직분화와 터보차저로 가솔린 엔진 다운사이징 가속화
페이지 정보
글 : 채영석(webmaster@global-autonews.com)|
|
승인 2010-05-20 05:01:32 |
본문
직분화와 터보차저로 가솔린 엔진 다운사이징 가속화
21세기 들어 디젤엔진의 비약적인 발전에 가려 가솔린 엔진의 진화에 대한 이야기가 크게 부각되지 않았다. 그러나 최근 들어 직분사와 터보차저의 결합으로 성능이 획기적으로 증대되자 가솔린 엔진에 대한 관심이 급증하고 있다.
가솔린 엔진은 크게 카뷰레터에서 인젝션으로 바뀌었다고 정리된다. 연료분사장치 자체는 100년 이상의 역사를 갖고 있다. 1898년 독일의 DMF(Deutsch Motoren Fabrik)사가 한정적으로 생산했었고 1912년에는 로버트 보쉬도 인젝션 펌프의 연구를 시작했다. 1937년에는 항공기용 엔진의 연료분사장치의 생산을 시작했었다. 하지만 그 기술이 자동차에 적용되기까지는 적지 않은 시간이 걸렸다.
1951년 독일의 군소자동차회사의 소형차 슈페리어600에 사용된 것이 보쉬 최초의 연료분사로 포트 분사가 아닌 통내 직접분사식이었다. 그 수년 후인 1954년 같은 직분 시스템인 고압 버전을 탑재한 것이 저 유명한 메르세데스 벤츠의 걸윙 도어 모델 300SL이었다. 하지만 성능 향상에 유효했던 직분은 비용과 기술적인 문제로 보급이 확대되지 않았다. 역사적으로는 이것을 가솔린 직분 엔진이 최초로 도입된 것으로 기록되고 있다.
이후로 직분 시스템은 토요타와 미쓰비시 등 일본 메이커들도 연구를 했지만 보급이 확대되지는 않았다. 현대적인 직분 시스템을 본격적으로 채용하기 시작한 것은 폭스바겐아우디 그룹이다. FSI라고 명명한 시스템으로 터보차저와의 상성이 입증되면서 지금은 그 채용폭이 크게 확대되고 있다.
Volkswagen TSI
배기량 1.4리터 직분 엔진에 수퍼차저와 터보차저 2기의 과급기를 조합한 트윈차저 컨셉을 채용해 등장한 TSI의 충격은 대단한 것이었다. 데뷔한지 3년이 채 되지 않았지만 채용폭이 급속도로 확대되고 있다. 여기에 1.4리터 싱글차저 TSI, 그리고 1.2리터 TSI도 투입되었다. 이는 2밸브 SOHC헤드의 채용 등 철저하게 컨셉을 살린 것이 특징이다. 현시점에서 TSI의 궁극이라고 할 수 있는 엔진이다. 다운사이징 컨셉의 고성능 엔진 TSI, 그리고 그것과 조합되는 DSG는 폭스바겐에 의해 최대 컨텐츠가 되어 있다.
Audi TFSI
터보차저에 의한 다운사이징이라고 하는 수법은 아우디의 1.8리터 5밸브 터보에 의해 널리 알려져있다. 그 진화판인 직분 터보 엔진 TFSI는 오늘날 아우디의 주력 엔진이 되어 있다. 그리고 이 TFSI의 세계를 더욱 확대한 것이 A6의 세단과 아반트에 탑재되어 데뷔한 3.0TFSI 엔진. 이것은 V6 3.0리터 직분 유닛에 수퍼차저를 조합한 것이다. 고효율성만이 아닌 컴팩트성이라고 하는 장점도 있다.아우디의 이 엔진들은 최근 포르쉐의 모델들에도 탑재되고 있다.
Mercedes Benz CGI
메르세데스 벤츠는 CGI 라는 명칭으로 2002년부터 직분시스템을 채용했다. 현재는 V형 6기통 자연흡기 버전은 지금은 스프레이 가이디드식 분사시스템을 사용한 제 2세대 진화해있다.
2002년 수퍼차저를 채용한 직분 엔진 CGI가 처음 등장했다. 최근에는 C250등에 과거 V6 2.5리터 엔진의 성능과 똑 같은 직렬 4기통 1.8리터 엔진을 탑재하고 있다. 연비 또한 획기적으로 향상되어 메르세데스 벤츠가 제창하는 블루 이피션시를 상징하는 엔진이 되어 있다. 유럽시장에는 이미 V형 6기통 3.5리터 엔진도 CGI화되어 있다. 올 가을에는 V형 8기통도 CGI화되어 등장할 것으로 알려졌다.
BMW
일찍이 밸브트로닉 기술을 적극적으로 채용해 온 BMW이지만 직분 엔진은 한 세대 전인 2003년에 내놓았다. 하지만 본격적인 전개는 2006년 335i에 탑재해 등장한 3리터 직분 트윈터보부터라고 하는 것이 옳을 듯하다. BMW는 2003년에 등장한 선대 760Li에 탑재된 V형 12기통 엔진에 가솔린 직분 시스템을 채용했다. 그리고 지금은 스프레이가이디드식 시스템을 채용한 직렬 6기통이 크게 각광을 받고 있다. 그 후 전개 속도는 빨라 이미 V형 8기통은 직분 트윈 터보화되었다. 또 3리터 직분 트윈터보는 이미 차세대 밸브트로닉 채용 트윈파워터보(트윈스크롤, 싱글 터보)로 진화하고 있다. 앞으로는 보다 작은 엔진에도 같은 컨셉이 채용될 것으로 알려졌다.
그 외에도 포르쉐의 DFI, 페라리도 캘리포니아/458이탈리아에 직분 시스템을 채용하고 있다. 재규어의 3세대 AJ V8도 마찬가지이다. 현대자동차가 최근 발표한 2.4리터 엔진도 컨티넨탈과 협력해 직분 시스템을 채용했으며 거기에 터보차저를 얹기 위한 개발작업을 진행 중에 있다.
직분 시스템의 채용이 상식이 된 이유는 효율성과 성능 향상, 그리고 시대적인 과제인 다운사이징에도 크게 기여를 하고 있기 때문이다. 통내 냉각효과로 연소실의 온도를 내리는데도 기여하는 직분화에 의해 과거 연비가 나쁘고 열이 많이 발생하며 타임래그 발생으로 채용을 꺼려왔던 터보차저와 수퍼차저 등의 시스틈까지 그 채용폭이 급속도로 확대되고 있다.
독일 메이커들이 이 직분시스템과 터보차저의 조합으로 발전을 주도하고 있다. 폭스바겐과 아우디가 개발한 1.8리터 5밸브 터보라든지 메르세데스 벤츠의 컴프레서(수퍼차저) 엔진 등은 저회전역에서부터 래그가 없는 과급효과에 의한 대 토크로 대 배기량 NA로 치환되는 역할을 수행하고 있다. 가솔린 직분과 과급기라고 하는 조합의 컨셉은 그 연장선상에 있다.
직분과 과급기는 상성이 극히 좋다. 직분화에 의해 연소실의 온도가 내려가면 과급압을 높이는 것이 가능하고 압축비를 높여 터보래그를 줄이는 것도 가능해진다. 그 분야에서 앞선 것이 폭스바겐의 TSI와 아우디의 TFSI였다. 특히 4세대 골프를 통해 선 보인 트윈차저 유닛의 임팩트는 커 환경에 대한 인식과 에너지 문제가 첨예해지면서 크게 히트했다. 오늘날 폭스바겐과 아우디 브랜드의 엔진들은 대부분 직분 시스템을 채용하고 있다. 배기량도 1.2리터 SOHC부터 V6 3.0리터 수퍼차저 채용 엔진까지 폭 넓게 확대되어 있다.
수퍼카에 탑재되는 엔진들도 직분 시스템과 터보차저의 조합으로 다운사이징과 성능 향상을 이루어 내고 있다. 메르세데스 벤츠의 AMG사 발표한 S63AMG에 탑재되는 V8 5.5리터 직분 트윈터보도 좋은 예다. 최고출력이 현행 S63AMG의 525ps보다 크게 증강된 571ps에 달하는 한편 연비는 25%나 개선됐다.
BMW가 2006년에 선 보인 직렬 6기통 3리터 직분 트윈터보 엔진도 그 성능은 V8 엔진을 능가한다. 아우디는 4.2리터 V8엔진 대신 3.0리터 V형 6기통 엔진으로 동등한 성능을 이끌어 내고 있다. ‘
이런 추세라면 4기통 엔진의 직분 터보차저와는 물론이고 기통수를 줄여 3기통 엔진들이 다시 등장할 날도 머지 않았다. 3기통 엔진은 메르세데스 벤츠에서 가장 먼저 선 보일 것이라는 이야기가 들리고 있다.
보쉬는 직분 시스템과 터보차저의 채용 비율이 빠른 속도로 증가하면서 이산화탄소 배출량 저감과 연비 향상이라는 과제 달성에 더 빨리 대응할 수 있게 됐다고 설명한다.
21세기 들어 디젤엔진의 비약적인 발전에 가려 가솔린 엔진의 진화에 대한 이야기가 크게 부각되지 않았다. 그러나 최근 들어 직분사와 터보차저의 결합으로 성능이 획기적으로 증대되자 가솔린 엔진에 대한 관심이 급증하고 있다.
가솔린 엔진은 크게 카뷰레터에서 인젝션으로 바뀌었다고 정리된다. 연료분사장치 자체는 100년 이상의 역사를 갖고 있다. 1898년 독일의 DMF(Deutsch Motoren Fabrik)사가 한정적으로 생산했었고 1912년에는 로버트 보쉬도 인젝션 펌프의 연구를 시작했다. 1937년에는 항공기용 엔진의 연료분사장치의 생산을 시작했었다. 하지만 그 기술이 자동차에 적용되기까지는 적지 않은 시간이 걸렸다.
1951년 독일의 군소자동차회사의 소형차 슈페리어600에 사용된 것이 보쉬 최초의 연료분사로 포트 분사가 아닌 통내 직접분사식이었다. 그 수년 후인 1954년 같은 직분 시스템인 고압 버전을 탑재한 것이 저 유명한 메르세데스 벤츠의 걸윙 도어 모델 300SL이었다. 하지만 성능 향상에 유효했던 직분은 비용과 기술적인 문제로 보급이 확대되지 않았다. 역사적으로는 이것을 가솔린 직분 엔진이 최초로 도입된 것으로 기록되고 있다.
이후로 직분 시스템은 토요타와 미쓰비시 등 일본 메이커들도 연구를 했지만 보급이 확대되지는 않았다. 현대적인 직분 시스템을 본격적으로 채용하기 시작한 것은 폭스바겐아우디 그룹이다. FSI라고 명명한 시스템으로 터보차저와의 상성이 입증되면서 지금은 그 채용폭이 크게 확대되고 있다.
Volkswagen TSI
배기량 1.4리터 직분 엔진에 수퍼차저와 터보차저 2기의 과급기를 조합한 트윈차저 컨셉을 채용해 등장한 TSI의 충격은 대단한 것이었다. 데뷔한지 3년이 채 되지 않았지만 채용폭이 급속도로 확대되고 있다. 여기에 1.4리터 싱글차저 TSI, 그리고 1.2리터 TSI도 투입되었다. 이는 2밸브 SOHC헤드의 채용 등 철저하게 컨셉을 살린 것이 특징이다. 현시점에서 TSI의 궁극이라고 할 수 있는 엔진이다. 다운사이징 컨셉의 고성능 엔진 TSI, 그리고 그것과 조합되는 DSG는 폭스바겐에 의해 최대 컨텐츠가 되어 있다.
Audi TFSI
터보차저에 의한 다운사이징이라고 하는 수법은 아우디의 1.8리터 5밸브 터보에 의해 널리 알려져있다. 그 진화판인 직분 터보 엔진 TFSI는 오늘날 아우디의 주력 엔진이 되어 있다. 그리고 이 TFSI의 세계를 더욱 확대한 것이 A6의 세단과 아반트에 탑재되어 데뷔한 3.0TFSI 엔진. 이것은 V6 3.0리터 직분 유닛에 수퍼차저를 조합한 것이다. 고효율성만이 아닌 컴팩트성이라고 하는 장점도 있다.아우디의 이 엔진들은 최근 포르쉐의 모델들에도 탑재되고 있다.
Mercedes Benz CGI
메르세데스 벤츠는 CGI 라는 명칭으로 2002년부터 직분시스템을 채용했다. 현재는 V형 6기통 자연흡기 버전은 지금은 스프레이 가이디드식 분사시스템을 사용한 제 2세대 진화해있다.
2002년 수퍼차저를 채용한 직분 엔진 CGI가 처음 등장했다. 최근에는 C250등에 과거 V6 2.5리터 엔진의 성능과 똑 같은 직렬 4기통 1.8리터 엔진을 탑재하고 있다. 연비 또한 획기적으로 향상되어 메르세데스 벤츠가 제창하는 블루 이피션시를 상징하는 엔진이 되어 있다. 유럽시장에는 이미 V형 6기통 3.5리터 엔진도 CGI화되어 있다. 올 가을에는 V형 8기통도 CGI화되어 등장할 것으로 알려졌다.
BMW
일찍이 밸브트로닉 기술을 적극적으로 채용해 온 BMW이지만 직분 엔진은 한 세대 전인 2003년에 내놓았다. 하지만 본격적인 전개는 2006년 335i에 탑재해 등장한 3리터 직분 트윈터보부터라고 하는 것이 옳을 듯하다. BMW는 2003년에 등장한 선대 760Li에 탑재된 V형 12기통 엔진에 가솔린 직분 시스템을 채용했다. 그리고 지금은 스프레이가이디드식 시스템을 채용한 직렬 6기통이 크게 각광을 받고 있다. 그 후 전개 속도는 빨라 이미 V형 8기통은 직분 트윈 터보화되었다. 또 3리터 직분 트윈터보는 이미 차세대 밸브트로닉 채용 트윈파워터보(트윈스크롤, 싱글 터보)로 진화하고 있다. 앞으로는 보다 작은 엔진에도 같은 컨셉이 채용될 것으로 알려졌다.
그 외에도 포르쉐의 DFI, 페라리도 캘리포니아/458이탈리아에 직분 시스템을 채용하고 있다. 재규어의 3세대 AJ V8도 마찬가지이다. 현대자동차가 최근 발표한 2.4리터 엔진도 컨티넨탈과 협력해 직분 시스템을 채용했으며 거기에 터보차저를 얹기 위한 개발작업을 진행 중에 있다.
직분 시스템의 채용이 상식이 된 이유는 효율성과 성능 향상, 그리고 시대적인 과제인 다운사이징에도 크게 기여를 하고 있기 때문이다. 통내 냉각효과로 연소실의 온도를 내리는데도 기여하는 직분화에 의해 과거 연비가 나쁘고 열이 많이 발생하며 타임래그 발생으로 채용을 꺼려왔던 터보차저와 수퍼차저 등의 시스틈까지 그 채용폭이 급속도로 확대되고 있다.
독일 메이커들이 이 직분시스템과 터보차저의 조합으로 발전을 주도하고 있다. 폭스바겐과 아우디가 개발한 1.8리터 5밸브 터보라든지 메르세데스 벤츠의 컴프레서(수퍼차저) 엔진 등은 저회전역에서부터 래그가 없는 과급효과에 의한 대 토크로 대 배기량 NA로 치환되는 역할을 수행하고 있다. 가솔린 직분과 과급기라고 하는 조합의 컨셉은 그 연장선상에 있다.
직분과 과급기는 상성이 극히 좋다. 직분화에 의해 연소실의 온도가 내려가면 과급압을 높이는 것이 가능하고 압축비를 높여 터보래그를 줄이는 것도 가능해진다. 그 분야에서 앞선 것이 폭스바겐의 TSI와 아우디의 TFSI였다. 특히 4세대 골프를 통해 선 보인 트윈차저 유닛의 임팩트는 커 환경에 대한 인식과 에너지 문제가 첨예해지면서 크게 히트했다. 오늘날 폭스바겐과 아우디 브랜드의 엔진들은 대부분 직분 시스템을 채용하고 있다. 배기량도 1.2리터 SOHC부터 V6 3.0리터 수퍼차저 채용 엔진까지 폭 넓게 확대되어 있다.
하지만 앞서 언급했듯이 직분과 과급 엔진을 먼저 시판한 것은 메르세데스 벤츠였다. 2002년 CLK200CGI로 1.8리터 직분 수퍼차저를 선보였던 것이다. 하지만 메르세데스가 CGI를 주력으로 취급하기 시작한 것은 그로부터 약간 시간이 지난 후부터였다. 그리고 지급은 직분 터보차저 시스템의 신세대 CGI 엔진이 차례로 투입되고 있다.
수퍼카에 탑재되는 엔진들도 직분 시스템과 터보차저의 조합으로 다운사이징과 성능 향상을 이루어 내고 있다. 메르세데스 벤츠의 AMG사 발표한 S63AMG에 탑재되는 V8 5.5리터 직분 트윈터보도 좋은 예다. 최고출력이 현행 S63AMG의 525ps보다 크게 증강된 571ps에 달하는 한편 연비는 25%나 개선됐다.
BMW가 2006년에 선 보인 직렬 6기통 3리터 직분 트윈터보 엔진도 그 성능은 V8 엔진을 능가한다. 아우디는 4.2리터 V8엔진 대신 3.0리터 V형 6기통 엔진으로 동등한 성능을 이끌어 내고 있다. ‘
이런 추세라면 4기통 엔진의 직분 터보차저와는 물론이고 기통수를 줄여 3기통 엔진들이 다시 등장할 날도 머지 않았다. 3기통 엔진은 메르세데스 벤츠에서 가장 먼저 선 보일 것이라는 이야기가 들리고 있다.
보쉬는 직분 시스템과 터보차저의 채용 비율이 빠른 속도로 증가하면서 이산화탄소 배출량 저감과 연비 향상이라는 과제 달성에 더 빨리 대응할 수 있게 됐다고 설명한다.
