The massive 6.2-liter V-8 engine in the white 2010 GMC Yukon Denali does exactly what you’d expect when you step on the gas: It moves, lumbering up the steep, seaside road on the Pacific side of San Francisco. It does the same when you turn around and go down the hill, or when you level the speed out and cruise by miles of beach at 50 miles per hour. All this would be unremarkable if it weren’t for the complicated dance under the hood, where software is selectively firing each of those eight cylinders.

Fuel efficiency isn’t the most exciting thing about driving a car, but in this case, that’s the point. A Silicon Valley company named Tula modified the truck so that its engine can now choose which of its cylinders fire and when, conserving energy with no noticeable loss of power—a technology the company calls “dynamic skip-fire.”

The Denali uses every bit of its 403-horsepower engine to get up to 60 mph, but once it’s there, the car needs a lot less to keep moving—something closer to 30 horsepower. Imagine making an omelet, says James Zizelman, a managing director at Delphi, a company that recently acquired a stake in Tula and helped outfit the Denali. You probably don’t need more than three eggs, right? But, says Zizelman, “in most cars, you’re pouring out parts of eight different eggs to make a three-egg omelet.” In other words, there’s a lot going to waste. “This technology lets the car use just what it needs,” he says.

Systems that deactivate cylinders to conserve energy while a car is on the move aren’t new; they were first tried by Cadillac after the oil shocks of the late 1970s. But engines like that on the market now act in only a few configurations, usually switching some cylinders off when the car needs less power. Tula’s dynamic skip-fire, on the other hand, constantly changes which cylinders are firing. In the test truck, a panel of flashing green lights shows the software picking what to fire when, turning all green when I push down the gas and turning into a blur of white flashes showing dormant cylinders when I coast.

The result, Tula says, is a 15 to 20 percent fuel gain without any major changes to the engine. While that doesn’t sound like much, it has huge implications for an industry facing daunting new regulations. In August 2012, the U.S. Environmental Protection Agency and the Department of Transportation mandated that the average consumer vehicle get 54.5 miles per gallon by 2025, roughly matching Europe and China’s guidelines. Right now, most new cars and trucks in the U.S. average just 24.3 miles per gallon according to the EPA, leaving manufacturers just nine years to nearly double what your car can get on a tank of gas. While electric cars can help that average, the combustion engine isn’t going away any time in the next decade, and even hybrid cars use combustion engines to charge the electric motor and take over when the battery power dwindles.

Car companies will probably get to 54.5 by making a lot of tweaks to their fleets, like adding more turbochargers (which increase efficiency by forcing extra air into the engine) and designing engines that stop at red lights. A software solution, like Tula’s, would be enormously attractive because it’s relatively cheap—estimated to be just $350 for the improvement to that white Yukon Denali. It also means car companies could continue to use their current engine designs on future car models.

Tula is testing its technology on a smaller car, a Volkswagen Jetta, to see what improvements it’ll make there. Delphi and Tula say they are in discussions with several major auto companies in the hopes that dynamic skip-fire will be in a production car by 2020. 2010년형 백색 GMC 유콘 디날리의 큼직한 6.2L 8기통 엔진은 액셀을 밟을 때 정확히 사람들이 예상하는 대로 움직인다. 미국 샌프란시스코 태평양 쪽의 가파른 해변도로를 육중한 움직임으로 올라간다. 유턴해서 언덕을 내려갈 때, 또는 시속 80㎞로 속도를 고정하고 해변 수 마일을 정속 주행할 때도 다르지 않다. 그런 점만 보면 보통 차량에 비해 별다른 특징은 없는 듯하다. 하지만 보닛 아래에서 벌어지는 엔진의 복잡한 댄스가 이 차를 특별하게 만든다. 소프트웨어가 8개 실린더를 제각기 선택적으로 연소시킨다.

자동차 운전에서 연비는 그리 관심을 끄는 문제가 아니다. 하지만 이번 경우엔 그것이 포인트다. 실리콘밸리의 ‘툴라’라는 회사가 그 트럭의 엔진을 개조해 어떤 실린더를 언제 연소시킬지 선택할 수 있게 했다. 두드러진 동력 손실 없이 에너지를 절약하는 효과가 있다. 이른바 ‘다이나믹 스킵 파이어’라는 기술이다.

디날리는 시속 96㎞에 이를 때까지 403마력 엔진의 동력을 모두 활용한다. 하지만 일정 속도에 이르면 계속 주행하는 데 필요한 동력이 크게 줄어 30마력에 가까운 수준으로 떨어진다. 델파이의 제임스 지젤만 전무는 오믈렛 요리를 생각하면 된다고 말한다(델파이는 최근 툴라의 지분을 인수하고 디날리의 엔진개조를 도왔다). 아마도 달걀이 3개 이상은 필요하지 않을 성싶다. 그러나 “대다수의 자동차는 달걀 3개짜리 오믈렛을 만들기 위해 다른 8개 달걀을 조금씩 부어 넣는다.” 다시 말해 버려지는 게 많다는 의미다. “이 기술은 자동차가 딱 필요한 만큼의 연료만 사용하도록 한다”고 그는 말했다.

자동차가 달리는 동안 실린더 가동을 중단하는 방법으로 에너지를 절약하는 시스템은 새롭지 않다. 1970년대 후반 오일쇼크 후 캐딜락이 처음 이 방식을 시도했다. 그러나 현재 시중에 공급되는 그런 유의 엔진은 작동 방식이 한정돼 있다. 대체로 자동차에 필요한 동력이 감소할 때 일부 실린더의 작동을 멈추고 놀리는 방식이다. 반면 툴라의 다이내믹 스킵 파이어는 연소시키는 실린더를 계속적으로 바꾸는 방식이다. 테스트 트럭에선 소프트웨어가 어떤 실린더를 연소시키는지 반짝이는 녹색 조명판에 표시된다. 액셀을 밟을 때는 모두 녹색으로 변하고 정속 주행할 때는 흐릿한 흰색 빛으로 바뀌어 작동을 멈춘 실린더를 보여준다.

그런 방식을 이용해 엔진에 어떤 큰 변화도 주지 않고 연료 효율을 15~20% 높인다고 툴라는 말한다. 대수롭지 않게 보일지 몰라도 감당하기 힘든 수준의 새 규제에 직면한 업계에는 큰 의미를 지닌다. 2012년 8월 미국 환경보호청(EPA)과 교통부는 승용차의 평균 연비를 2025년까지 L당 23㎞에 맞추도록 했다. 유럽과 중국의 가이드라인과 비슷하게 상향 조정했다. EPA에 따르면 미국 내 대다수 신차와 트럭의 연비는 평균적으로 L당 10.3㎞에 불과하다. 미국 자동차 제조사들 입장에서 탱크에 기름을 가득 채워 얻을 수 있는 연비를 2배 가까이로 늘려야 하는 시한이 9년밖에 남지 않은 것이다. 전기 자동차가 평균을 낮추는 데 도움을 줄 수 있지만 향후 10년 이내에 내연기관이 사라질 조짐은 보이지 않는다. 하이브리드 카(휘발유+전기)도 내연기관을 이용해 전기 모터를 충전하고 배터리 파워가 떨어질 때 작업을 넘겨받는다.

자동차 제조사들은 아마도 약 23㎞ 기준을 맞추기 위해 기존의 생산 모델을 많이 손볼 듯하다. 예를 들어 엔진에 추가로 공기를 공급해 연료 효율을 높이는 터보차저를 추가하거나 적색 신호등에 작동을 멈추는 엔진을 개발하는 식이다. 툴라 방식의 소프트웨어 솔루션은 상대적으로 비용이 저렴해 상당히 매력적인 대안이다. 앞서의 흰색 유콘 디날리 개조에 드는 비용은 불과 350달러로 추정된다. 또한 자동차 제조사들이 미래 자동차 모델에 현재의 엔진 디자인을 계속 사용할 수 있다는 의미도 된다.

툴라는 더 소형차인 폴크스바겐 제타에도 그 기술을 테스트하며 어떤 식으로 개량할지 분석하고 있다. 델파이와 툴라는 다이나믹 스킵 파이어 기술이 2020년까지 양산차에 적용되리라는 희망 아래 여러 대형 자동차 업체와 협의 중이라고 한다.

- 그랜트 버닝햄 뉴스위크 기자 / 번역 차진우

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