자동차 엔진 구동 방식 : 내연기관에서 하이브리드, 전기차 까지

자동차 엔진 구동 방식 : 내연기관에서 하이브리드, 전기차 까지

자동차 기술이 발전함에 따라 다양한 구동 방식이 등장하고 있습니다. 전통적인 내연기관 차량에서부터 하이브리드, 전기차, 연장형 전기차(EREV) 등 다양한 선택지가 존재하며, 각각의 방식은 연료 효율성, 환경 친화성, 주행 성능 측면에서 서로 다른 장단점을 가지고 있습니다. 이 글에서는 현재 사용되는 주요 차량 구동 방식을 자세히 살펴보고, 각 방식의 작동 원리와 특징을 이해함으로써 나에게 맞는 최적의 차량을 선택하는 데 도움이 되고자 합니다.

 

내연기관 구동 방식 (Internal Combustion Engine - ICE)

1. 휘발유 엔진 (Gasoline Engine)

• 작동 방식: 휘발유와 공기를 혼합하여 실린더 내부에서 점화 플러그를 이용해 점화시켜 폭발을 일으킵니다. 이 폭발이 피스톤을 밀어 동력을 발생시키고, 이 동력이 구동축을 통해 바퀴에 전달됩니다.
• 특징: 고속 운행에 유리하고 가벼운 차량에 적합합니다. 그러나 배출가스(탄소 배출)가 많아 환경에 좋지 않으며, 연비가 낮은 편입니다.

2. 디젤 엔진 (Diesel Engine)

• 작동 방식: 공기를 압축해 높은 온도를 만든 후, 디젤 연료를 분사하여 압축된 공기와 연료가 자연 발화하도록 합니다. 이 폭발이 피스톤을 밀어 동력을 발생시키며, 이는 바퀴에 전달됩니다.
• 특징: 연비가 좋고, 토크가 높아 무거운 차량(트럭, 버스 등)에 적합합니다. 다만, 미세먼지와 질소산화물 배출이 많아 환경 오염의 원인이 될 수 있습니다.

휘발유 엔진(좌)과 디젤 엔진(우)

 

3. LPG 엔진 (Liquefied Petroleum Gas Engine)

• 작동 방식: 액화석유가스(LPG)를 연료로 사용하며, 가스를 실린더에 주입해 점화 플러그로 점화하여 폭발시킵니다. 이 폭발로 발생한 동력을 구동축을 통해 바퀴에 전달합니다.
• 특징: 배출가스가 적고 연료 비용이 저렴합니다. 그러나 휘발유나 디젤에 비해 연비가 낮고, 충전 인프라가 부족한 경우가 있습니다.

4. CNG 엔진 (Compressed Natural Gas Engine)

• 작동 방식: 압축천연가스(CNG)를 연료로 사용하며, 이 가스를 연소시켜 엔진을 구동합니다. LPG 엔진과 유사한 방식으로 작동하지만, 연료가 천연가스입니다.
• 특징: 친환경적이며, 연료 비용이 저렴합니다. 하지만 CNG 충전소가 부족하고, 연비가 다소 낮을 수 있습니다.

LPG 엔진(좌)과 CNG 엔진(우)

 

전기 자동차 (Electric Vehicles - EV)

1. 배터리 전기차 (Battery Electric Vehicle - BEV)

• 작동 방식: 전기 배터리에서 전기를 저장하고, 이 전기를 전기 모터에 공급하여 차량을 구동합니다. 내연기관이 없으며, 배터리는 충전기를 통해 외부 전원에서 충전됩니다.
• 특징: 배기가스가 전혀 없고, 소음이 적으며, 에너지 효율이 높습니다. 다만, 충전 시간이 필요하고, 충전 인프라가 잘 갖춰져 있어야 합니다. 또한 배터리 용량에 따라 주행거리가 제한될 수 있습니다.

2. 연료 전지 전기차 (Fuel Cell Electric Vehicle - FCEV)

• 작동 방식: 수소를 연료로 사용하여 연료 전지에서 전기 화학 반응을 일으켜 전기를 생성하고, 이 전기를 전기 모터에 공급하여 차량을 구동합니다. 수소와 산소가 반응하여 물이 배출됩니다.
• 특징: 배출가스로 물만 발생하며, 충전 시간이 짧고, 주행거리가 길 수 있습니다. 그러나 수소 충전소 인프라가 부족하고, 수소의 저장 및 운반이 까다롭습니다.

 

전기차의 구동 모터들: 기존의 내연기관의 엔진을 전동 모터로 대체한다.

 

배터리 전기차 (BEV) 왼쪽과 연료전지 전기차 (FCEV) 오른쪽

하이브리드 구동 방식 (Hybrid Electric Vehicles - HEV)

1. 하이브리드 차량 (Hybrid Electric Vehicle - HEV)

• 작동 방식: 내연기관과 전기 모터를 함께 사용합니다. 주행 중에는 내연기관이 동력을 제공하고, 저속 또는 정차 시에는 전기 모터가 구동됩니다. 배터리는 주행 중 엔진이나 회생 제동을 통해 충전됩니다.
• 특징: 연료 효율이 높고, 저속 주행 시 전기 모드로 인해 배출가스가 줄어듭니다. 그러나 순수 전기차만큼의 친환경성은 없으며, 배터리 용량이 작아 전기 모드 주행거리가 제한적입니다.

2. 플러그인 하이브리드 차량 (Plug-in Hybrid Electric Vehicle - PHEV)

• 작동 방식: 내연기관과 전기 모터를 함께 사용하며, 배터리를 외부 전원에서 충전할 수 있습니다. 전기 모드로만 더 긴 거리를 주행할 수 있으며, 전기 주행이 끝나면 내연기관이 동력을 제공합니다.
• 특징: 전기차와 내연기관차의 장점을 결합한 방식으로, 전기 모드에서 배출가스가 없고 연료 효율이 높습니다. 다만, 배터리 충전이 필요하고, 차량 가격이 상대적으로 높을 수 있습니다.

3. 마일드 하이브리드 차량 (Mild Hybrid Electric Vehicle - MHEV)

• 작동 방식: 작은 전기 모터가 내연기관을 보조하며, 주행 중 연료 소비를 줄이고 가속 시 보조 동력을 제공합니다. 배터리 충전은 회생 제동 등을 통해 이루어집니다.
• 특징: 내연기관의 효율성을 높이는 데 중점을 두며, 전기 모드로만 주행은 불가능합니다. 연료 절감 효과가 크지는 않지만, 가격이 비교적 저렴하고 단순한 시스템입니다.

4. 주행거리 연장형 전기차 (Extended Range Electric Vehicle - EREV)

• 작동 방식: EREV는 기본적으로 전기차(BEV)와 비슷하게 작동합니다. 즉, 차량이 주행할 때는 항상 전기 모터가 구동을 담당하며, 배터리에 저장된 전기를 사용하여 주행합니다. 주요 차이점은 배터리 전력이 모두 소진되었을 때 내연기관(주로 소형 엔진)이 가동되어 배터리를 충전하거나, 직접 전기 모터에 전력을 공급해 차량의 주행거리를 연장하는 역할을 한다는 것입니다. 이 엔진은 차량의 동력을 직접 구동하는 것이 아니라, 발전기 역할을 수행합니다.
• 특징: 배터리가 방전되면 내연기관이 전력을 생성하여 주행거리를 연장해주기 때문에 EREV는 전기차의 단점인 충전 인프라의 부족이나 주행 거리의 한계를 보완할 수 있으며, 기존의 전기차 보다 긴 주행거리의 확보가 가능합니다. 또한, 배터리 팩의 용량을 줄일수 있어 가격적인 면에서 유리하고 화재 발생 시 진압 측면에서 장점을 가질 것으로 보입니다.

 

하이브리드 차량의 구동 방식 비교 (자료: 한화투자증권 리서치센터)

 

대체 연료 차량 (Alternative Fuel Vehicles)

1. 바이오디젤 (Biodiesel)

• 작동 방식: 바이오디젤은 기존 디젤 엔진에서 사용될 수 있으며, 식물성 기름이나 동물성 지방 등에서 추출된 연료를 사용합니다. 연소 과정은 일반 디젤과 유사합니다.
• 특징: 재생 가능 자원으로 생산되며, 탄소 중립적일 수 있습니다. 그러나 생산 비용이 높고, 저온에서 연료의 안정성이 떨어질 수 있습니다.

2. 에탄올 (Ethanol)

• 작동 방식: 에탄올을 휘발유와 혼합하여 사용하는 차량은 기존 휘발유 엔진과 유사하게 작동합니다. 일부 차량은 100% 에탄올을 연료로 사용할 수 있습니다.
• 특징: 재생 가능 자원에서 생산되며, 배출가스를 줄일 수 있습니다. 그러나 에탄올 생산을 위해 농업 자원이 사용되며, 연비가 휘발유보다 낮을 수 있습니다.

스카니아의 바이오 디젤 엔진(좌)와 에탄올 엔진(우)

 

3. 프로판 차량 (Propane Vehicles)

• 작동 방식: 프로판을 연료로 사용하는 엔진은 LPG 엔진과 유사하게 작동합니다. 프로판이 연소되어 동력을 발생시킵니다.
• 특징: 저렴한 연료 비용과 낮은 배기가스 배출이 특징입니다. 다만, 충전소 인프라가 부족하고, 휘발유나 디젤에 비해 연비가 낮습니다.

 

차량 구동 방식은 기술의 발전과 함께 더 다양해질 것으로 예상됩니다. 안전하고, 가성비 좋고, 효율 높은 기술들이 많이 개발 되기를 바랍니다.