포드는 80년대에 오일리스 엔진을 개발했는데, 왜 출시되지 않았을까요?

기름 없이 작동하는 내연기관? 포드사가 세라믹과 가스 쿠션으로 개발한 기술. 왜 성공하지 못했는지 알아보세요.

• 포드 무급유 엔진은 어떻게 작동했는가? 오일 대신 가스 쿠션을 사용했으며, 고온을 견디고 마찰을 줄이기 위해 세라믹 부품을 사용했습니다.
• 이 프로젝트에 사용된 재료는 무엇인가? 질화 규소 및 탄화 규소와 같은 높은 강성과 낮은 열전도성을 가진 세라믹.
• 왜 대량 생산되지 못했는가? 미세한 공차, 가공 비용 및 기능적 한계로 인해 상업적 실행 가능성이 저해되었습니다.
• 이 컨셉의 현재 영향은? 대규모 채택 없이도 현대 엔진의 효율성과 마찰 감소에 대한 발전에 영감을 주었습니다.
• 이 컨셉과 직접적인 경쟁자가 있었는가? 다른 실험용 세라믹 엔진들도 유사한 솔루션을 모색했지만, 도로용 자동차 모델은 프로토타입 단계를 넘어서지 못했습니다.

기름 한 방울 없이 작동하고, 의도적으로 고온에서 작동하며, 피스톤 링의 마찰 손실을 제거하는 내연기관을 상상해 보세요. 네, 포드는 1980년대에 기존의 오일 목욕을 얇은 가스 쿠션으로 대체하는 혁신적인 프로젝트를 통해 거의 성공할 뻔했습니다. 극도의 효율성과 거의 제로에 가까운 유지보수를 약속했죠. 이론은 야심 찼습니다: 유체가 적으면, 오염도 적고, 성능은 향상된다. 하지만 결국 이 혁신은 왜 거리로 나오지 못했을까요?

그 해결책은 천재적으로 보였습니다: 세라믹 피스톤과 실린더를 사용하여, 프로젝트 포드는 움직이는 부품 사이에 미세한 공간을 만들었고, 피스톤 자체의 움직임을 이용하여 마이크로 채널을 통해 공기를 끌어당겼습니다. 이것이 바로 “가스 스퀴즈 필름”이라고 불리는, 기름 없이 부품을 분리하는 가스 쿠션입니다. 질화 규소 및 지르코니아와 같은 재료의 사용과 결합하여, 높은 온도에서 작동할 수 있게 하여 기계적 손실을 줄이고 깨끗한 연소를 가능하게 했습니다. 만약 실현되었다면, 우리가 내연기관을 아는 방식을 재정의할 수도 있었습니다.

“오일리스” 프로젝트 엔진은 기술적인 관점에서 피스톤 링을 제거하고, 미세한 공차(약 0.025mm)로 작동했으며, 초평활 표면을 요구했습니다. 약속된 결과는 1,500 rpm 이상에서 2% 미만의 블로우-바이(blow-by)로, 현재 기준에서도 전례 없는 것이었습니다. 그러나 열, 진동 및 먼지 속에서 이 미세한 간극을 유지하는 것은 진정한 엔지니어링 악몽이었습니다.

현대 하이브리드 또는 전기 추진체와 달리, 이미 효율적인 대안 중에서 중요한 위치를 차지하고 있는 림악(Rimac)의 고체 배터리 발전과 같은 것들과는 달리, 가스 필름 엔진은 세라믹의 높은 비용, 정밀 가공의 어려움, 불순물 및 내부 충격에 대한 낮은 내성, 그리고 구동 계통의 나머지 부분의 냉각 및 청소를 위한 오일 필요성 때문에 종이에서 벗어나지 못했습니다.

포드 외에도, 20세기 마지막 수십 년 동안 다른 엔진 제조사들도 비슷한 세라믹 및 오일리스 엔진 컨셉을 실험했지만, 모두 대규모 실행 가능성이라는 동일한 장벽에 부딪혔습니다. 규칙에 도전했던 다른 자동차 컨셉에 대해 궁금하신가요? 1920년대에 전기차 출시를 시도했던 슬라이딩 모터에 대한 기사를 확인해보세요.

구체적으로, 포드의 “무급유” 엔진은 다음과 같은 특징을 가지고 있었습니다:

• 높은 강성의 세라믹 부품
• 최대 1,600°C의 작동 온도
• 피스톤과 실린더 간 0.001인치의 간극 (약 0.025mm)
• 기존 피스톤 링 제거
• 내부 마찰 최대 감소

비교: 포드 오일리스 엔진 vs. 전통적인 내연기관

• 윤활유 없음 vs. 완전 윤활
• 내구성 있는 세라믹 vs. 주철/알루미늄
• 고온 작동 vs. 지속적인 냉각 필요
• 극심한 제조 과제 vs. 확립된 대량 생산
• 낮은 블로우-바이 vs. 미연소 가스의 중간/높은 배출

오늘날, 초저마찰 엔진에 대한 추구는 복합 재료, 초박막 오일 또는 순수 전동화 등, 르노 클리오 하이브리드와 같은 SUV의 부상에서 볼 수 있듯이, 산업계에서 여전히 계속되고 있습니다. “오일리스 엔진”의 유산은 열적, 환경적 효율성을 목표로 하는 혁신에서 그 존재감을 드러냅니다.

당신은 미래 자동차에서 100% 무급유 엔진을 보게 될 것이라고 믿으십니까, 아니면 이미 전동화가 이 꿈을 뒤로 했을까요? 댓글을 남기고 엔지니어들의 대담함이 어디까지 갈지에 대한 당신의 의견을 공유해주세요!