필자같이 차의 매뉴얼 보는 일이 취미인 사람들은 차의 공회전 조정은 차의 연비에 결정적인 영향을 준다는 문구를 보게 된다. 엔진을 다시 조립해서 시동을 걸면 맨 처음에는 공회전이 잘 맞는가가 제일 중요한 부분이다.
엔진의 공회전은 차량이 불완전하게 연소하지 않는 실질적인 최저한의 연소다. 이 상태에서 가속 페달을 밟으면 바로 회전수가 올라가야 하고 페달에서 발을 떼면 다시 그 회전수를 유지해야 한다. 대략 엔진은 800∼1000 정도 분당 회전수를 갖는다. 900이라고 보면 초당 15회전이다. 이 상태가 불안정하면 엔진은 덜덜 거리고 너무 낮으면 가속이 더디며 너무 높으면 연료를 많이 소모한다.
차를 몰다보면 예상외로 많은 시간을 공회전 상태에서 보내고 시내에서는 아주 길어진다. 메이커들은 연비를 올리기 위해 일정한 시간이 지나면 엔진 시동을 끄는 시스템을 개발했다. 이것은 확실한 스타트가 안정적으로 가능해야 하는데 요즘은 당연한 것이라 차들은 일정시간 가만히 있으면 시동이 꺼지다가 출발하면 다시 걸린다.
하다못해 시내버스에도 같은 장치가 들어있다. 에코라는 글자가 들어간 엔진들은 대체로 이런 시스템이다. 이 방법만으로도 평균주행 연비는 상당히 좋아져서 공식연비에도 반영된다. 필자는 예전의 푸조나 폭스바겐을 타면서 엔진이 꺼져서 놀랐던 적이 있다. 유럽에서는 3∼4분 이상 정지할 것 같으면 엔진을 끄라고 권했던 적이 있는데 그런 일의 자동화인 셈이다.
차들의 연비는 기본적으로 10Km는 다 넘어가고 있다. 이 정도로도 많이 좋아지기는 했지만 몇 가지의 개선점이 더 있다. 차량의 에너지는 사실 그냥 많이 버려지는 부분이 있다. 차의 에너지를 제일 많이 사용하는 부분은 가속과 감속이다. 가속은 연료를 더 집어넣고 태우는 것이고 감속은 차의 브레이크에서 운동에너지를 열로 바꾸는 부분이다. 일반적인 주행에서도 차량의 에너지는 많이 남는다.
이 에너지는 무엇보다도 전기로 축적하는 것이 제일 편하다. 차에는 당연히 발전기가 있다. 발전기는 차량의 에너지를 전기로 바꾸기 때문에 여분의 에너지가 있다면 이 에너지를 전기로 바꾸는 것이 당연하다. 단지 여러 가지 문제로 바꾸어서 저장할 수 없었을 뿐이다. 제일 큰 문제는 배터리였다. 충전용량이 크고 가벼우며 오래가는 배터리가 별로 없었던 것이다.
다른 발전기는 차의 감속시 열로 바꾸지 말고 회전력을 전기로 바꾸는 시스템이다. 100km로 달리는 차를 열에너지 대신 전기 에너지로 바꾼다면 에너지 낭비는 많이 줄어든다. 이 방법도 불가능한 것은 아니다. 지하철 전동차에서는 이미 쓰고 있던 기술이다. Regerative braking이라고 한다. 브레이크 패드와 디스크에서 나오는 분진도 줄어드는 좋은 기술인 것이다.
하이브리드 자동차는 이런 에너지를 이용하는 시스템이다. 일단 가속이나 주행중에 일정한 에너지를 전기로 바꾸어서 배터리에 넣고 필요하면 모터를 구동하여 돌리는 시스템이다. 이 이야기는 누구나 다 아는 시스템이다. 그렇다면 이 시스템 이야기를 조금 더 자세히 해보자.
우선 차의 상태를 생각해보자.
차에 엔진과 모터와 발전기가 있다고 생각해보자. 그러면 다음과 같은 조합을 생각해 볼 수 있다.
정차: 엔진 모토 발전기 모두 정지
발진 후 가속: 엔진 + 모터 (충전된 힘을 가속에 사용한다. 연료소비량을 줄인다) 발전기는 돌아간다.
완만한 가속∼ 정속: 엔진만 쓴다. 발전기는 돌아간다.
급가속 : 엔진 + 모터 (힘이 많이 필요하니 모터가 있는 편이 낫다) 발전기는 돌아간다.
감속: 발전기로 배터리를 충전한다. 발전기에서 강한 전류를 낼 수록 차의 운동에너지를 빼앗을 수 있다.
별로 어려운 내용은 없다. 실제로 메이커들이 조금씩 다른 조건으로 구현해 가는 내용이기도 하다. 배터리와 모터 그리고 발전기를 제외하면 기존의 차량을 그대로 이용하기 때문에 완전한 재설계를 필요로 하지도 않는다. 그리고 합리적이다. 만약 가격만 저렴하다고 하면 미래의 차량이기도 하다. 앞으로의 차들은 배터리만 안정적이고 가격만 저렴하다면 당분간은 하이브리드의 형태로 갈 수 밖에 없다. 완전한 전기차는 아직 그다지 실용적이지 않다. 순수한 엔진차들은 정말 자동차광이 아니면 몰지 않을지도 모른다.
그래서 몇 번에 걸쳐서 하이브리드를 생각해 보지 않을 수 없다. 우선 어떻게 만들어지는 가에 대한 자료를 한번 보자.http://www.howstuffworks.com/hybrid-car.htm
안윤호 <제주시 미소의원장>
