캠리스 시스템이 드디어 상용화 된다. 몇 년 전부터 화제를 모았던 발레오의 캠리스는 내년에 나올 피아트 500에 가장 먼저 쓰일 것으로 알려졌다. 내년 피아트 500에는 \'멀티에어‘로 불리는 900cc 엔진이 새로 더해진다. 캠리스는 바로 피아트의 900cc 디젤에 처음으로 쓰이고 차후 알파로메오 Mi.To의 4기통 터보 가솔린에도 올라갈 예정이다. 이 0.9리터 디젤은 피아트의 아리아 컨셉트로 한 차례 예고된바 있다. 컨셉트카의 0.9리터 2기통 디젤은 자연흡기 1.2리터와 맞먹는 80마력의 힘으로 주목을 받았었다.

현재로서 양산화에 가장 가깝게 다가간 메이커는 프랑스의 메이저 부품 업체 발레오이다. 발레오는 작년 초 캠샤프트가 없는 캠리스(Camless) 공급 계약을 몇몇 메이커와 맺었다고 밝혔다. 당시 발레오는 “예상대로라면 우리의 캠리스 시스템은 2010년 또는 2011년 양산차에 적용되며, 5년 안에 대중화를 이룰 것”이라고 예상했는데, 그 보다 조금 일찍 상용화될 것으로 보인다. 발레오의 캠리스 엔진을 사용할 회사로는 피아트를 비롯해 자국의 PSA가 될 가능성이 높다.

캠은 사라지고 전자석 액츄에이터가 밸브 컨트롤

자동차에 쓰이는 엔진의 캠샤프트는 벨트 또는 체인과 연결되어 구동된다. 이 캠샤프트가 회전하면서 차례로 흡기와 배기 밸브를 열고 닫아 4행정을 진행한다. 이런 기계적인 부품들이 구동되면서 필연적으로 마찰 저항이 발생하며 이 때문에 효율도 떨어지게 된다.

발레오가 작년의 프랑크푸르트 모터쇼에서 SVA(Smart Valve Actuation)라는 컨셉트로 선보인 캠리스 엔진은 캠 샤프트를 없애는 대신 밸브의 개폐를 전자식으로 컨트롤 한다는 것이 기존과 가장 큰 차이점이다.

캠샤프트가 없어짐으로서 생기는 장점은 대단히 크다. 일단 여러 부품들이 사라지기 때문에 엔진은 보다 컴팩트해지고 무게도 줄일 수 있다. 또 저회전에서 발생하는 밸브트레인의 마찰 저항도 25% 줄어든다.
크랭크샤프트의 힘을 다른 곳에 뺐기지 않고 오직 휠에만 보내기 때문에 출력과 토크, 연비가 동시에 좋아진다. 연속적으로 가변되는 전자식 밸브 타이밍 덕분에 배기가스도 줄어든다. 실린더의 각 밸브는 모두 독립적으로 개폐가 가능해 소프트웨어만 받쳐준다면 언제나 최적의 효율을 얻어낼 수 있다. 각 밸브를 독립적으로 제어하는 것은 지금의 엔진에서는 불가능한 일이다. 소음과 진동이 줄어드는 것은 물론이다. 회전수의 한계도 초기보다 높은6,300rpm 이상이 될 것으로 기대하고 있다.

발레오 캠리스 시스템의 경우 밸브 개폐는 전자석 액츄에이터가 맡는다. 이 액츄에이터는 각 밸브의 상단과 밸브 커버 사이에 위치하고, VCU(Valve Control Unit)라는 별도의 컴퓨터와 연결된다.


발레오는 이미 런닝 프로토타입을 운영하고 있는 상태이다. 작년 초에는 프루빙 그라운드에서 흡기 밸브만 전자식으로 구동하는 하프 캠리스 엔진만 장착된 상태. 2002년 푸조 406으로 시승 행사도 열었다. 하프 캠리스가 적용된 4기통 2리터 엔진의 출력은 138마력으로 순정과 큰 차이가 없었지만 최대 토크는 23.5kg.m으로 순정의 19.8kg.m에 비해 눈에 띄는 향상을 보였다. 이는 완전한 캠리스 엔진 성능의 80%라는 것이 발레오 측의 설명. 발레오는 이 하프 캠리스 엔진의 양산도 같이 추진할 계획이다.

완벽한 상용화를 위해서 해결해야할 숙제도 많다. 밸브를 전자식으로 구동함에 따른 정확한 개폐 시기와 이에 따른 소프트웨어의 개발, 그리고 코스트이다. 업계에 따르면 4기통 가솔린 기준으로 기존의 시스템을 하프 캠리스로 대체할 경우 추가로 3백 유로의 코스트 상승이 예상된다. 하지만 발레오는 캠리스 엔진이 제공하는 장점이 워낙 크기 때문에 실질적인 가격은 내려가는 셈이라고 말했다.
발레오가 밝힌 캠리스의 장점은 연비 20% 향상, 배출가스 20% 저감, 저회전 토크 20% 증대 세 가지이다. 캠리스 덕분에 연료 소모가 20% 줄어든다면 디젤과의 연비의 갭도 크게 줄어들게 된다. 또 하프 캠리스만으로도 15%의 연비 향상을 이룰 수 있고 한다.

코스트와 제어의 정확성이 숙제로 남아


엔진 개발자들은 예전부터 캠리스 기술에 큰 흥미를 보여 왔었다. 캠리스 시스템은 기존 보다 20%의 연비 절감을 이뤄낼 수 있기 때문이다. 단 하나의 시스템으로 이 정도의 장점을 얻어낸다는 것은 대단한 메리트이다. 거기다 캠리스 시스템은 캠샤프트는 물론, 관련된 파츠가 대폭 줄어들어 무게 절감에 효과적이며, 구조도 단순화 할 수 있는 장점도 수반된다.

이렇게 많은 장점이 있기 때문에 캠리스 기술의 개발을 추진하고 있는 메이커가 발레오 뿐만이 아니다. 미국의 야콥스 비클 시스템과 로터스 엔지니어링, 리카르도도 개발을 해왔었고, 3, 4기통 시스템의 프로토타입까지 나온 상태이다.
BMW 역시 완벽한 캠리스 시스템을 위해 많은 개발비를 투자해 왔었다. BMW V8 엔진의 개발 총책인 크리스티안 벅은 캠리스를 가리켜 “장점이 있는 것은 확실하지만 코스트와 내구성이 가장 큰 숙제”라는 말을 남겼다. 또 “기술적으로 가장 어려운 문제는 밸브 액츄에이터가 아닌 센서이다. 현재의 센서 기술로는 기존의 내구성과 정확한 작동을 만족시키기가 쉽지 않다”고 덧붙였다. 하지만 캠리스의 확실한 장점으로는 가솔린(직분사 포함)과 디젤에 모두 적용할 수 있다는 것과 연료의 질에 크게 구애를 받지 않는다는 것을 꼽았다.

영국 리카르도에 따르면 20%의 연비 향상은 자사 엔지니어들이 예상한 수준을 뛰어넘는다. 따라서 캠리스 엔진은 리카르도의 프로젝트 중 가장 중요한 과제로 떠오르고 있다. 반면 약캠리스의 약점으로는 컴퓨터의 상태가 나빠지거나 전기적인 결함이 발생할 경우 배기가스가 급격히 늘어나는 것과 밸브 오픈 시기가 늦어지면 피스톤이 밸브를 때려 엔진이 상할 우려가 있다는 점 등을 꼽았다.