자동차의 종류_ 엔진 구분에 따른(ICE, Hybrid, EV, FCEV)

전기차 하이브리드차 그리고 수소차까지 수많은 자동차들이 세상으로 나오고 있습니다.

1886년에 칼 벤츠에 의해서 개발된 최초의 자동차가 세상에 그 모습을 드러낸 이후에 발전을 거듭해왔던 자동차 시장에 수많은 친환경 차량들이 등장하면서 자동차 산업 전반에 전례 없이 혼란스러운 상황이 이어지고 있습니다.

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오늘은 많은 사람들의 입에 오르내리는 자동차의 종류에 대해서 알아보겠습니다.

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가장 먼저 전통적인 자동차 내연기관 자동차(Internal Combustion Engine)입니다..

내연기관 엔진은 1877년 니콜라우스 오토가 개발한 4사이클식 엔진을 시작으로 발전된 엔진들을 말합니다.

최초로 개발된 4사이클식 가솔린 엔진은 흡기-압축-팽창-배기로 이어지는 4가지 행정으로 가솔린의 폭파로 만들어진 에너지를 기계적인 에너지로 변환하는 시스템입니다

이전에는 석탄 석유 등 화학 에너지를 연소하여 만들어진 열에너지를 다시 증기로 바꾸어 이 증기로 터빈을 돌리는 기계적인 에너지로 바꾸던 증기 엔진에 비해서 내연기관 엔진은 에너지 변환의 단계를 축소시켜 에너지 효율을 높인 혁신적인 시스템이었습니다.

가솔린 엔진에 이어, 디젤엔진이 개발되고 또 LPG를 사용하는 가스엔진이 개발되는 등 수많은 진화를 거치면서 내연기관은 발전을 거듭했고 내연기관 자동차는 현대 사회에서 없어서는 안되는 생활 필수품으로 자리 잡게 되었습니다.

 

ICE engin concept from medium.com

두 번째 Electric Vehicle입니다.

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현재 테슬라가 돌풍을 일으키고 있는 EV 즉 전기 차입니다.

전기차는 이미 새로운 기술이 아닙니다.

수많은 열차들이 이미 전기로 구동되고 있으며, 전기로 구동되는 승용차가 시장에 나온 것도 상당히 오래되었습니다.

전기차는 쉽게 말해서 내연기관의 엔진 대신 전기모터가 자동차를 구동하는 차량을 말합니다.

내연기관이 가솔린 등 화학 에너지의 폭발력을 활용하여 기계 에너지로 변환 시키는 반면

전기차는 배터리에 저장된 전기로 모터를 직접 회전시켜 자동차를 구동합니다.

그동안 전기차의 가장 큰 약점이자 문제점은 바로 "배터리"였습니다.

모터를 구동하여 자동차를 움직이는 것은 신기술도 아니고 어려운 기술도 아닙니다.

하지만 그 전기를 저장하고 충전하는 배터리 기술은 돈이 많이 들고 기술적 난제가 많은 신기술에 속하는 것이죠

수년 전까지만 해도 수천만 원짜리 배터리를 탑재한 자동차가 불과 200km밖에 주행하지 못하고 또 이를 충전하는데 여러 시간이 필요했었지만

배터리 기술의 급격한 발전으로 이미 한번 충전으로 500km를 넘는 주행거리가 가능한 자동차들이 시중에 나와 있으며 충전시간도 수 시간에서 수십 분으로 급격하게 단축되고 있는 상황입니다.

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전기차의 장점은 구조적 단순성 및 ICE 차량에 비해 에너지 효율이 높다는 것입니다. 또한 매연을 배출하지 않는 완전한 친환경 자동차입니다.

전기차는 이미 대세로 떠올랐고, 배터리 기술의 발전과 충전시설의 확대를 통해 근년 내에 ICE 차량을 대치하고 전 세계 자동차 시장의 주력이 될 것으로 보입니다.

Audi EV engine

세 번째 ICE와 EV를 동시에 사용하는 Hybrid 자동차입니다.

Hybrid 자동차는 ICE 엔진을 사용하지만 보조적으로 motor를 사용하여 구동하는 ICE+EV 엔진입니다.

도요타의 프리우스를 필두고 수많은 하이브리드 자동차가 출시되었으며 판매되고 있습니다.

하이브리드는 장점과 단점이 분명한 차량입니다.

하이브리드 차량의 장점은 무엇보다 시내 주행 시 연비가 좋다는 것입니다.

가다 서다를 반복하는 시내 주행에서 하이브리드 차량은 가장 연비가 좋지 않은 구간인 출발 구간 그리고 감속 구간의 손실되는 에너지 손실을 최소화하였습니다.

출발 구간에서는 높은 토크가 필요하기 때문에 엔진의 회전수가 높고 이로 인해 연비 저하의 주요 원인이 됩니다 하이브리드 차량은 모터 엔진을 활용하여 출발하므로 출발 초기의 에너지 손실을 막을 수 있습니다. 또한 차량 감속 시 손실되는 에너지를 배터리를 충전하는데 사용하므로 차량 주행 에너지로 활용할 수 있습니다.

반면에 단점 또한 분명합니다.

무엇보다 엔진룸의 구조가 복잡하다는 것입니다. ICE 엔진과 EV 엔진을 동시에 통합하여 엔진룸에 탑재해야 하므로 이는 기술적인 복잡성과 유지관리의 어려움을 야기합니다.

또한 이로 인해 당연히 차량 원가가 높아집니다. 두 가지 엔진을 탑재해야 하는 동시에 적정량의 배터리도 필요하기 때문에 당연히 원가는 높아질 수밖에 없겠죠,.

하이브리드 차량의 미래는 그리 밝다고 볼 수 없을 것 같습니다.

배터리 기술이 발전하고 EV 기술이 발전할수록 하이브리드 차량은 그 설 땅을 잃게 되겠죠,.

FCEV flow chart from hyundaigroup newsroom

마지막으로 FCEV(fuel cell electric vehicle)즉 수소전기 차입니다.

EV와 FCEV는 기본적으로 그 구조가 유사하다고 볼 수 있습니다. 둘 다 전기 모터로 차량을 구동하는 전기 차이기 때문이죠

EV가 배터리에 저장된 전기를 사용해서 차량을 구동한다면 수소차는 배터리 대신 수소를 저장한 탱크를 내장하고 이 수소를 전기로 변환하여 그 전기로 모터를 가동하는 시스템입니다.

수소차의 장점은 대용량의 배터리가 필요 없다는 것입니다. 전기차의 제조원가의 많은 부분을 차지하는 배터리가 필요 없다는 것은 원가적인 측면에서 메리트가 있지만, 수소탱크도 필요하고 또 수소->전기 변환 장치의 단가도 만만치 않기 때문에 전기차에 비해서 가격 경쟁력이 있다고는 할 수 없습니다.

두 번째 장점은 전기차에 비해서 주행거리의 제한이 덜하다는 것입니다. 수소를 압축해서 탑재하면 수소탱크의 용량만큼 주행거리가 늘어날 수 있겠죠, 사실 이는 승용차에 비해서 대형 화물차 등에서 장점으로 발휘됩니다. 대형 차에서는 수소탱크를 원하는 만큼 키울 수가 있으며 이로써 주행거리 및 모터의 용량을 원하는 만큼 올릴 수가 있기 때문이죠

하지만 수소차역시 한계점이 있습니다.

무엇보다 수소차는 고압 수소탱크를 차량에 탑재해야 하는 기술적 난이도가 있습니다. 안전성을 충분히 확보할 필요도 있고요,. 또한 수소 충전소 건설에 엄청난 비용이 필요하므로, 경제적 측면에서 아직 현실화가 쉽지 않은 미래형 자동차라고 할 수 있을 것입니다.

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오늘은 엔진 구조에 따른 차량의 종류에 대해서 생각해 봤습니다.

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세상의 모든 이야기

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J. 피디였습니다.

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감사합니다.

 

​J 피디

2020. 8. 11. 14:17 

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[참조]

내연기관 엔진 : how it works

ICE engin : medium.com

EV engin : https://www.greencarcongress.com/2020/03/20200306-audi.html

Hyundaimotorgroup.com : Green and Zero -Emission