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환경에 미치는 해악은 적으면서 높은 마력을 유지하는 엔진. 그 비밀은 압축과정과 과급장치의 혁신에 있다.

환경보호를 좌우하는 요소의 하나로 자동차엔진 클린화가 있다. 배기가스 규제가 나날이 강화되고 있는 선진국일수록 자동차회사들은 어떻게 하면 환경에 미치는 해악은 적으면서 높은 마력을 유지하는 엔진을 만들 수 있는가 하는 문제에 직면해 있다. 아무리 지구환경을 생각하는 사람이라도 자동차를 구입할 때는 가속성능이나 마력을 따지게 마련이기 때문이다.

일본의 과학지 '우탄'에 따르면 요즘 일본 자동차업계에서는 ㈜마쓰다가 개발한 새방식 엔진이 화제를 모으고 있다. 미러엔진이라는 이름의 이 엔진 특징은 소배기량 엔진의 저연비와 대배기량 엔진의 여유 있는 주행력(토르크)을 양립시킨 것.

이같이 조화가 된 엔진의 비밀은 어디에 있는 것일까. 미러엔진을 이해하기 위해 기존 엔진의 구조를 간단히 살펴보자.

현재 가솔린엔진의 주류를 점하고 있는 것은 오토사이클 연소방식을 채용한 것들이다. '공기흡입' '압축' '팽창' '배기'의 과정이 하나의 사이클로 연속해 일어나며 연소에너지가 회전에너지로 변환된다. 각 과정에서는 실린더 내부의 피스톤이 왔다갔다 하는데, 이 네 과정에서의 피스톤의 스트로크가 모두 같은 것이 오토사이클의 기본적 특징이다.

그런데 이 오토사이클에도 하나의 약점이 있다. 이 약점은 특히 터보장치를 얹어 놓았을 때 문제가 된다.

터보장치란 연료가스를 연소실 안으로 강제로 많이 보냄으로써 높은 마력을 얻는 것으로 배기가스의 압력으로 터보의 프로펠러를 돌리는 형이 터보차저, 엔진의 회전력을 일부 끄집어내어 그 힘으로 프로펠러를 돌리는 형이 슈퍼차저라 불린다.

터보를 사용하면 확실히 엔진의 파워는 높아지지만 골치아픈 일이 생긴다. 폭발 전 연료가스의 압력을 높이면 높일수록 가스 온도가 높아지고, 그러면 피스톤이 연료가스를 압축하는 도중에 자연발화하는 사태가 빈번하게 일어나는 것. 이것이 이상연소(녹킹)다. 터보에 의한 가압, 이에 의해 상승하는 연료가스의 온도를 강제로 낮추는 것이 인터쿨러인데, 외기온도를 사용해 온도를 낮추는 것이므로 효과는 그리 높지 않다.
그래서 터보를 사용하는 오토엔진에서는 이상적인 피스톤 스트로크보다 짧은 스트로크를 설정하여 이상 연소를 막고 있다. 스트로크를 짧게 한 만큼 파워가 내려가는 것을 각오해야 함은 물론이다.

미러엔진의 비밀은 이상연소가 일어나는 압축과정에 있다. 피스톤이 공기흡입을 끝내고 압축에 들어가려 상승하기 시작할 때 기존의 오토엔진이라면 연료가스의 흡입판이 닫히는데, 미러사이클 엔진에서는 피스톤이 압축에 들어가더라도 5분의 1 상승하는 시점까지는 판이 닫히지 않는다. 압축되어야 하는 연료가스는 판에서 역류하여 결과적으로 압축압력은 내려가고 이상연소가 일어나지 않는다. 또 압축비에 비해 팽창비가 크므로 연료가스의 팽창에너지가 유효하게 이용된다.

미러엔진은 이 늦게 닫히는 기구판 방식을 채용하는 한편 지금까지의 터보보다 더욱 강력하고 새로운 과급장치를 탑재하고 있다. 이 두가지의 개량으로 '획기적'이라 평가받는 소배기량, 고출력의 양립을 실현 한 것이다.

새 과급장치의 원리는 날개차를 돌리는 터보와는 달리, 전기연필깎기의 날같은 로터의 두개 이를 맞추어 회전시키면서 그 이가 맞는 부분에 흐르는 연소가스의 압력을 높이는 것. 리숄름 컴프레서라 불리는 이 방식은 도로공사에 쓰이는 절암기의 동력원인 압축공기를 만들어내는 장치로 예전부터 쓰여 왔는데, 하이테크소재를 채용함으로써 자동차용으로 소형화하는데 성공했다. 이에 의해 종전의 터보엔진으로 약 1.8배 정도였던 과급시 압력은 이론적으로 2.5배 정도까지 높이게 되었다. 연료가스를 과거의 터보보다 효율적으로 공급하면서 숙명적이었던 이상연소는 늦게 닫히는 밸브로 한꺼번에 해결한 것이다. 이리하여 '같은 배기량으로 1.5배의 고효율을 자랑하는 획기적인 엔진'이 탄생했다.

지금까지 각 자동차회사가 개발중인 환경보호용 엔진 중에는 '린 번 엔진'이 있다. 이 엔진은 엷은 연료 가스를 효과적으로 연소시켜 큰 출력을 기대하는 것인데, 토르크저하를 피할 수 없다는 단점이 있다. 또 큰 배기량 엔진에서는 많은 공기를 태우므로 질소산화물이 증가, 사용 가능한 엔진은 1천6백㏄ 정도로 한정된다.

반면 미러엔진은 성능저하가 없고 대배기량에서도 질소산화물 배출이 늘지 않는다.

실제로 미러엔진을 탑재한 차를 시승해보면 '2천㏄ 미러엔진으로 3천㏄급 오토엔진차에 탄 듯한 느낌'이라고 한다.