디젤차 매연, 어떻게 줄이나 보조장치에 의존하기보다 관리에 신경 써야
2003-05-20  |   32,950 읽음
지난 10년 동안 국내 기름값 변화를 보면 한숨밖에 나오지 않는다. 특히 생활 필수품으로 자리잡은 자동차를 세금 징수를 위한 수단으로 여기면서도 겉으로는 교통환경 개선이라는 명목으로 기회가 있을 때마다 값을 올리는 정부의 정책은 비난받아 마땅하다. 비싼 휘발유 값은 LPG와 디젤 등 다른 연료 쪽으로 눈을 돌리게 했다. 이런 요구를 읽은 자동차 제작사들이 SUV와 미니밴을 쏟아 내면서 기름값 적게 드는 차들의 붐을 일으켰다.

이렇게 해서 모두가 만족하는 상황이 되었는가 하면 꼭 그렇지 않다. 휘발유에서 LPG로 옮겨간 사람들은 나쁜 연비 탓에 충전소를 찾아다니는 번거로움이 생겼고, 디젤차 운전자는 소음과 진동에 익숙해지는 과정을 겪어야 했다. 여기에 한 가지 더해, 모든 디젤차가 자유롭지 못한 부분이 있으니 바로 매연이다. 액셀 페달을 밟을 때 시커멓게 뿜어져 나오는 배기가스는 환경오염에 대한 죄책감을 갖게 만든다.

매연 심한 디젤차 타기 어려운 세상

휘발유 엔진과 비교할 때 디젤차는 유난히 오염물질을 많이 배출하는 것처럼 보이고, 그렇게 취급당하고 있다. 국내에서 굴러다니는 자동차 중 경유차의 비율은 31%지만 오염물질 배출량으로 따지면 절반에 달한다. 하지만 이것은 트럭과 버스 등 대형차를 포함한 것이므로 SUV와 미니밴만 계산할 경우 전체 비율은 줄어든다.

유럽의 경우 2001년 팔린 승용차 중에서 디젤이 35%를 차지했고, 2005년부터는 50%가 넘을 것으로 전망하고 있다. 2000년 각국의 디젤 승용차 비율을 보면 벨기에 56.1%, 스페인 50, 프랑스 48.3, 이태리 33.2, 독일 29.6% 순이다. 최근에 국내에서도 연소 효율이 좋은 커먼레일 디젤 엔진의 보급이 늘면서 환경오염의 주범이라는 오명을 조금씩 벗고 있다.

한편 2002년 서울에서 시작해 경기 지역으로 확대된 운행차 배출가스 정밀검사(중간검사) 제도는 주행거리가 길고 오래된 디젤차를 모는 사람에게 큰 부담이 되고 있다. 2002년 대기환경보전법이 개정되어 7일 안에 차를 고치지 않을 경우 사용정지, 또는 50만 원 이하의 과태료가 부과된다.

자동차에서 배출되는 오염물질은 계속 증가해 1999년 157만 톤을 기록했다. 전체 대기 오염물질의 42.2%를 차지하는 만큼 방치할 수는 없는 일이다. 하지만 몰고 다니는 차를 세워 두어야 하거나 과태료 처분을 받아야 하는 운전자의 입장에서는 견디기 힘든 제도가 아닐 수 없다.

비사업용 승용차의 경우 자가용은 출고된 지 12년, 사업용은 3년 이상 된 차는 운행차 배출가스 정밀검사를 받아야 한다. 2004년부터는 자가용 승용차의 경우 7년, 2006년부터는 4년 된 차로 적용대상이 확대된다.

그렇다면 매연은 어떤 이유에서 발생하고, 어떻게 하면 줄일 수 있을까. 디젤 엔진의 원리부터 시작해 예방 및 정비방법 등을 차근차근 알아보자.

디젤 엔진이 매연을 많이 뿜는 이유

디젤 엔진은 압축착화 기관이라 불린다. 18∼20배로 압축한 뜨거운 공기에 연료를 뿜어 폭발을 일으키는 구조 때문에 붙여진 이름이다. 휘발유나 LPG 엔진은 스파크 플러그 같은 점화장치에서 불꽃을 일으킨다. 압축비는 8∼11 정도다. 압축비가 높으면 공기의 자체 에너지를 쓸 수 있어 열효율이 좋고 폭발력이 커진다.

초기 디젤 엔진은 연료를 공기와 섞어서 뿌렸다. 이후 디젤 엔진은 실린더 헤드 부분에 예연소실을 두고, 와류를 일으켜 연료가 잘 탈 수 있도록 개량되었다. 요즘 많이 쓰이는 고압 직분사 엔진은 가장 앞선 방식이다. 특히 연료분사를 전자식으로 제어하는 커먼레일 기술은 디젤 엔진의 꽃이라 할 만하다.

공기를 압축하고 연료를 뿜어 폭발시키는 디젤 엔진의 원리에는 매연이 발생할 수 있는 요인이 모두 들어 있다. 디젤 엔진이 제대로 작동하기 위해서는 세 가지 조건이 필요하다. 엔진 제원에 맞는 압축비가 나오기 위해 충분한 공기가 들어가야 하는 것이 첫 번째다. 휘발유 엔진은 공기량이 부족하면 ECU가 연료량을 줄여 완전연소를 돕는다. 하지만 기계식 디젤 엔진은 이런 변화에 대응할 방법이 없다. 때문에 불완전 연소의 결과물인 시커먼 매연을 뿜게 된다. 물론 커먼레일 방식은 공기량을 측정하고 여기에 맞춰 연료를 분사하므로 매연이 나올 가능성이 크게 줄어든다.

두 번째는 연료와 관련된 것이다. 대부분의 디젤 엔진은 기계식 혹은 엔진 진공에 의해 제어되는 연료분사 펌프가 달려 있다. 크랭크축의 회전에 맞춰 플런저가 회전하면서 각 실린더로 연료를 압축해 보내고, 인젝터는 일정 이상의 압력이 되면 노즐이 열리면서 연료를 뿜어낸다. 우선 연료 펌프로 들어가는 연료량이 많을 경우 분사량도 늘어나 매연이 발생한다. 속도를 높이기 위해 액셀 페달을 밟으면 가속 펌프가 작동하면서 연료량은 더 늘어난다. 매연은 연료량이 많을 때와 적을 때 모두 발생한다. 플런저가 제대로 연료를 압축하지 못하거나 인젝터 노즐이 오염되어 고르게 뿜지 못할 때도 매연이 생긴다.

세 번째는 엔진 자체에 문제가 있는 경우다. 흔히 말하는 매연은 검정색의 불완전연소 가스를 말하지만 흰색이나 파란색을 띠기도 한다. 겨울 아침 시동 키를 돌려도 단번에 걸리지 않고 흰색과 검정색이 섞인 매연이 나온다면 예열장치를 의심할 필요가 있다. 예열이 제대로 안 된 상태에서 액셀 페달을 밟고 키를 돌리면 연료가 계속 분사되고 폭발은 일어나지 않는다. 시동이 걸려도 실린더 안의 기름이 모두 탈 때까지 많은 양의 매연이 나오게 된다.

또 달리는 도중에 푸른색 연기가 나온다면 밸브 가이드 고무, 피스톤 링 등이 닳아 실린더 안으로 엔진오일이 들어가는 것이다. 밸브 간극이 맞지 않아도 정확한 폭발제어가 힘들어 매연이 생긴다. 이런 경우에는 전문 정비업소를 찾아 진단을 받아야 한다.

차종에 따라 엔진 설계가 문제인 경우도 있다. 특히 현대 갤로퍼, 기아 카니발과 스포티지는 매연차의 단골로 꼽힌다. 카니발 구형의 직분사 엔진은 실린더 안에 직접 연료를 뿜기 때문에 흡기량에 맞는 적당한 양의 연료를 보내야 하지만 기계식 플런저로는 쉽지 않다. 플런저에 조금만 이상이 생겨도 시커먼 매연을 뿜게 된다. 예열 플러그가 공기 흐름을 방해해 매연이 더욱 늘어난다. 연료량을 줄이면 어느 정도 해결이 되지만 근본적인 방법은 아니다. 카니발은 나중에 커먼레일 시스템을 얹으면서 매연 스트레스에서 벗어날 수 있게 되었다.

매연 테스트

매연 테스트에는 싼타페와 갤로퍼, 스포티지가 참여했다. 엔진의 종류와 트랜스미션, 주행거리, 운전습관 모두 다른 차들이다. 이와 함께 큰 정비를 하지 않으면서 매연을 줄일 수 있는 방법을 찾아보고, 시중에서 팔리는 매연절감 효과가 있다는 제품을 달고 다시 테스트를 진행했다.

매연 측정은 단순히 수치가 줄어든 것만으로 평가할 수는 없다. 연료 펌프의 조절 스위치를 돌려 연료량을 줄이면 눈에 띌 정도로 매연이 줄기 때문이다. 하지만 이때는 엔진 출력도 함께 떨어지므로 운전자는 액셀 페달을 더 밟게 된다. 당연히 연비가 나빠지고 스트레스를 받게 된다. 또 지나치게 연료를 줄이면 연소 온도가 올라가 질소산화물이 크게 늘어난다. 때문에 매연 감소는 항상 출력의 변화와 함께 생각해야 할 문제다.

측정 방법은 수온이 정상으로 올라간 이후 액셀을 밟아 최대 회전수로 올리며 매연의 양을 쟀다. 수광정밀의 여과지 반사식 디지털 매연 측정기를 쓰고 41.5%의 표준 색지를 이용해 실험 때마다 영점으로 맞추었다.

측정에 들어가기 전에는 회전수를 크게 올려 배기 계통에 남아 있는 분진을 세 번에 걸쳐 불어 냈다. 세 번을 측정한 다음 이를 더해 평균값을 구했다. 매연 검사와 조정은 일산 백석동의 신도시카에서 진행했다. 이곳의 유영배 대표는 한국자동차튠업연구회에서 활동했고, 중간검사에서 합격하기 어려운 10년 이상 된 차와 디젤차를 주로 손보고 있다. 특히 최신 디젤 엔진에 대한 높은 이해를 바탕으로 싼타페와 쏘렌토 등의 문제점을 정확히 찾아낸다.

테스트는 공무원들이 도로에서 단속하는 방법을 썼다. 단속 기준은 매연이 1995년 12월 31일 이전 차는 40%, 1996∼2000년 35%, 2001∼2002년 6월 30일 30%, 2002년 7월 1일 이후 나온 차는 25%다. 1998년 이후에 생산된 차 중 터보나 인터쿨러를 단 차는 여기에 5%를 더하므로 단속기준은 각각 40%, 35%, 30%가 되어 이보다 높으면 과태료가 부과된다.

현대 싼타페 CRDi 4WD 오토

연식 : 2002년

주행거리 : 1만5천226km

평균 매연량 : 15.53%


현대자동차는 2000년 10월 싼타페와 트라제 XG에 국내에서 처음으로 커먼레일 디젤 엔진을 얹었다. 그런데 싼타페만 엔진과 관련해 세 번의 공식·비공식 리콜이 있었다. 주된 원인은 커먼레일 엔진에 대한 경험부족이었다. 용량이 작은 에어클리너를 썼기 때문이라는 주장도 있었다. 실제로 싼타페의 에어클리너는 같은 배기량의 스포티지와 비교할 때 상당히 작다. 에어클리너를 2.9X 엔진의 무쏘용으로 바꾸었더니 매연이 눈에 띄게 줄었다는 실험 결과가 있었다. 부족한 흡기량을 메우기 위해 ECU를 손봐 연료 분사량을 줄인 결과 출력이 떨어지고 진동이 심해졌다는 것이 리콜을 받았던 오너들의 이야기다.

싼타페는 CRDi와 VGT 두 가지 디젤 엔진을 고를 수 있다. 둘 다 매연과 관련된 불만은 많지 않다. 테스트에 나온 싼타페는 리콜과 무관한 2002년형이다. 출고한 지 6개월밖에 안 되었지만 주행거리는 1만5천226km로 적지 않다. 오너는 20대 남성으로 3천∼5천km 사이에 꼬박꼬박 엔진오일과 필터를 교환하는 등 정기점검을 잘하고 있으며 무리한 운전은 삼가는 편이다.

눈으로 보기에도 매연은 거의 나오지 않았다. 측정된 값은 13.7, 17.7, 15.2로 평균값이 15.53%다. 2002년 7월 이후에 나온 차여서 단속기준이 30%인 것을 생각하면 아주 우수한 성적이다. 며칠 전에 엔진오일을 교환하면서 에어클리너를 새것으로 바꾸어 평균치보다 매연이 적었다.

싼타페의 경우 안정된 성능을 보인다는 것이 일반적인 견해다. 하지만 같은 엔진인 트라제 XG와 비교할 때 엔진 위에 달린 인터쿨러와 작은 용량의 에어클리너는 개선이 필요하다는 지적이다. 특히 에어클리너는 새것일 때는 문제가 없으나 오래되면 많은 공기를 걸러내야 해서 쉬 오염되고 매연 발생의 원인이 된다.

따라서 가능하면 자주 점검하고, 엔진오일을 한 번 교환할 때 에어클리너는 두 번 정도 바꾸도록 한다. 특히 커먼레일 엔진은 연료의 질에 큰 영향을 받는다. 주변의 주유소를 돌아 다니며 기름을 넣어 보고, 엔진의 상태가 제일 좋은 곳을 이용하는 것도 한 방법이다.

갤로퍼 숏보디 터보 수동

연식 : 1993년

주행거리 : 18만2천369km

평균 매연량 : 순정 39.6% . 순정 에어 필터 교환 37.67% . GNV 에어필터 33.9%


갤로퍼는 기본적으로 너무 오래된 엔진이어서 문제가 많다. 91년 10월 데뷔 당시에도 구형 미쓰비시 파제로를 가져온 것이었다. 테스트에 동원된 차에 얹힌 터보 엔진은 1993년 처음 나올 때도 기술적으로 많이 뒤졌고, 비슷한 시기에 데뷔한 무쏘의 2.9X 엔진과 곧잘 비교 대상이 되고는 했다.

이후 숙성되고 다듬어졌지만 설계 자체가 변한 것은 아니다. 에어클리너 박스로 들어가는 흡기구의 위치는 지금도 문제로 지적된다. 오른쪽 펜더에서 끌어들인 공기는 두 번이나 90도로 꺾이면서 저항을 받고, 원기둥 모양의 에어클리너 옆으로 들어가면서 특정 부분을 빠르게 오염시킨다. 또 인터쿨러가 달리지 않은 터보 엔진은 터빈에서 흡기 매니폴드로 이어지는 입구가 좁아 흡기 저항을 일으키는 주범이다.

테스트에 나온 93년형 터보는 나온 지 10년 되었다. 주행거리는 평균 수준이지만, 보링이나 플런저 수리 등 크게 손본 곳은 없다. 오너는 중고차를 사서 때 맞춰 소모품을 교환했다고 한다. 지금까지 특별한 말썽이나 매연 단속에 걸린 적이 없다. 엔진오일 교환은 주행거리 5천km마다 했고, 테스트장에 나왔을 때는 교환시기가 가까운 상태였다.

갤로퍼는 에어클리너를 중심으로 테스트했다. 우선 오염된 에어클리너를 그대로 달고 매연을 쟀다. 38.6, 42.0, 38.2%로 한 차례 기준치인 40%를 넘었다. 평균 39.6%로 단속에 걸릴 위험이 있다.

다음으로 새 에어필터를 넣었다. 교환을 위해 에어클리너 박스를 분리하자 안에서 흙먼지가 쏟아졌다. 산악 자전거를 타는 오너는 가끔 비포장도로를 달리는 탓에 먼지가 많이 들어가 에어클리너의 오염이 심했다.

새 에어필터를 넣고 다시 테스트한 결과, 측정치는 38.1, 35.5, 37.4%로 평균 37.0%로 떨어졌다. 연식과 주행거리가 있기 때문에 에어클리너의 교환만으로는 큰 효과를 보기가 힘들다. 또 에어클리너 박스의 구조적인 문제는 해결 방법이 없다. 마지막으로 순정품과 같은 모양의 GNV 에어필터를 넣었다. 촘촘한 스테인리스 망으로 되어 있으며, 종이필터만큼 먼지를 잘 걸러 내면서도 흡기량을 크게 늘려 준다고 한다.

같은 방법으로 테스트한 결과 32.4, 34.3, 33.2%로 평균 33.3%가 나왔다. 오염된 에어필터를 끼웠을 때보다 6.3% 줄어들었다. 순정품 에어필터와의 차이는 3.7%지만 장기간 사용할 경우 차이가 더 벌어질 수 있다. 순정품은 에어필터의 특정부분이 오염되면서 효율이 급격하게 떨어지지만 스테인리스 필터는 오염에 의해 흡기량이 줄어드는 일이 거의 없기 때문이다.

테스트가 끝난 후 차주는 이전보다 중고속 영역에서 가속이 좋아졌다고 평했다. 갤로퍼의 경우 매연의 주원인은 공기 부족이다. 새 에어필터를 끼우면 흡기 효율이 높아져 매연이 줄어들 뿐만 아니라 고회전에서의 출력이 함께 올라간다고 유추할 수 있다.

스포티지 인터쿨러 터보 수동

연식 : 1995년

주행거리 : 14만km

평균 매연량 : 순정 62% . 플런저 조정 및 에어클리너 교환 41.96% . 쿠스타 37.13%


스포티지의 엔진은 작은 배기량으로 높은 출력을 얻기 위해 가능한 한 많은 연료를 태운다. 때문에 플런저의 연료량 조절이 쉽지 않고, 열이 많은 엔진임에도 인터쿨러가 엔진 위쪽에 달려 여름철 공기 부족을 부채질한다. 게다가 컴팩트한 차체에 4WD 시스템을 달다 보니 배기 파이프가 이리저리 휘어져 배기 압력도 높다.

93년 7월 데뷔할 때는 2.2L 자연흡기 디젤 엔진이었으나 힘 부족을 메우기 위해 95년 7월 인터쿨러 터보가 더해졌다. 91마력이라는 출력은 작은 차체를 충분히 끌고 승용차 못지 않은 가속력을 보였지만 매연이 심하다는 비난이 따랐다.

테스트에 나온 차는 관리 상태가 좋지 않았다. 엔진오일을 언제 바꾸었는지 차주는 알지 못했고, 에어클리너는 시커멓게 변해 있었다. 1년 전에 플런저를 수리했다지만, 테스트 장소로 향하는 동안 민망할 정도로 매연이 많이 나왔다.

첫 테스트 결과는 66.8, 57.5, 61.7%. 평균 62%로 단속기준의 40%를 훨씬 넘었다. 뒤편에서 매연 측정기를 대고 있는 것 자체가 고역일 정도였다. 62%라는 수치는 심각한 문제가 있음을 보여준다.

한두 곳을 손본다고 해결될 문제는 아니지만, 플런저를 조절해 연료량을 10% 줄이고, 에어클리너를 새것으로 바꾸었다. 조정을 한 다음 차를 몰아 보니 가속력이 줄어들었음을 분명하게 느낄 수 있었고, 배기가스의 냄새가 바뀌었다. 연료량이 줄면서 질소산화물이 늘어나고 출력이 떨어졌기 때문이다. 이 상태에서 테스트한 결과는 43.2, 44.5, 38.4%로 평균 41.96%가 되었다. 기준치 40%에는 못 미치지만 손보기 전보다 20% 가까이 매연이 줄어들었다.

정기검사에 불합격한 디젤차를 검사장 주위의 ‘브로커’에게 가져가면 5∼7만 원을 받고 이런 방법을 써서 통과시켜 준다. 오너는 편리할지 몰라도 오염을 부추기는 꼴이 된다.

스포티지에는 초음파 진동을 응용한 쿠스타를 달았다. 배기가스의 에너지를 이용해 특수 진동판을 울리고, 여기에서 발생한 초음파가 완전연소를 돕는다고 한다. 연료를 잘게 쪼개는 미립화 효과로 이물질을 제거하는 역할을 한다.

우선 연료량을 출력이 떨어지지 않을 만큼 다시 조정하고, 배기 파이프를 교환한 다음 쿠스타를 얹었다. 연료량이 늘었으므로 배출가스도 다시 많아져야 정상이지만 테스트 결과는 36.7, 36.6, 38.1%로 평균 37.13%를 기록, 단속기준을 벗어나지 않았다. 처음 상태와 비교해 매연이 24.37%가 줄고, 가속력도 회복되었다. 쿠스타를 달면 주행거리가 늘어날수록 엔진 세정 작용에 의해 매연이 더 줄어드는 효과가 있다. 따라서 고장만 생기지 않는다면 매연단속을 걱정하지 않아도 된다.

결론-정기적인 점검과 관리가 해법이다

테스트를 진행한 유영배 대표는 간단하게 결론을 냈다.

“최신기술이 접목된 엔진이 아니라면 디젤차는 매연 문제에서 벗어나기 힘듭니다. 단속에 걸리는 것보다는 내가 숨쉬는 공기를 오염시키고 있다는 사실을 더 심각하게 받아들여야 합니다. 연료비가 싼 차를 타는 데에 따른 책임이라고 할까요. 그만큼 차에 대해 더 많은 관심을 가져야 합니다.”

갤로퍼와 스포티지의 테스트 결과는 이 말을 증명한다. 주행거리가 많고 엔진도 오래된 갤로퍼는 관리가 엉망인 스포티지보다 매연이 훨씬 적게 나왔다. 꼼꼼하게 점검하고 소모품을 제때 교환한 것만으로도 괜찮은 상태를 유지할 수 있는 것이다. 차는 주인의 정성에 따라 애마가 될 수도, 애물단지로 전락할 수도 있다.

테스트에 나온 용품들은 사용자를 통해 혹은 공인된 기관의 실험을 통해 성능이 입증된 제품으로, 테스트 결과도 이번 실험과 크게 다르지 않다. 한 가지 알아둘 것은 매연을 줄이기 위해 특정제품을 쓰는 것만이 능사가 아니라는 점이다. 기초 정비가 되어 있어야만 보조부품의 효과를 얻을 수 있다는 것이 전문가들의 얘기다.

테스트를 마치고 시계를 보니 저녁 8시, 매연을 뿜는 디젤차를 타고 있다는 부담감이 많이 줄어들었다. 어둠이 덮이면 검정색 매연이 보이지 않기 때문일까.

대기오염을 줄이기 위해서는 커먼레일 엔진 차가 최선이겠지만 그렇다고 멀쩡한 차를 없애는 것은 낭비가 아닐 수 없다. 정기검사와 중간검사, 노상 단속을 피할 목적도 있겠지만 떳떳하게 디젤차를 타고 다니기 위해서라도 정기점검과 정비를 충실히 해야겠다.

취재 협조 : 일산 신도시카 ☎ (031)904-0321
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