유로 6 고장 문제에 대해 [중편]

상편에 이어 중편입니다.

이번 중편에서 다룰 문제는 유로 6 규제로 인해 일어난 내구성 문제입니다. 차량 내구성이야 어려가지 이유로 영향을 받을수 있지만 유로 6에서는 그 사안이 다른것 보다 심각하여 다뤄보려고 합니다. 이 내구성 문제는 사실상 유로 6 차량 모두를 다루기도 하는거라 트럭과 버스 오너분들에게 조금이라도 도움이 되었으면 좋겠습니다.

그럼 유로 5에서 유로 6로 넘어왔을때 MAN이 어떻게 대처했는지에 대해 집중적으로 알아보겠습니다.

먼저 아까 올린글의 답은 480마력과 500마력입니다. 

유로 6에서부터는 요소수 사용이 필수였습니다. 더이상 유서 깊은 EGR과 DPF 후처리 장치로는 도저히 환경 기준에 부합하기 어렵게 되었죠. 그러니까 제조사들은 엔진 세팅을 바꿔 엔진 작동 온도를 높였습니다. 이는 미세먼지를 발생시키는 PM을 완전히 연소시키고 이로 인해 발생한 질소산화물은 요소수에서 처리한다는 원리죠. 거기에 EGR은 연비와 출력 손실만 많이 가져다 주는 애물단지로서 제조사한테는 별 상관이 없었지만 갈수록 강화되는 환경 규제로 인해 요소수를 장착할거면 이왕 연비에 안좋은 EGR을 없애자고 하여 스카니아와 이베코가 이 EGR을 없애게 됩니다. 그리고 엔진은 린번, 즉 공기를 과다흡입하면서 연로를 적게 분사하는 방식인 희박 연소 방식으로 완전히 연소시켜 미세먼지 배출량 감소를 도모했죠. 그리고 이 완전연소를 돕는게 높은 엔진 온도입니다. 

그러기에 제조사들은 어떻게하면 뜨거운 공기를 연소실에 도달시킬까를 고민하게 되었죠. 이는 스포츠 지향 승용차와는 반대되는 접근 방식인데 고출력을 요하면 최대한 냉각한 공기를 흡입하는게 도움이 되니까요. 즉 공기 밀도가 높은 차량이 더 많은 운동에너지, Work를 발생시켜 마력이 높아지는 방식입니다. 근데 이 린번 디젤엔진은 공기 밀도가 낮으나 공기를 터보차져를 통해 과다하게 흡입하여 출력 손실을 줄이면서도 엔진 연소온도는 높이고 폭발력도 증가시키는 역활을 하게 됩니다. 그런데 이렇게 엔진이 작동하는 온도를 높이면 엔진의 중요 부분에 보강 조치를 하는것이 필요합니다. 그런데 몇몇 제조사들은 이를 이행한데에 비해 몇몇 제조사들은 원가절감의 실수나 미처 계산하지 못한 부분 때문에 차는 잘만들어 놓고서는 차량 가치를 심각하게 떨어트리는 결함을 가지게 만듭니다. 원래 디젤 엔진, 특히 최신형의 고압 직분사 디젤 엔진은 엄청난 압력을 견디게 설계되어 있습니다. 이는 엄청난 압축비와 직접 맞으면 뼈를 뚤을정도의 고압 분사 인젝터, 거기에 터보차져까지 합쳐저 있기 때문이지요. 엄청난 토크를 발휘하는 디젤 엔진은 각각 연소실마다 높은 압력을 견디도록 설계됩니다. 그런데 문제는 이 환경규제로 인해 작동 온도를 높이면서 발생합니다. 

간단하게 비유해볼께요. 지금 포크가 하나 있습니다. 평소에는 구부릴라면 어느정도 힘을 주어 구부려야합니다. 그런데 고열에 노출시킨후 도구를 이용해 굽히면 철이 녹지도 안으면서 훨씬 쉽게 구부릴수 있는 현상이 생깁니다. 이는 이 철을 형성하는 원자들이 평상시에는 강하게 결합되어 있지만 온도가 높아질수록 이 결합이 약해지죠. 엔진도 마찬가지 입니다. 비록 철의 녹는점에 비하면 턱없이 낮은 온도 일지도 모르겠으나 엄청난 고압을 견뎌야하는 디젤엔진이기에 조금의 강성만 떨어져도 온갖 문제가 생기기에 적합한 환경을 제공합니다. 특히 디젤엔진은 진동, 고열에 있어서 베어링에 큰 무리가 가죠.

그렇기에 엔지니어들은 철의 열처리, 두께, 혹은 카본등의 다른 재료를 이용해 강도를 높인 고탄소강등을 적용합니다. 최근에 나오는 디젤 엔진의 엔진 블락은 CGI(Compacted Graphite Iron), 즉 주철에 비해 높은 강도를 가지면서 경량화도 달성시킨 소재를 적극 활용하고 있습니다. 지금 타시는 대형차의 차량 엔진 블락 대부분이 이 소재로 만들어져있죠.  

이번 예를 들면서 더욱 이해가 쉽도록 하나의 케이스를 설명할까 합니다. 바로 2008~2010년형 2세대 포드 슈퍼듀티입니다. 원래 1998년 양산에 돌입한 구형 1세대를 교체하기 위해 2006년 출시를 목표로 새로 개발한 차량입니다. 그런데 첫 단계부터 결함 때문에 2007년으로 늦어졌죠. 포드는 1982년부터 나비스타한테 디젤 엔진을 받아와서 자사 픽업 트럭에 장착했죠. 그리고 93년에는 터보 디젤을, 94년에는 파워스트로크라는 7.3리터 터보 디젤을 선보였는데 높은 내구성과 성능으로 큰 성공이였습니다.

근데 다운사이징을 한 6.4리터부터 문제로 삐걱거리기 시작했죠. 사실 이 엔진은 중형 트럭과 스쿨버스에 탑재되던 디젤 엔진이였습니다. 그걸 포드한테 준것이죠. 이전에는 환경 규제 장치가 없어서 아무런 문제가 없었습니다. 근데 HD급 픽업트럭에 환경 규제가 강화되면서 문제가 발생한거죠. 나비스타는 이 환경 규제를 맞추기 위해 엔진을 차체 개발하는 대신 유럽의 르노에 용역을 주게됩니다. 이 엔진은 사실 힘 좋고, 빠르고 이런 장점은 있었습니다. 

근데 이는 환경규제가 느슨한 나비스타의 중형트럭에는 문제가 없었지만 EGR과 DPF, 그리고 더 뜨거운 엔진 세팅을 한 포드 F350 슈퍼듀티에는 큰 문제가 있었습니다. 헤드는 심심하면 나가고 베어링, 실린더 스커핑 현상, 터보 퍼짐등등 온갖 결함으로 파워스트로크를 다루는 분도 포기할 정도에 부품도 10년도 안된 엔진이 없는 역대급 쓰레기 엔진이죠. 저도 한번 손보면서 타보려고 했는데 그냥 저건 답이 없는듯 싶어서 디젤 픽업 살거면 닷지나 GMC로 가는게 나을듯 싶네요 ㄷ 

근데 이런 현상 어디서 많이 들어본듯한 이야기 아닌가요? 네 맞습니다. 바로 MAN 유로 6가 그것이죠. 이 MAN 트럭은 유로 5때 비교적 적은 잔고장과 높은 내구성과 성능으로 좋은 평가를 가지던 차량입니다. 근데 유로 6으로 넘오오면서 바로 문제가 생기죠. 근데 이 MAN은 기계만 261년, 디젤 엔진을 처음 개발한 회사이기도 합니다. 그러면 디젤 엔진에 도가 터있어야하는데 왜 저럴까요? 바로 위 포드와 나비스타와 같은 환경 규제가 원인입니다. 유로 6는 유로 5에 비해 질소산 화물과 PM, 즉 미세먼지 배출량을 훨씬 더 줄여야합니다. 미세먼지와 질소산화물은 상관관계가 있는데 즉 미세먼지를 태우기 위해 엔진 온도를 높이면 질소산화물이 늘고 반대로 엔진 온도를 낮추면 검은 연기의 미세먼지가 왕창 나오죠. 그래서 제조사들은 엔진 온도를 높여 미세먼지를 연소한 다음 요소수와의 화학 반응을 통해 배출된 질소산화물을 물과 이산화탄소로 변경합니다. 저번에 다뤘기 때문에 이게 어떤 원리로 작동하는지는 다들 아시리라고 생각합니다.

그래서 이 신형 유로 6 엔진을 생산할때 MAN은 680마력 V8을 단종시키고 480~500마력대의 D2676 유로 6 엔진과 540~640마력의 D3876 유로 6 직렬 6 기통 엔진 2종을 출시합니다. 근데 여기서 MAN는 계산 실수인지 의도적으로 했는지는 모르나 한가지 중요한걸 놓치게되었죠. 바로 고온에 따른 엔진 내구성 저하입니다. 위에서 설명했듯이 디젤 엔진은 고압, 고온의 매우 가혹한 환경에서 작동하죠. 그런데 거기서 벌크 시멘트와 같이 고중량 짐을 운반하면서 대한민국의 경사진 고속도로를 달리면 당연히 엔진에 큰 무리가 가겠죠. 근데 이전 유로 5는 환경 규제가 느슨하여 엔진에 큰 부하가 걸려도 전혀 문제없이 작동할수 있습니다. 그러나 유로 6는 환경 규제로 인해 거의 한계치에서 엔진이 작동하는데 거기에 큰 부하가 걸리면 엔진이 못버티고 헤드에 크랙이 가거나 크랭크축 베어링이 깨져서 피스톤이 엔진 블락을 뚤고 나오는등 엔진이 망가지게되죠.

최소 한국과 환경이 비슷한 스웨덴은 춥기라도 한데 한국은 산지면서 더우니...

MAN차는 현재 엔진만 보더라도 고무호스 파열로 의한 냉각수 터짐과 냉각수 누수로 엔진 고장 및 녹문제, EGR 쿨러가 고열을 못견디고 크랙, EGR 쿨러도 고온으로 재기능을 못하고 녹아버리며 그 고온의 배기가스는 다시 엔진으로 들어가 헤드에 크랙을 발생시키고 냉각수도 고열에 의해 화학 성분이 바뀌 산성 선분으로 인해 프리타더와 엔진 냉각 재킷에 녹을 발생시켜버립니다. 그리고 다른 열 컨트롤이 안되는 엔진처럼 엔진 오일도 점도가 낮아져 실린더와 라이너를 보호하는 역할을 못한다는게 제 생각입니다. 즉 프라이팬에 식용유를 처음 둘렀을때 잘 안흐르는 기름이 열이 가해지니 물흐르듯 흐르는 원리를 생각하시면 되겠습니다. 

특히 이 냉각수 터짐의 문제는 앞서 언급한 포드 슈퍼듀티와 매우 동일한 증상인데 화물차를 비롯하여 자동차는 늘 힘에 의해 비틀림이 일어납니다. 왜 비틀어지냐고요? 비틀림이 없다면 먼저 프레임과 부품에 부하가 많이 가고 바퀴가 지면에 붕떠있는 상황이 발생합니다. 그러니 차가 어느정도는 비틀어져야죠. 그런데 비틀어지면서 냉각수 호스가 다른 부품과 마찰하여 파열되고 누수현상이 일어나는거죠. 이런건 부품 배치를 잘못한게 크게 원인이라고 생각합니다.   

물론 MAN이 이 열 문제를 감안하여 새로운 기술을 적용하기는 했습니다.  

바로 그것이 차이입니다. MAN이 이 신형 유로 6 엔진을 선보이면서 고열 고압에 대응하여 엔진과 관련 부품들을 크게 보강하지 않고 소프트웨어나 자잘한것만 변경했다는게 제 생각입니다. 사진을 보시면 아시겠지만 고마력의 D3876 엔진과는 다르게 EGR 쿨러가 하나 밖에 없고 유로 6에 맞춰 더 강화된 톱-다운 냉각 기능도 탑재하지 않은 D2676 엔진은 열에 취약한 구조로 되어있죠. 즉 한계치에 가깝게 구동한다는 뜻입니다. 

그러면 왜 MAN이 디젤의 명가이자 이런 특성을 잘알텐데 저렇게 생산했냐? 라고 생각하실겁니다. 

당연 원가 절감이 그 이유이죠. 기업은 벤츠든 현대든 상관 없이 모두 원가 절감이 목표입니다. 물론 그 원가 절감의 범위는 기업마다 다르겠지만 그 어느 기업이던 적게 넣고 많이 벌어가는걸 선호하죠. 만약 MAN이 유로 5에서 유로 6으로 넘어가면서 고마력 엔진뿐만 아니라 D2676 엔진도 보강을 했다면 상당한 비용 부담이 되었을겁니다. 근데 독일과 유럽에서는 이런 문제가 잘 발생하지 않죠라고 생각하실수 있는데 사실 저 D2676은 유로 5일때 영국에서도 문제가 발생한적이 있습니다. 바로 저 EGR 문제 때문에요. 그때 불겨진 문제가 유로 6으로 넘어오면서 개선에도 불구하고 심각해진것이죠.

거기에 한국의 여러가지 환경도 작용한다고 생각됩니다. 먼저 기후, 과적, 산지 형태로 인해 화물차에 부하가 많이 간다는게 있겠죠? 일례로 볼보 카고트럭의 후축 조향도 단순 다른 환경에 맞추지 못한 제어장치의 소프트웨어 문제로 불거졌죠. 아마 한국 시장의 특수성은 전혀 고려하지 않은체 개발한게 아닌가 싶습니다. 정말로 사소한게 일을 키웠을것도 있다는겁니다. 설령 현재의 D2676 유로 6가 유럽에는 전혀 문제가 없어도 한국 같이 화물 환경이 다른 나라에는 적응을 못할수가 있다는거죠.

즉 현지화 실패가 큰 원인중 하나 아닌가 싶습니다. 타국에 판매하려면 환경과 소비자 성향에 대해 충분히 파악하고 거기에 맞춰 변경해야하는데 그걸 안한거죠.

또한가지 가능성이 있는 사유는 바로 정비 센터의 미흡한 교육이죠. 아무런 성분 분석 없이 눈으로만 보고 녹이다 아니다 하는 정비 센터가 도대체 어디 있을까요? 저는 도저히 이해 못하겠네요. 

물론 MAN뿐만 아니라 국산 메이커인 현대나 대우마저 잘못 설계할수 있는게 자동차입니다. 자동차는 기계공업의 꽃이라고 많이들 말하지 않습니까? 그렇기에 그만큼 많은 부품과 기술이 집약된다고 할수 있습니다. 그러기에 결함과 잘못된 설계가 언제든지 존재할수 있다는거죠. 그러니 MAN은 문제를 회피하고 261년의 역사로 자만할께 아니라 소비자들의 문제를 들어주고 개선하여 정말 제대로된 차를 생산했으면 합니다.  

물론 MAN이 자발적으로 D2676이 장착된 480과 500마력 차량들을 리콜하고 조치를 취해줬다고는 하나 지금 어떻게 문제가 돌아가고 있는지는 저도 잘모르겠네요. 

다음에는 유로 6 후편에서 앞으로 디젤 차량의 미래에 대하여 설명해보겠습니다.