Start&Stop 시스템이 장기적으로 자동차의 수명에 어떤 영향을 미칠까?

점점 더 많은 모델이 기본 사양으로 start&stop 시스템을 탑재하고 있습니다. 하지만 장기적으로 현대 자동차의 수명에 미치는 영향은 무엇일까요? 이 기술의 목표는 연료를 절약하고 연비를 줄이는 것이지만, 과연 엔진의 작동에 정말 좋은 것일까요?

이미 잘 아시겠지만, 이 정차 및 출발 보조 장치는 차량을 100% 도심에서 사용할 때 매우 유용합니다. 그런데 이러한 작은 이점이 차량의 수명 단축과 관련이 있다면 어떨까요? 그래도 계속 사용하시겠습니까?

먼저 start&stop 기술을 더 자세히 알아보겠습니다. 이는 대부분의 최신 자동차에 기본으로 장착된 시스템으로, 차량이 정지해 있을 때 엔진을 꺼서 연료 소비와 배출가스를 줄여 줍니다. 하이브리드 자동차에서는 같은 시스템이 차량이 낮은 가속 부하로 주행할 때, 내리막길을 내려갈 때, 그리고 고속에서 감속할 때도 내연기관을 끌 수 있습니다. 클러치가 작동하거나 브레이크를 놓거나, 운전자가 다시 출발하거나 가속할 준비가 되면 엔진이 다시 시동됩니다.

이 시스템은 컴퓨터(ECU)를 이용해 차량이 정지했는지, 또는 낮은 부하 상태에서 작동하고 있는지를 감지합니다. 그 시점에서 연료 분사를 멈추고 엔진에 점화를 중단시킵니다. 하이브리드 자동차의 경우, 엔진이 꺼져 있는 동안 전기 모터가 제한된 양의 토크를 공급할 수 있으며, 일반적으로 평지나 도심 주행을 유지하는 데만 충분합니다. 차량이 움직이기 시작하거나, 클러치를 밟거나, 더 많은 출력이 필요할 때 다시 시동이 걸립니다.

Start&Stop, 정말 자동차에 좋을까요?

이 과정은 자동으로 이루어지지만, 기능을 켜거나 끌 수 있는 선택권도 있습니다. 이해를 돕기 위해 설명하면, 일반적인 전기 시동 모터는 엔진 플라이휠 둘레에 장착된 큰 링 기어와 맞물리는 작은 피니언 기어로 작동합니다. 최신 start&stop 기술도 이와 매우 비슷하지만, 모터의 출력이 더 강하고, 작동 속도가 더 빠르며, 더 견고하고, 대개 더 큰 저장 용량의 배터리를 갖춘 고전압 전기 시스템으로 뒷받침됩니다. 일부는 ‘탠덤 솔레노이드’를 뜻하는 ‘TS’로 지정되며, 엔진이 막 멈추려 하다가 운전자가 다시 가속하는 상황에도 원활하게 대처하도록 설계되어 있습니다.

이 시스템이 차량에 어떤 불편을 줄 수 있을까요?

내구성과 수명에 관해서는 시동 기어와 관련된 모든 부분을 살펴봐야 하지만, 정지-출발 사이클의 증가는 이를 막기 위한 조치가 취해지지 않는 한 엔진의 마모를 더 키웁니다. “자동 정지-출발 기능이 없는 일반 자동차는 수명 동안 최대 50,000번의 시동을 거칠 것으로 예상할 수 있습니다”라고 Federal Mogul의 베어링 설계 책임자 Gerhard Arnold가 지적했습니다. “하지만 자동 활성화 기능이 있으면 차량이 정지할 때마다 그 수치가 급격히 늘어나, 엔진 수명 동안 최대 500,000번의 시동 사이클에 이를 수도 있습니다.”

이는 내구성과 수명에 있어 큰 도약이며, 엔진 베어링에 큰 과제를 안겨줍니다. 엔진의 핵심 부품이자 가장 무거운 부품 중 하나가 크랭크샤프트입니다. 크랭크샤프트는 길이를 따라 여러 개의 정밀 저널이 있어 ‘단순’ 메인 베어링에서 회전하며 지지됩니다. 이것이 메인 베어링이며, 그 영향이 가장 큰 곳은 엔진 뒤쪽, 시동 모터 바로 옆에 있는 베어링입니다.

엔진이 작동 중일 때는 크랭크샤프트와 베어링 표면이 직접 닿지 않고, 아주 얇은 오일 막이 이들을 분리합니다. 이 오일은 압력을 받아 공급되며, 회전하는 크랭크샤프트의 작용으로 베어링 표면 주위를 순환합니다. 이 과정을 ‘유체역학적 윤활‘이라고 하지만, 엔진이 멈추면 크랭크가 베어링 위에 내려앉아 두 금속 표면이 접촉하게 됩니다.

엔진이 시동될 때, 두 표면이 오일 막에 의해 분리되기 전에 ‘경계 조건’이라 불리는 단계가 있습니다. 이때 크랭크샤프트는 회전하지만 베어링 표면 사이에서 금속과 금속이 직접 접촉합니다. 대부분의 마모는 바로 이때 일어납니다. 정지-출발 시스템은 이 경계 조건이 엔진 수명 동안 50,000번이 아니라 아마도 500,000번 발생할 수 있음을 의미하며, 일반 베어링은 훨씬 더 빨리 마모될 것입니다.

이를 막는 두 가지 요소가 있습니다. 첫째, 베어링 제조사들이 시동 시의 마모에 저항하기 위해 자기 윤활 특성이 더 뛰어난 새로운 베어링 소재를 개발하고 있습니다. Federal Mogul은 Irox라는 새로운 소재를 개발했습니다. 이 소재는 산화철(녹) 입자를 포함한 폴리머 코팅을 갖추고 있으며, 이 미세한 형태에서 놀랍도록 미끄러운 특성을 지닙니다. 실제로 Irox 베어링의 마찰 계수는 일반 알루미늄 베어링보다 50퍼센트 낮으며, 정지-출발 기능이 장착된 엔진의 수명 동안 쉽게 견딜 수 있습니다.

start&stop은 연료 절약에 도움이 될까요?

네, 교통 체증이나 신호 대기처럼 공회전 상태에서 정차해 있을 때, 차량이 멈춰 있는 동안 엔진이 사용했을 연료만큼을 절약하게 됩니다.

절약되는 연료의 양은 자주 논쟁이 되며, 거의 전적으로 시스템을 사용하는 주행 방식에 달려 있습니다. 당연히 정차 시간이 길수록 연료 절약이 더 큽니다. 또한 정지-출발 기능이 작동하지 않는 경우도 있습니다. 예를 들어 엔진이 차가울 때는 엔진이 완전히 따뜻해질 수 있도록 시스템이 개입할 가능성이 낮습니다. 배터리가 일정 수준 이하이거나, Volvo 와 같은 시스템처럼 운전자가 안전벨트를 풀었거나, 에어컨을 켰을 때도 엔진을 끄지 않을 수 있습니다. Start&stop은 또한 도심 지역의 배출가스를 줄이도록 설계되어 있습니다.