친환경 BMW 터보 스티머: Turbo Steamer

[임펄스[태령]]

자동차 엔진의 출력이 100마력이라고 할 때 60% 정도는 차의 진행방향으로 형성되는 공기저항, 마찰저항 그리고 뒷편의 와류로부터 끌어당기는 힘 등 "앞으로 나가가 위한 의도"에 맞지 않는 다양한 힘을 이겨내기 위해 사용된다고 한다. 그러므로 40% 정도의, 엔진 힘만으로 차가 달리고 있는 셈이다. 저항요소가 없다고 하면 1,000cc 소형차를 가지고 부가티 베이런(Bugatti Bayron; 1001마력, 최고속도 407km/h)처럼 달릴 수도 있다.

그 만큼 많은 에너지가 낭비되고 있는 것이다. 에너지의 낭비가 얼마일까는, 위와 같이 특정한 엔진출력에 대해 외부에 낭비되는 힘만큼으로 정의할 수 있겠지만 그 전에, 소모된 연료가 갖고 있는 에너지 총량에서 얼마만큼의 에너지가 엔진 축을 회전시키거나 바퀴를 굴리는데 사용되었는가를 가지고 평가할 수도 있다. 간단하게는 엔진효율이라는 모호한(?) 용어로 정의될 값들이 있다. 디젤엔진은 30~40%, 휘발유엔진은 20~30% 정도라는, 일반적인 수치들에 해당하는 값이다.

간단하게 생각해 볼 수도 있다. 1ℓ 휘발유가 가진 에너지가 "100"이라 하면 30% 정도가 엔진회전에 기여를 하고 그 중 40%에 해당하는 12 정도가 실제로 차를 움직이는 셈이 되어 버린다. 에너지의 낭비라는 것이 실로 엄청나다. 이 에너지 낭비를 없애기 위해서, 동력변환의 효율을 높이는 다양한 방법, 공기 역학적인 디자인, 타이어 특성의 개선 등등 많은 연구가 진행되고 있다. 그 중에서, BMW가 소개한 터보스티머(Turbo Steamer)라는 시스템도 있다. 이 시스템은 배출가스와 열에 의해 버려지는 연료 에너지의 낭비를 현행 대비 약 80%정도까지 줄일 수 있다고 한다. 앞서 언급된 휘발유엔진이나 디젤엔진의 효율을 훨씬 더 크게 만들 수 있는 셈이다.

시스템의 구성과 동작로직은 매우 간단하다. 배기가스에 어떤 장치를 달아 놓고 에너지를 회수한 후 엔진 끝단, 그러니까 변속기가 물리기 직전의 장소에 되돌리는 것이다. 이런 의미에서 일종의 "폐 에너지 회수시스템" 정도로 정의될 수 있을 듯하다. 1.8ℓ 4기통 BMW 모델에서 측정된 실험에서 ⓐ 15% 정도의 연비절감효과, ⓑ 최대출력 10Kw 증가, ⓒ 최대토크 20Nm 증가 효과가 있었다고 한다.

에너지의 전달은 물을 이용해서 이루어지고 두 가지 열 관리장치가 사용된다. 우선, 배출가스에 노출된 열교환기(Heat Exchanger)는 폐열을 수집하고 슈퍼히터(Super Heater)는 고온 고압의 스팀을 만들어 내는데 스팀 에너지가 팽창유닛(Expansion Unit)을 이용하여 엔진 크랭크샤프트를 회전시킨다. 이후의 잔열과 엔진내부의 열도 냉각시스템(Cooling Unit; 일반모델의 라디에이터에 해당)을 통해 회수된다. 이와 같이 차체 이곳 저곳의 열에너지를 최대한 모아 재사용함으로써 폐 에너지의 80%를 재사용할 수 있다는 것이다.

현재는 컨셉단계에서 테스트용 프로토 시스템이 구현된 수준이며 향후 기존 BMW에 장치를 부가할 수 있는 수준까지 개발이 진행될 것이라고 한다. 출력이 충분한 대 배기량 엔진보다는 2,000cc 급 내외의 소형엔진(BMW 3 Series)에 사용될 가능성이 크다. 자연흡기(NA: Natural Aspiration) 엔진에 터보차져를 달아 출력을 향상시키듯 NA엔진에 터보스티머를 달아 연비를 높이고 기분 좋게 달릴 수 있는 날이 곧 올 것이다.

출처 : 모토딕(www.motordic.com)

[로빈(김찬홍)]

좋은정보 잘보고 갑니다.^^*