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원자력으로 자동차를? 이제는 사라진 자동차 엔진들
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  • 등록일 2019.09.27

내연기관과 전기모터 외에도 자동차의 새 엔진을 찾기 위한 노력은 100년 넘게 이어졌습니다.

안녕하세요, 대한민국 No.1 중고차 매매단지 엠파크입니다. 자동차는 약 2만~3만 개의 부품을 조립해 제작됩니다. 모듈 하나에 수백만 원씩 하는 첨단 전자장치부터 수십 원밖에 하지 않는 볼트 하나까지 자동차에서  중요하지 않은 부품은 없습니다만, 그 중에서도 자동차의 심장이라 할 만한 것은 단연 엔진입니다.

엔진(engine)은 풍력, 수력, 열에너지 등 자연 에너지를 기계적 에너지로 바꾸는 기관의 총칭입니다. 자동차에서는 주로 연료를 연소시켜 자동차를 움직이는 운동 에너지로 바꾸는 기관을 엔진이라고 부르는데요. 엔진은 자동차가 달리기 위한 가장 핵심적인 기관인 만큼 흔히 '자동차의 심장'으로 비유되곤 합니다.

현재 자동차 엔진의 주류는 피스톤 내연기관입니다. 단순한 구조와 뛰어난 신뢰성, 연료만 넣으면 바로 주행할 수 있는 편리성 덕에 130년 이상 자동차 엔진으로 사랑받았습니다. 그러나 그 역사 속에는 더 효율적이고 편리한 엔진을 만들기 위한 무수한 노력들이 있었는데요. 대안으로 떠올랐지만 여러 한계로 사라진 자동차 엔진들을 소개합니다.


▣ 가스터빈 엔진

가스터빈 엔진은 연소 가스로 터빈을 돌리는 방식으로, 제트엔진과 그 구조가 매우 유사합니다.

20세기 초의 비행기는 프로펠러로 추진력을 얻었기 때문에, 자동차와 더불어 내연기관이 탑재된 대표적인 탈것이었습니다. 따라서 자동차와 비행기는 서로의 발전에 크고 작은 영향을 줬는데요. 이러한 상호보완적 발전은 1960년대까지도 이어져 가스터빈 엔진 자동차를 탄생시켰습니다. 가스터빈 엔진은 연료의 연소 가스로 직접 터빈을 돌려 동력을 얻는 기관으로, 소형화와 고출력화가 용이해 주로 헬리콥터 엔진으로 사용됩니다. 구조적으로는 제트엔진의 형제뻘인데요.

작고 강력한 데다 정비성이 뛰어난 가스터빈 엔진을 자동차에 얹는 연구는 1930년대부터 이어졌습니다. 1950년 영국의 로버가 세계 최초의 가스터빈 자동차인 JET1을 제작해 주행 시험을 거쳤고, 로버와 미국의 크라이슬러가 가스터빈 자동차를 계속해서 개발했습니다.


크라이슬러는 터빈카 시제품을 제작해 주행시험까지 마쳤지만, 현실적 문제로 양산을 포기했습니다.

크라이슬러는 1963년 55대의 터빈카를 제작해 160만km의 실증 주행까지 거쳤지만, 극악의 연비와 비싼 엔진 가격, 도저히 승용차로 사용하기 어려운 소음과 낮은 반응속도 등의 문제로 양산은 좌절됐습니다. 1966년 터빈카 프로젝트가 폐기되면서 가스터빈 엔진은 군용 전차 등 일부의 경우를 제외하고는 더 이상 차량에 사용되지 않고 있습니다.


▣ 로터리 엔진

로터리 엔진은 실제로 수십년 간 양산돼 한때 피스톤 엔진의 아성에 도전했습니다.

반켈형 로터리 엔진은 한때 '꿈의 엔진'으로 불리며, 기존의 피스톤 내연기관을 대체할 유망주로 각광받았습니다. 독일 공학자 펠릭스 방켈이 고안한 이 엔진은 그의 이름을 따서 방켈 엔진이라고 불리기도 하는데요. 세모꼴의 로터가 챔버 안에서 회전하며 밸브와 피스톤 대신 엔진의 모든 행정을 수행하는 구조입니다. 소형화에 용이하고 배기량 대비 강한 출력을 내면서도 저진동, 고회전에 유리해 소형차부터 대형차까지 모든 차종에 사용될 수 있는 차세대 엔진으로 평가받았습니다.

1964년 독일의 NSU가 처음 로터리 엔진 자동차를 만들기 시작해 70년대까지 메르세데스-벤츠, 시트로엥 등 여러 브랜드가 로터리 엔진 상용화에 뛰어들었습니다. 특히 일본의 마쯔다는 로터리 엔진의 잠재력을 높게 보고 여러 모델에 로터리 엔진을 도입했는데요. 특히 로터리 엔진 스포츠카 RX-7은 오늘날까지도 특유의 날렵한 디자인과 강력한 주행성능으로 두터운 팬층을 지니고 있습니다.


마쯔다 RX-7은 오늘날까지도 높은 인기를 구가하는 로터리 엔진 스포츠카입니다.

하지만 완벽해 보였던 로터리 엔진에도 한계가 있었습니다. 구조적 특성 상 시간이 흐를 수록 엔진의 성능이 저하되는 문제가 있었고, 1회전에 3번 폭발이 일어나는 탓에 회전질감은 뛰어나지만 연비가 나쁘고 이를 개선하기도 어려웠습니다. 그 밖에도 전자제어의 어려움, 배출가스 문제 등 특유의 구조가 약점으로 작용하는 문제가 많았는데요. 그럼에도 왕복운동을 회전운동으로 전환할 필요가 없다는 장점을 살려 여전히 전기차용 보조 발전기 등 활용 방안이 모색되고 있습니다.


▣ 에어 하이브리드

공압식 하이브리드는 구조가 단순하고 소형화가 쉬워 경차와 소형차에 탑재될 것으로 기대됐습니다.

요즘은 내연기관과 전기모터를 함께 사용하는 하이브리드 자동차를 어렵지 않게 볼 수 있는데요. 사실 '하이브리드'라는 단어는 잡종, 혼종을 의미하기 때문에 전기모터가 아니더라도 다양한 동력원을 혼용한다면 하이브리드 자동차라고 부를 수 있습니다. 가령 공기의 힘을 이용한 에어 하이브리드도 이러한 하이브리드에 해당합니다.

에어 하이브리드는 일반 하이브리드처럼 보조 동력원이 힘을 보태 연료를 아낀다는 개념은 같지만, 전기모터 대신 공압모터를 사용합니다. 주행 중 남는 엔진의 힘과 제동 시의 회생 에너지 등을 활용해 고압탱크에 압축공기를 충전했다가 필요에 따라 이 공기를 내보내 유압모터를 돌리는 방식입니다. 고도의 전자제어가 필요한 전기 하이브리드에 비해 부피가 작고 구조가 단순해 가격도 저렴할 뿐더러 소형차나 경차에도 탑재할 수 있다는 장점이 있습니다.

에어 하이브리드 차량은 휘발유 1L로 50km를 달릴 수 있었지만, 전기 하이브리드에 밀려 양산에는 이르지 못했습니다.

푸조, 시트로엥이 속한 PSA 그룹이 보쉬, 포레시아와 함께 개발한 에어 하이브리드 시스템은 당초 2015년께 양산차에 적용될 예정이었지만, 빠르게 발달하는 전기모터와 배터리 기술에 밀려 비용 대비 충분한 효율을 달성하지 못하게 됐습니다. 또 기온에 따라 공기의 부피가 달라져 계절 별 성능 기복이 심해지는 등 여러 한계에 봉착해 결국 양산되지 못하고 사라졌습니다.



*문의/제보 : mparkdrive@naver.com
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