2000년대 초반 시장에 나타났지만 여러 한계로 인해 널리 보급되지 못했던 린번 엔진이 최근 친환경 수요와 함께 다시 주목받고 있습니다. 연비와 배기가스 개선이 가능하여 전기차와 함께 탄소 중립으로 나아갈 수 있는 린번 엔진 장단점을 살펴보면서 세상에 다시 주목 받을 수 있을지 한번 알아보겠습니다.
탄소 중립, 린번 엔진으로?
전 세계적으로 탄소 중립(Net Zero) 정책이 강화되면서 자동차 배기가스 규제가 점점 엄격해지고 있습니다. 유럽 (EU), 미국, 중국 등 주요국들은 내연기관 차량의 배출 기준을 강화하고 있으며, 일부 국가는 내연기관 차량의 생산 및 판매를 단계적으로 중단할 계획을 발표하기도 했습니다.
이에 따라 자동차 제조사들은 전기차 보급과 연계하여 기존 내연기관 자체의 효율을 높여 배기가스를 줄이기 위한 연구가 지속되고 있습니다. 이러한 흐름 속에서 과거 혁신적인 기술로 배기가스를 저감할 수 있는 린번 엔진이 다시금 주목받고 있습니다.
린번 엔진 원리는 무엇일까?
린번 엔진이란, 엔진 내 공기와 연료의 비율인 공연비 (AFR, Air-Fuel Ratio)를 기존 내연기관보다 더 희박하게 조정하여 연소하는 린번 연소 방식이 적용된 엔진입니다. 쉽게 말하자면 피스톤 상하 운전 시 연료양을 줄이고 공기양을 늘리는 기술인거죠. 일반적인 가솔린 엔진은 공연비가 약 14.7:1이지만, 린번 엔진은 이를 최대 22:1 까지 조절하여 효율적인 연소를 가능하게 합니다.
- 일반 가솔린 엔진 공연비 : 14.7:1
- 린번 엔진 공연비 : 18:1 ~ 22:1
린번 엔진 구조는 어떻게 될까?
린번 엔진 구조는 일반적인 가솔린 엔진과 기본적으로 유사하지만, 연소 방식 최적화를 위해 엔진 흡기 시스템과 연료 분사 방식에 차이가 있습니다. 아래와 같이 린번 연소를 끌어 내기 위해 연소실 내 와류를 생성시키는 흡기 시스템과 직접 연료 분사 시스템이 적용됩니다.
1. 와류 생성 흡기 시스템
일반 엔진의 경우 공기를 빨아들이는 흡기 시스템이 한방향으로 설계되었다면, 린번 엔진의 경우 연소실 내 와류를 생성 시키는 흡기 시스템이 적용되었습니다. 이 특별한 흡기 시스템은 연료를 연소실 중심부로 집중시키고, 그 바깥을 공기로 감사는 구조를 만들어 적은 연료로 충분한 연소가 이루어질 수 있도록 합니다.
2. 직접 연료 분사 시스템
피스톤 내부에 연료를 직접적으로 분사하는 시스템이 적용되어, 희박 연소가 가능하도록 연소실 내 공기와 연료가 균일하게 섞이도록 합니다. 이는 연비를 크게 개선시켜주는 시스템으로 린번 엔진은 사라졌지만 현재 GDI (Gasoline Direct Injection) 엔진으로 개발되어 많은 차량에 적용되어 있습니다.
린번 엔진 장점은 연비! 단점은?
앞서 설명드린 린번 엔진의 정리와 원리, 그리고 구조를 보면 너무 좋은 엔진이라 왜 사라졌는지 궁금하실 겁니다. 그래서 린번 엔진 장단점을 알아보면서 어떤 사유로 사라진 건지 확인해 보겠습니다.
린번 엔진 장점
린번 엔진 장점은 크게 2가지로 차량 연비를 개선시킬 수 있으며, 배기가스를 줄여 서론에서 이야기한 탄소 중립을 위한 정부의 규제를 만족시킬 수 있습니다.
1. 뛰어난 연비
린번 엔진의 원리에서 알아본 것처럼 일반 엔진과 다르게 적은 양의 연료로 주행하기 때문에 연비 개선이 가능합니다. 일반 엔진 대비 최대 20%까지 개선 가능하다는 연구 결과가 있어 최근 흥행하고 있는 하이브리드와 견줄 정도로 뛰어난 연비를 가질 수 있습니다.
2. 배기가스 저감
이 또한 엔진의 원리에서 이야기된 것처럼 적은 양의 연료를 연소시키기 때문에 그만큼 배기가스 양도 줄어드는 장점이 있습니다. 일반 엔진 대비 오염물질인 이산화탄소, 일산화탄소 등 20~50% 이상 배출하니 친환경차라고 할 수 있을 정도입니다.
린번 엔진 단점
린번 엔진 단점은 출력이 부족하고, NOx 배출을 제어하기 어려우며, 주행감 및 승차감이 떨어집니다.
1. 부족한 출력
연비가 좋다는 장점과 상반되는 단점으로 적은 양의 연료로 주행하기 때문에 출력이 부족하다는 단점이 있습니다. 물론 희박 연소를 끌어내기 위해 특수한 구조를 가지고 있지만 성냥 1개와 10개의 화력이 다른 것처럼 일반 엔진과 동일한 성능을 기대할 수는 없겠죠.
그렇기 때문에 린번 시스템은 일부 최적의 주행 구간에서만 작동하도록 설계되어 있습니다.
2. 질소산화물(NOx) 제어 불리
린번 엔진은 배기가스 저감에 대체로 유리하다는 장점이 있지만 단 한 종류의 배기가스인 질소산화물 (NOx)는 일반 엔진보다 많이 배출됩니다. 일반 엔진이 배기가스를 촉매를 사용해 저감하는 것처럼 린번 엔진도 질소산화물을 저감할 수 있는거 아니냐라고 하실 수 있는데 아쉽게도 현재까지는 기술력이 많이 부족하고 비용이 높기 때문에 단점으로 남아있습니다.
린번 엔진이 시장에 나오게된 이유가 연비 향상도 있지만 배기가스를 줄일 수 있다는 장점이 컸는데 질소산화물 제어가 불리안 단점으로 인해 배기가스 규제가 지속적으로 강화되고 있는 상황에도 시장에 다시 나오지 못하고 있습니다.
Wrap-Up
린번 엔진은 연료 절감과 환경 보호 측면에서 분명한 장점이 있지만, 배출가스 제어와 성능 저하 문제로 인해 현재의 내연기관 시장에서 널리 사용되지는 못하고 있습니다. 하지만 최근 하이브리드 차량과 결합한 연구가 진행되면서 다시 주목받고 있으며, 배출가스 규제가 강화될수록 더욱 개선된 형태로 등장할 가능성이 큽니다. 앞으로 린번 엔진이 다시 자동차 시장에서 자리 잡을 수 있을지 지켜봐야겠습니다.