고출력·고효율 일석이조…‘직분사 엔진’ 씽씽

일반 엔진이 흡기밸브 뒤쪽에서 공기와 연료를 섞어서 연소실에서 폭발하는 힘으로 엔진을 움직였다면(왼쪽) 직분사엔진은 공기가 들어 있는 연소실에 연료를 직접 분사한다. 정확한 시기에 적절한 양을 직접 분사할 수 있어 출력이 높아지고 연료도 절약할 수 있다. 현대·기아차 제공

연소실에 고압연료 직접 분사
연료소비·배출가스·무게 줄어
쏘나타·K5 일부모델 채용
타 자동차회사도 도입 예정

진화하는 자동차 엔진

고출력과 고효율, 두 마리 토끼를 다 잡은 직분사 엔진을 적용한 모델이 계속 늘어나면서 직분사 엔진의 전성시대가 오고 있다. 기아자동차는 최근 쏘나타와 케이(K)5의 2.4 모델에 직분사 엔진을 적용시켰고 메르세데스-벤츠 등도 직분사 엔진 모델을 새로 내놓았다. 직분사 외에도 최근 다양한 기술이 개발되면서 엔진의 진화는 계속되고 있다.

■ 고효율의 직분사 채용 늘어 쏘나타와 케이5에 채용한 2.4 지디아이(Gasoline Direct Injection) 엔진은 고압의 연료를 연소실에 직접 분사하는 방식으로 엔진의 효율을 높였다. 보통 엔진은 실린더 안 연소실에 들어가기 전에 공기와 연료를 혼합한다. 이런 방식으로는 연료의 완전연소가 힘들어 연료 소비량과 배출가스가 늘어난다. 직분사 방식을 사용하면 연료 소비가 줄어들 뿐만 아니라 뿌려진 연료가 엔진 내부를 냉각시키는 효과까지 있어 엔진의 효율을 높여준다. 직분사를 이용하면 엔진 성능은 최대 14% 정도 높아진다.

직분사 방식은 같은 크기로도 엔진의 성능을 높일 수 있기 때문에 배기가스 규제에 대비하는 ‘엔진 다운사이징’의 핵심 기술이다. 전세계 자동차업체들이 너나없이 직분사 엔진 개발에 몰두중인 것도 이런 이유에서다. 현대자동차는 8월에 출시 예정인 아반떼에도 1.6 지디아이 엔진을 얹을 예정이다. 지엠대우가 8월 출시할 준대형 알페온에도 3.0 직분사 엔진이 들어간다. 메르세데스-벤츠도 최근 국내에 직분사 가솔린 엔진인 시지아이(CGI)를 장착한 시(C) 클래스와 이(E) 클래스 모델을 출시했다. 둘 다 1.8ℓ 엔진이지만 최고 출력 184마력으로 2.0 엔진 이상의 성능을 가졌다. 인피니티에서 새로 출시한 엠(M)56 스포츠 모델에도 인피니티 최초의 직분사 엔진(DIGTM)이 얹혀졌다. 직분사 엔진 전통의 명가는 아우디·폴크스바겐이다. 이들 회사의 디젤 직분사 티디아이(TDI)와 가솔린 직분사 에프에스아이(FSI)는 뛰어난 성능으로 정평이 나있다.

■ 엔진의 세대교체 눈앞 직분사뿐만 아니라 밸브(엔진에 공기를 넣고 빼는 뚜껑) 리프트의 높이와 밸브 타이밍을 제어해서 엔진에 들어가는 공기량을 최적화하는 가변 밸브 리프트 등을 사용한 엔진의 진화도 계속되고 있다. 현대·기아차가 이번 부산모터쇼에서 최초로 공개한 누우 2.0 엔진은 현재 세타 엔진을 대체할 신형 엔진이다. 이 엔진은 기존에 밸브 타이밍만을 제어하는 시브이브이티(CVVT)에서 한발 더 나아간 연속가변 밸브 리프트(CVVL·Continuously Variable Valve Lift) 기술을 적용했다. 전기 모터 등을 이용해서 밸브를 제어해 안정성도 크게 높였다. 기존 동급 엔진 대비 연비는 5.5% 높아지고 출력은 5% 향상됐다. 이 엔진은 올해 말 북미 출시 예정인 쏘나타 하이브리드에 최초로 장착된 뒤 차차 현대·기아차의 중형 모델에 실릴 예정이다.

현대·기아차의 경우는 앞으로 대부분의 엔진을 직분사 방식으로 변화시켜 나갈 계획이다. 다른 메이커들 또한 이 흐름을 따라가고 있다. 앞으로 1~2년 안에 자동차의 엔진은 모두 직분사와 흡배기 제어를 통해 한 단계 업그레이드된다. 자동차를 구매하고자 한다면 엔진의 발전 양상을 꼭 눈여겨볼 일이다.

이형섭 기자 [e-mail]