14 BMW이노베이션데이(1) - PHEV / 신형 엔진 / 공기역학
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글 : 채영석(webmaster@global-autonews.com)
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승인 2014-02-21 01:23:36 |
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2014 BMW 이노베이션데이가 BMW의 프루빙그라운드가 있는 프랑스 마르세이유 미라마 근교에서 개최됐다. BMW 의 이노베이션데이는 그들이 개발하고 있는 신기술을 소개하고 앞으로의 방향성을 제시하는 자리다. 기본적으로는 그들의 기술을 홍보하는 장이지만 전 세계 자동차 전문기자들로부터 그들이 개발하고 있는 기술들에 대한 의견을 듣는 장으로서도 활용하기도 한다. 올해는 BMW 의 이피션트 다이나믹스 기술 중 7가지가 주제였다. 첫 번째 워크샵에서는 플러그인 하이브리드와 뉴 엔진 패밀리, 그리고 공기역학에 대해 소개했다.
글 / 채영석 (글로벌오토뉴스국장)
1. X5 플러그 인 하이브리드 프로토 타입
BMW는 이미 두 가지 플러그 인 하이브리드카를 i 브랜드로 개발했다. i3는 EV 베이스의 레인지 익스텐더 버전을 라인업하고 있고 i8 는 플러그인 하이브리드 타입이다. BMW i8은 플러그인 하이브리드 시스템을 채용한 수퍼카를 지향한다. 2013 프랑크푸르트 모터쇼를 통해 공식 데뷔했으며 올 해부터 시판이 시작됐다. 한국시장에는 올 가을 상륙이 예정되어 있다.
소형 전기 모터는 131마력의 힘을 내며 엔진의 힘을 보조하는 역할을 한다. 전기 모터 단독으로도 구동력 공급이 가능하다. 전기차 모드에서 가능한 최고 속도는 120km/h, 주행 거리는 35km까지 가능하다. 리튬 이온 배터리도 i8을 위해 별도로 개발했다. EU 혼합 모드로 i8의 공인 연비는 40.3km/L, CO2 배출량은 59g/km이다.
그래서 유럽은 물론 미국과 중국시장에서 높은 인기를 구가하고 있는 SAV 모델부터 적용을 시작한 것이다. 이는 앞으로 다른 모델에까지 적용의 폭이 넓어질 수 있다는 점을 시사함과 동시에 배터리 전기차보다는 플러그인 하이브리드카가 좀 더 현실적인 대안이라고 생각하고 있다는 것을 말해 준다. 특히 BMW의 DNA인 주행성을 감안하면 하이브리드의 부스트 기능을 활용할 수 있는 쪽을 선택하는 것이 옳다고 생각하고 있다는 얘기이다. 더불어 배터리 전기차의 항속거리의 한계도 극복할 수 있다는 장점도 간과할 수 없다.
시스템의 레이아웃은 i시리즈와 비슷하다. 2차 전지(배터리 팩)는 리튬 이온. 2차 전지는 리튬 이온 배터리로 모터 단독으로는 최대 35km, 최고속도는 120km/h로 주행 가능하다.
시스템 출력은 225kW, 이산화탄소 배출량은 89g/km. EV모드로는 30km까지 주행이 가능하며 120km/h의 속도까지 올릴 수 있다. EV모드 주행거리를 30km로 한 것은 운전자 80%가 하루 주행거리 30km 이하였다는 조사 결과를 근거로 하고 있다.
신형 모듈러 엔진 패밀리
지난 15년 동안 BMW 그룹은 유럽 시장에서 판매된 자사 신차의 이산화탄소 배출량을 약 30% 감소시켰다. 2012년 초 기준으로, BMW와 MINI 모델 레인지에는 이산화탄소를 킬로미터 당 140그램도 배출하지 않는 차들이 무려 73종이나 포함되어 있으며, 그 중 30종의 BMW 모델들은 120g/km 미만의 배출량을 기록하고 있다.이는 연비로 계산하면 4.5리터/100km다.
BMW는 2020년까지 지금보다 더 좋은 연비와 환경 성능 달성 목표를 설정했다. 그를 위해 첫 번째 최적화(Optimisation), 액티브 하이브리드의 적용 확대, 전동화, 수소에너지 사용 등 네 개 부문으로 나누어 기술 개발을 추진하고 있다. 최적화는 기존 내연기관 엔진의 개량을 의미하는 것으로 에어로 다이나믹 성능의 향상, 인텔리전트 경량 디자인 인텔리전트 에너지 관리, 엔진 최적화, BMW 트윈파워 터보 테크놀러지 등이 여기에 해당한다.
BMW는 여전히 내연기관 엔진은 앞으로도 상당기간 동안 주력 엔진이라는 생각을 갖고 있다. 그렇다면 가능한 모든 방법을 동원해 연비성능을 향상시키고 이산화탄소를 비롯한 배기가스를 저감해야 한다.
BMW는 엔진 헤드부문에서 VANOS, 밸브트로닉(가솔린), VTG(디젤) 기술로 업계를 리드해왔다. 여기에 직분사 시스템의 도입과 커먼레일 시스템의 개량, 그리고 그게 걸맞는 터보차저(싱글, 트윈 스크롤, 트윈) 시스템에 이르기까지 파워와 연비성능은 향상시키면서 중량은 저감하는 기술을 동원한다.
여기에 밸브트로닉과 조화를 이루게 된 실린더 온 디맨드 시스템이 추가된다. 실린더 온 디맨드 시스템은 실린더 컷 오프(Cylinder Cut-Off: 기통 휴지)와 개념이 약간 다르다. 예를 들어 8기통 중 네 개의 실린더의 작동을 중지시키는 것이 아니라 모든 실린더의 연료 공급을 동시에 줄여 효율성을 높인다는 것이다. '끄지 않고 낮춘다'는 원리를 채택하면 최소한의 연료 소모와 배기가스 배출, 역동성, 안락함, 파워 전달 등이 더 좋다고 BMW는 주장한다. BMW의 이 독점적인 기술은 다양한 크기와 출력을 가진 엔진에 적용할 수 있다는 것이 장점으로 꼽힌다.
이는 밸브트로닉 기술이 있어서 가능한 것이다. 밸브트로닉은 2001년에 첫 선을 보인 기술로 스로틀 조절 없이 가솔린 엔진의 부하를 제어한다. 최신의 밸브트로닉은 시스템이 보다 정교해지면서 인테이크의 밸브 리프트를 보다 세밀하게 컨트롤이 가능해 졌다. 이로 인해서 엔진 응답성은 더욱 빨라지는 효과가 있고 토크 밴드도 넓어졌다.
하나의 실린더 모듈을 바탕으로 그것을 가솔린과 디젤 엔진에 공유하는 것은 물론이고 3/4/6기통 엔진 모두에 적용한다는 것이다. 가솔린과 디젤 엔진 각각 부품 공유율이 60%에 달하며 가솔린과 디젤엔진간에도 30~40%의 부품을 공유할 수 있게 된다. 그로 인해 제작시간이 저감되며 무엇보다 큰 비용저감을 달성할 수 있다. 4기통과 6기통 엔진이 같은 라인에서 생산이 가능하다. 시장의 상황에 따라 4기통의 수요가 증가하면 6기통 대신 4기통 생산을 늘려 대응할 수 있다는 점도 큰 장점이다.
이 엔진군은 실린더 당 파워 레인지가 디젤은 1.5리터 3기통이 70 – 85 kW/220 – 270, 2.0리터 4기통은 110 – 140 kW/330 – 400 Nm, 가솔린은 각각 55 – 170 kW/150 – 320 Nm, 135 – 190 kW/280 – 400 Nm으로 2년 전 발표 당시보다 출력과 토크가 크게 증강된 것이 특징이다.
X5 에어로 다이나믹스
2004년 처음 도입한 이피션트 다이나믹스는 파워트레인 외에도 많은 분야에서 추구해야 하는 도전이다. 엔진 성능 개량을 통해 연비 성능을 향상시키고 성능을 증대시키는 것도 중요하지만 공기역학성능을 높여 효율성을 증대시키는 것도 무엇보다 중요하다는 것이 오늘날 자동차업계의 공통된 생각이다.
BMW 공기역학성능 증대를 위해 차체 각 모서리 부분에 이르기까지 세밀하게 설계해 공기 저항을 줄이려는 노력을 하고 있다. 그 결과가 이번에 프로토 타입으로 선 보인 X5의 차체다. 박스카라는 한계에도 불구하고 공기저항계수 Cd치 0.31이라는 놀라운 수치를 달성한 것이 포인트다.
더불어 이 모든 에어로 파츠는 기능성과 예술성을 동시해 고려해 설계했다는 점도 과거와는 다른 부분이다.
글 / 채영석 (글로벌오토뉴스국장)
1. X5 플러그 인 하이브리드 프로토 타입
BMW는 이미 두 가지 플러그 인 하이브리드카를 i 브랜드로 개발했다. i3는 EV 베이스의 레인지 익스텐더 버전을 라인업하고 있고 i8 는 플러그인 하이브리드 타입이다. BMW i8은 플러그인 하이브리드 시스템을 채용한 수퍼카를 지향한다. 2013 프랑크푸르트 모터쇼를 통해 공식 데뷔했으며 올 해부터 시판이 시작됐다. 한국시장에는 올 가을 상륙이 예정되어 있다.
소형 전기 모터는 131마력의 힘을 내며 엔진의 힘을 보조하는 역할을 한다. 전기 모터 단독으로도 구동력 공급이 가능하다. 전기차 모드에서 가능한 최고 속도는 120km/h, 주행 거리는 35km까지 가능하다. 리튬 이온 배터리도 i8을 위해 별도로 개발했다. EU 혼합 모드로 i8의 공인 연비는 40.3km/L, CO2 배출량은 59g/km이다.
그래서 유럽은 물론 미국과 중국시장에서 높은 인기를 구가하고 있는 SAV 모델부터 적용을 시작한 것이다. 이는 앞으로 다른 모델에까지 적용의 폭이 넓어질 수 있다는 점을 시사함과 동시에 배터리 전기차보다는 플러그인 하이브리드카가 좀 더 현실적인 대안이라고 생각하고 있다는 것을 말해 준다. 특히 BMW의 DNA인 주행성을 감안하면 하이브리드의 부스트 기능을 활용할 수 있는 쪽을 선택하는 것이 옳다고 생각하고 있다는 얘기이다. 더불어 배터리 전기차의 항속거리의 한계도 극복할 수 있다는 장점도 간과할 수 없다.
시스템의 레이아웃은 i시리즈와 비슷하다. 2차 전지(배터리 팩)는 리튬 이온. 2차 전지는 리튬 이온 배터리로 모터 단독으로는 최대 35km, 최고속도는 120km/h로 주행 가능하다.
시스템 출력은 225kW, 이산화탄소 배출량은 89g/km. EV모드로는 30km까지 주행이 가능하며 120km/h의 속도까지 올릴 수 있다. EV모드 주행거리를 30km로 한 것은 운전자 80%가 하루 주행거리 30km 이하였다는 조사 결과를 근거로 하고 있다.
신형 모듈러 엔진 패밀리
지난 15년 동안 BMW 그룹은 유럽 시장에서 판매된 자사 신차의 이산화탄소 배출량을 약 30% 감소시켰다. 2012년 초 기준으로, BMW와 MINI 모델 레인지에는 이산화탄소를 킬로미터 당 140그램도 배출하지 않는 차들이 무려 73종이나 포함되어 있으며, 그 중 30종의 BMW 모델들은 120g/km 미만의 배출량을 기록하고 있다.이는 연비로 계산하면 4.5리터/100km다.
BMW는 2020년까지 지금보다 더 좋은 연비와 환경 성능 달성 목표를 설정했다. 그를 위해 첫 번째 최적화(Optimisation), 액티브 하이브리드의 적용 확대, 전동화, 수소에너지 사용 등 네 개 부문으로 나누어 기술 개발을 추진하고 있다. 최적화는 기존 내연기관 엔진의 개량을 의미하는 것으로 에어로 다이나믹 성능의 향상, 인텔리전트 경량 디자인 인텔리전트 에너지 관리, 엔진 최적화, BMW 트윈파워 터보 테크놀러지 등이 여기에 해당한다.
BMW는 여전히 내연기관 엔진은 앞으로도 상당기간 동안 주력 엔진이라는 생각을 갖고 있다. 그렇다면 가능한 모든 방법을 동원해 연비성능을 향상시키고 이산화탄소를 비롯한 배기가스를 저감해야 한다.
BMW는 엔진 헤드부문에서 VANOS, 밸브트로닉(가솔린), VTG(디젤) 기술로 업계를 리드해왔다. 여기에 직분사 시스템의 도입과 커먼레일 시스템의 개량, 그리고 그게 걸맞는 터보차저(싱글, 트윈 스크롤, 트윈) 시스템에 이르기까지 파워와 연비성능은 향상시키면서 중량은 저감하는 기술을 동원한다.
여기에 밸브트로닉과 조화를 이루게 된 실린더 온 디맨드 시스템이 추가된다. 실린더 온 디맨드 시스템은 실린더 컷 오프(Cylinder Cut-Off: 기통 휴지)와 개념이 약간 다르다. 예를 들어 8기통 중 네 개의 실린더의 작동을 중지시키는 것이 아니라 모든 실린더의 연료 공급을 동시에 줄여 효율성을 높인다는 것이다. '끄지 않고 낮춘다'는 원리를 채택하면 최소한의 연료 소모와 배기가스 배출, 역동성, 안락함, 파워 전달 등이 더 좋다고 BMW는 주장한다. BMW의 이 독점적인 기술은 다양한 크기와 출력을 가진 엔진에 적용할 수 있다는 것이 장점으로 꼽힌다.
이는 밸브트로닉 기술이 있어서 가능한 것이다. 밸브트로닉은 2001년에 첫 선을 보인 기술로 스로틀 조절 없이 가솔린 엔진의 부하를 제어한다. 최신의 밸브트로닉은 시스템이 보다 정교해지면서 인테이크의 밸브 리프트를 보다 세밀하게 컨트롤이 가능해 졌다. 이로 인해서 엔진 응답성은 더욱 빨라지는 효과가 있고 토크 밴드도 넓어졌다.
하나의 실린더 모듈을 바탕으로 그것을 가솔린과 디젤 엔진에 공유하는 것은 물론이고 3/4/6기통 엔진 모두에 적용한다는 것이다. 가솔린과 디젤 엔진 각각 부품 공유율이 60%에 달하며 가솔린과 디젤엔진간에도 30~40%의 부품을 공유할 수 있게 된다. 그로 인해 제작시간이 저감되며 무엇보다 큰 비용저감을 달성할 수 있다. 4기통과 6기통 엔진이 같은 라인에서 생산이 가능하다. 시장의 상황에 따라 4기통의 수요가 증가하면 6기통 대신 4기통 생산을 늘려 대응할 수 있다는 점도 큰 장점이다.
이 엔진군은 실린더 당 파워 레인지가 디젤은 1.5리터 3기통이 70 – 85 kW/220 – 270, 2.0리터 4기통은 110 – 140 kW/330 – 400 Nm, 가솔린은 각각 55 – 170 kW/150 – 320 Nm, 135 – 190 kW/280 – 400 Nm으로 2년 전 발표 당시보다 출력과 토크가 크게 증강된 것이 특징이다.
X5 에어로 다이나믹스
2004년 처음 도입한 이피션트 다이나믹스는 파워트레인 외에도 많은 분야에서 추구해야 하는 도전이다. 엔진 성능 개량을 통해 연비 성능을 향상시키고 성능을 증대시키는 것도 중요하지만 공기역학성능을 높여 효율성을 증대시키는 것도 무엇보다 중요하다는 것이 오늘날 자동차업계의 공통된 생각이다.
BMW 공기역학성능 증대를 위해 차체 각 모서리 부분에 이르기까지 세밀하게 설계해 공기 저항을 줄이려는 노력을 하고 있다. 그 결과가 이번에 프로토 타입으로 선 보인 X5의 차체다. 박스카라는 한계에도 불구하고 공기저항계수 Cd치 0.31이라는 놀라운 수치를 달성한 것이 포인트다.
더불어 이 모든 에어로 파츠는 기능성과 예술성을 동시해 고려해 설계했다는 점도 과거와는 다른 부분이다.