BASF,벤츠 GL 클래스에 장착될 플라스틱 엔진 서포트 선보여

다임러(Daimler)는 신형 메스세데스-벤츠 GL 클래스에 탑재되는 6기통 디젤 엔진에 세계 최초로 플라스틱 엔진 서포트를 장착한다. 기존의 알루미늄 엔진 서포트와 비교할 때, 플라스틱 엔진 서포트는 동일한 하중을 견디면서도 소음을 개선시키며, 단열성능을 향상시키는 동시에 무게를 크게 줄여준다. 엔진 마운트(engine mount)와 함께 엔진을 지지하는 이 부품은 높은 기계적 하중에 견딜 수 있도록 개발된 바스프의 특수 강화 폴리아미드인 울트라미드(Ultramid®) A3WG10 CR로 성형된다. 플라스틱 엔진 서포트의 사출 성형과 생산은 보델스하우젠(Bodelshausen) 소재 요마-폴리텍(Joma-Polytec)에서 담당한다.

엔진 서포트 기능 및 요구사항: 정적 하중, 연속 하중, 충돌
여러 자동차 회사에서 기존 울트라미드(Ultramid®) 재료로 적용 중이던 플라스틱 토크 서포트는 엔진의 틸팅(tilting) 모멘트만 전달했다. 하지만 금번에 개발된 엔진 서포트는 엔진 중량에 해당하는 영구 하중에 노출되는 한편, 전체 엔진 토크까지 흡수해야 한다. 현재까지 엔진 서포트는 모두 알루미늄으로 제작되어 왔다.

소음특성, 열 전도율, 중량
기술적으로 어려울 뿐 아니라 충돌과도 연관되어 있는 이 부품에서 플라스틱이 알루미늄을 대체하기 위해서는 까다로운 기계적 요구조건을 충족해야 한다. 울트라미드(Ultramid®) A3WG10 CR은 강성이 매우 우수하지만, 엔진룸의 제한된 공간에서 연속 부하가 인가될 때 충분히 낮은 수준의 크리프(creep) 특성을 가짐을 증명해야 한다. 또한 엔진룸 내 장착 조건에 따라 높은 굽힘 모멘트도 플라스틱 엔진 서포트는 견뎌야 한다. 뛰어난 소음 특성은 알루미늄 엔진 서포트 대비 울트라미드(Ultramid®) 엔진 서포트가 제공하는 주요한 장점 중 하나다. 플라스틱 고유의 감쇠 거동 덕분에 새롭게 적용된 플라스틱 엔진 서포트는 보다 개선된 소음 특성을 제공한다.

또 하나의 장점은 알루미늄 대비 매우 낮은 플라스틱의 열 전도율이다. 이러한 특성 덕분에 울트라미드(Ultramid®) 엔진 서포트는 함께 연결되어 있는 천연고무 엔진 마운트로 전달되는 엔진의 열을 효과적으로 차단하여 부품의 사용 수명을 늘린다. 알루미늄 서포트 대비 30% 이상 무게 절감 및 이로 인한 낮은 CO2 배출 효과도 볼 수 있다.

충돌 및 소음 거동 최적화를 위한 시뮬레이션
플라스틱 부품이 통과해야 하는 다양한 테스트에는 이른바 수리 충돌(repair crash)라고 불리는 경미 충돌과 전면적인 사면충돌(offset crash)이 포함된다. 경미 충돌에서는 서포트가 손상되지 않아야 하며, 사면 충돌에서는 요구되는 특정 방식으로 신속하게 파손되어 엔진이 운전석으로 침범해 들어오는 것을 방지해야 한다.

충돌 테스트를 통해 이러한 요구사항을 충족하는지 확인하는 것 외에, 바스프는 이미 자사의 울트라심(Ultrasim®) 범용 시뮬레이션 툴을 사용해 복잡한 형태의 엔진 서포트를 개발하는 초기 단계부터 위와 같은 두가지 테스트 시나리오를 고려하여 부품의 거동을 예측했다. 동적 파동 하중 및 충돌 하중이 인가될 때의 강도 수치인 최대(파괴) 하중이 테스트 결과와 잘 부합했고 이전의 알루미늄 엔진 서포트에서 요구되는 수치를 만족시켰다. 따라서 개발 초기 단계부터 고 하중을 견디고 소음 특성 요건을 만족할 수 있는 디자인을 고안할 수 있었으며, 프로토타입 수를 줄일 수 있었다.