흔히들 우리는 인체의 구성요소 중 가장 중요한 곳을 말해보라고 한다면 심장을 꼽습니다. 눈이나 귀와 달리 심장 없이는 살아갈 수 없기 때문인데요. 자동차도 이와 마찬가지입니다. 헤드라이트나 사이드미러 없이 달릴 수는 있어도, 차의 심장이라 불리는 엔진 없이는 달릴 수 없죠. 그만큼 자동차에서 엔진은 가장 중요한 역할을 합니다. 이번 ‘자동차의 모든 것’ 제1부에서는 자동차의 가장 핵심 부품인 ‘엔진’에 대해 알아보려고 하는데요, 그중에서도 가솔린 엔진과 디젤 엔진을 중점으로 설명하겠습니다.

- 가솔린과 디젤은 무엇인가.

  먼저 가솔린과 디젤은 무엇일까요? 주유소에서 기름을 넣을 때 볼 수 있는 휘발유와 경유라고 생각하면 쉬운데요. 둘은 모두 원유를 분별 증류할 때 나오는 석유입니다. 둘 다 자동차의 연료로 쓰여 엔진을 작동시키죠. 이 중 가솔린은 비교적 낮은 온도에서 끓습니다. 상온에서 증발하기 쉽고, 인화성이 좋아 공기와 혼합되면 폭발성을 지니죠. 그러나 디젤은 보다 높은 온도에서 끓는 액체입니다. 휘발성이 낮아 불이 쉽게 붙지 않고 폭발 위험도 적죠. 이는 뒤에 설명할 가솔린 엔진과 디젤 엔진 작동원리의 차이점과 관련이 있습니다.

- 엔진의 기본적인 작동원리

  그렇다면 이제 엔진의 작동원리에 대해 알아봅시다. 간단하게 말하여 엔진은 피스톤의 상하운동으로 힘을 만들어냅니다. 피스톤의 상하왕복운동을 크랭크의 회전운동으로 바꾸어 차를 움직이게 만드는 것이죠. 피스톤에 대해 잘 모르시겠다면 주사기를 생각하시면 됩니다. 주사기를 보면 원기둥 모양의 겉통이 있고, 통 안의 공간에 압력을 가할 수 있는 피스톤이 존재하죠. 자동차의 엔진도 마찬가지로 실린더 안의 공간에 피스톤으로 압력을 가하는 구조입니다. 엔진은 이와 같은 피스톤이 실린더 내부 공간을 압축을 시킨 다음, 어떠한 폭발력으로 피스톤을 밑으로 밀어내어 힘을 만들어냅니다.

- 가솔린 엔진과 디젤 엔진의 작동원리

  가솔린 엔진은 피스톤이 내려가 있어 실린더 안 공간이 비어있을 때, 공기와 함께 일정량의 휘발유를 같이 집어넣습니다. 그리고 피스톤은 최대한 위로 올라가면서 압력을 가하죠. 이때 앞서 말씀드렸듯이 휘발유는 공기와 혼합된 상태에서 압력이 가해졌기 때문에 온도가 매우 높아져 폭발하기 쉬운 상태가 됩니다. 이 상태에서 점화플러그라는 장치로 불꽃을 튕겨주는데요. 그러면 순간적으로 폭발이 일어나게 되고, 그 힘으로 피스톤은 아래로 밀려나 하강운동을 합니다. 바로 이 힘이 자동차를 움직이는 것이죠.

  디젤 엔진은 어떨까요? 가솔린 엔진과 같이 기본적으로 피스톤을 상하운동 시킨다는 것은 똑같습니다. 하지만 피스톤을 하강운동 시키기 위해 어떻게 폭발력을 만들어내는가가 다른데요. 디젤 엔진은 가솔린 엔진과 달리 실린더 안 공간 속에 공기만을 집어넣습니다. 그리고 피스톤은 공기를 최대한 압축시키죠. 그렇게 공기를 반발력이 생길 때까지 압축시키면 실린더 내부의 온도는 엄청나게 상승하게 됩니다. 이때 점화플러그로 불을 붙여주는 것이 아니라, 경유를 살짝 넣어주는데요. 고온의 공기와 경유가 만나 순간적으로 불이 붙으면서 폭발하게 됩니다. 디젤 엔진은 이러한 방식으로 피스톤을 움직이죠.

  더 깊게 파고들자면 피스톤의 4행정 사이클에 대해 원론적으로 자세히 설명해야 하지만, 이 정도만으로도 대충은 엔진이 어떠한 방식으로 힘을 만들어내는지 이해가 되실 겁니다. 결국 가솔린 엔진과 디젤 엔진을 구분 짓는 것은 ‘점화 플러그’가 있느냐 없느냐의 차이입니다. 가솔린 엔진은 공기와 휘발유를 같이 압축시킨 뒤 인공적으로 불을 붙여주는 것이고, 디젤 엔진은 공기만을 압축시킨 뒤 경유를 분사하여 자연적으로 발화시키는 것이죠. 공기가 압축되면서 발생한 열이 점화 플러그의 역할을 해주는 것입니다.

- 각각 엔진의 장단점은?

  그렇다면 가솔린 엔진과 디젤 엔진의 장단점은 무엇일까요? 그 장단점은 두 연료의 특성 차이에 따른 작동원리의 차이에서 비롯됩니다. 앞서 말씀드렸듯이 가솔린은 인화성이 낮아 폭발하기 쉬운 특징이 있는데요. 따라서 가솔린 엔진은 피스톤으로 실린더 내부를 압축할 때, 디젤 엔진에 비해 압력을 많이 가하지 않습니다. 어느 정도의 압력이 이루어지면 점화 스파크를 통해 불을 붙여 폭발시키죠. 하지만 디젤은 불이 쉽게 붙지 않기에 가솔린 엔진보다 훨씬 압력을 많이 가해야 합니다. 따라서 디젤 엔진은 보다 큰 폭발력을 내기 때문에 힘이 좋다는 장점이 있지만, 진동과 소음이 심하다는 단점이 있습니다. 반대로 가솔린 엔진은 다소 힘이 떨어지는 단점이 있지만, 소음이 적고 승차감이 좋은 장점이 있죠. 그래서 디젤 엔진은 큰 힘을 필요로 하는 SUV나 대형트럭에 주로 쓰이고, 가솔린 엔진은 부드러운 승차감을 위한 고급 세단에 활용됩니다.

- 디젤 엔진의 몰락?

  요즈음 자동차의 출시 경향을 보면, 디젤 엔진 탑재를 줄이고 가솔린 엔진으로 대부분 기울어가고 있는 추세인데요. 그 이유는 경유에 유황분이 함유되어 있어 공기 중으로 황산화물질을 배출시킨다는 점 때문에 전 세계적으로 환경규제가 이루어지고 있기 때문입니다. 많은 자동차 회사들이 디젤 차량 생산 중단을 외치고 있죠. 또한 최근에는 최신기술을 통해 가솔린 엔진에 터보를 달아 디젤 엔진과 엇비슷한 힘을 낼 수 있게 되었습니다. 소음과 승차감 면에서 가솔린 엔진이 가지고 있는 장점을 그대로 유지하면서, 디젤 엔진의 장점이었던 ‘힘’까지 같이 가져가게 된 것이죠.

- 역사 속으로 사라질 엔진 자동차

  이렇게 디젤 엔진은 자동차에서 사라지게 될지도 모릅니다. 하지만 가솔린 엔진도 예외일 수는 없죠. 디젤 엔진보다는 배기가스에 유해성분이 적다고 해도 여전히 공기 중에 많은 매연을 내뿜고 있습니다. 둘 다 환경오염의 주범인 것은 부정할 수 없는 사실인 것이죠. 따라서 자동차 회사들은 예전부터 석유를 쓰지 않는 전기자동차의 개발을 꾸준히 해왔는데요. 테슬라의 성공을 시작으로 이미 많은 회사들이 전기자동차를 양산하고 있습니다. 전기자동차는 엔진을 쓰지 않고, 기름 대신 배터리를 이용하는 모터를 장착하여 운행합니다. 엔진을 사용하는 내연기관 자동차보다 훨씬 더 친환경적이고, 가속성능도 더 우수하죠. 이에 따라 엔진을 사용하는 자동차는 어쩌면 먼 훗날에는 존재하지 않을지도 모릅니다. 영영 역사 속으로 사라져 버리게 되는 것일까요? ‘자동차의 모든 것’ 제1부는 여기서 끝을 맺고, 다음에 2부로 돌아오겠습니다.