가하는 자동차의 배기가스가 문제시되고, 미국은 세계 최초의 배기가스 규제 “마스키 법률”을 제정했다. 일본에서도 규제가 시작되었고 도시 대기 오염 문제에 자동차 회사는 진지하게 대응하였다.
◆ 유럽이 선택한 엔진 개선
그래도 선진국의 배기가스 규제는 해를 거듭할수록 어려워지고 갔 다. 1990년대 들어 논의된 지구 온난화 문제에 대한 대응에 바로 착수하는 여유는 자동차 제조 업체에게 없 었다.
까다로운 배기가스 저감 요구가 계속되고 그것에 대응하기 위하여 자 동차는 필사적이었다. 여기서 우리가 알아야 할 것은 인체에 유해한 NOx 등의 배기가스 저감과 인체에 무해하지 만 온실 효과가 있는 CO2 배출 감소는 일반적으로 절충된다는 것이다. 연비를 높이려면 NOx가 나오기 쉬워 진다. 가솔린 엔진으로 효율적으로 일을 할 수 있는 범위는 매우 좁다. 이러한 기본적인 제약에서 클린화와 연비 향상의 균형을 어떻게 극복하는가 하는 문제는 자동차 제조 업체를 혼란스럽게 했다.
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이때, 상황을 변화시킨 것은 도요타였다. 교토의정서가 채택된 1997 년 세계 최초의 하이브리드 자동차, 초대 “프리우스”를 발매했다. 혼다도 2000년 초 “인사이트”를 개발하 여, 가솔린 엔진을 전기 모터와 하이브리드화하여 클린화와 연비 향상을 동시에 충족하였다. 가솔린 엔진이 싫어하는 낮은 에너지를 모터가 보완하여 낮은 에너지의 연비 악화를 극복했 던 것이다.
유럽에서는 1990년대 중반부터 후반에 걸쳐 지구 온난화 문제에 대 한 의식이 높아졌다. 이에 따라 승용차에서도 배기가스 저감을 위해 연비 성능을 우선하는 경향이 강해지고, 가솔 린 차보다 연비가 뛰어난 디젤차가 보급되기 시작했다. 디젤차는 배기가스가 약점으로 되어 왔지만, 커먼레일 등 디젤엔진의 배기가스 억제 기술을 개발하여 디젤도 배기 가스 규제에 대응할 수 있게 되었다. 하지만, 유럽에서 도 배기가스 규제 강화 움직임이 없어진 것이 아니다. 최근에는 유럽 업체들도 디젤 청정화 추구에 대한 부담 을 무시할 수 없게 되었다. 폭스바겐(VW)은 청정화하기 쉬운 가솔린 엔진을 중심으로 연비 대책을 마련하였다.
그래서 태어난 것이 “다운 사이징 + 과급기”라는 새로운 가솔린 엔진 이다.
디젤의 비율이 높은 고급차 메이커 BMW와 다임러도, 배기가스 정화 및 연비 향상을 모두 추구하는 가솔린 엔진의 개선에 착수했다. 자연 흡기의 린번(희박 연소) 엔진 개발이 다. 양사는 환경 전략 중 하나로 하이브리드화 추진을 내걸고 있지만, 그 경우에도 가솔린 엔진의 기본 성능 향상 연구를 지속해 오고 있다.
◆ 후처리가 필요 없는 저가 디젤 엔진 개발
마쯔다는 새로운 가솔린 엔진뿐만 아니라 새로운 청정 디젤도 발표했 다. 이것은 대형 차량의 환경 성능 향상을 염두에 둔 것이다. 마쯔다가 발표한 새로운 청정 디젤 “SKYACTIV – D”의 개요는 배기량이 2.2L에서 최대 토크 400Nm이라는 큰 토크를 발휘한다. 세계 의 배기가스 규제는 디젤이 쉽게 달성할 수 없는 수준으로 높아지고 있다. 그래서 유럽 메이커는 현 재 고가의 후처리(요소 SCR이나 백금 촉매)를 추가하여 규제를 만족시키고 있다.
그런데, 마쓰다의 새로운 청정 디젤은 PM(입자상 물질) 감소를 위한 DPF 이외의 후처리가 불필요하다고 말한다. 마쯔다는 기존의 디젤 엔진의 연소 방식을 수정하여 가장 효 율이 높은 상사점에서 연료를 분사하는 시스템을 고안하고 있다. 따라서 분사 압력을 새로운 가솔 린 “SKYACTIV – G”의 무려 10배나 되는 2000기압까지 증가시켰다. 또한 압축 비율은 기존 의 “16”에서 “14”로, 가솔린 엔진과 대조적으로 세계에서 가장 낮은 압축률을 실 현했다.
디젤은 공기만을 압축하여 고온이 된 순간에 연료를 분사하여 자기 착화하는 연소 방식이다. 휘발유는 공기와 쉽게 섞이지만, 점화 어려운 성질을 이용하여 혼합기를 압축한다. 그 리고 플러그에 불을 켠다. 한편, 디젤을 사용하는 경우에는 공기와 섞여 어렵지만, 아주 타기 쉬운 성질을 가 지고 있기 때문에 유해 물질이 발생할 수 있다. 그리고, 플러그가 없는 디젤엔진의 압축 비율을 14까지 낮 추는 저온 시동 시 연소가 불안정하게 된다. 그래서, 가변 버블 타이밍을 사용하여 배기가스의 열을 실린더 로 복원하여 연소를 안정시켰다. EU 모드의 CO2 배출이 105g/km(6 단 MT). 즉, 연료 1L 당 약 25km의 연 비가 된다. 일본 미국 유럽에서 2012 년에 실용화되는 “SKYACTIV – D”는 지금까지 디 젤보다 낮은 비용으로 게다가 높은 효율을 실현했다.
마쓰다 SKY 전략은 결코 하이브리드를 부정하는 것이 아니다. 마쯔다 가 이상적이라고 생각하는 것은 효율적인 엔진, 작은 배터리와 모터의 조합이다. 2010년 3월, 도요타에서 마쯔 다가 하이브리드 기술의 라이선스 공여를 받는 것으로 양사는 합의하였다. 마쯔다에서 볼 때, 도요타와 의 제휴는 이상적인 하이브리드 자동차 구상을 실현하기 위한 것이다. 마쯔다는 하이브리드 차량을 개발하 기 전에 먼저 전통적인 내연 기관을 제대로 발전시키는 것을 우선한 것이다.
NDSL 기술동향, 2010/11/19
Original article available here: http://www.cleandiesel.co.kr/infor/tech_read.asp?id=15&pageNo=1&searchpart=&search=&mykeyword