마쓰다 SKY 엔진, HCCI와 함께 내연기관 살린다.
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글 : 채영석(webmaster@global-autonews.com)|
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승인 2010-10-11 06:30:59 |
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마쓰다 SKY 엔진, HCCI와 함께 내연기관 살린다.
하이브리드와 전기차, 연료전지차 등 전동화에 대한 기대가 생각보다 높지 않은 상황에서 내연기관 엔진의 혁신을 위한 연구개발이 진행되고 있다. 우선 기대되는 것은 메르세데스 벤츠와 폭스바겐, GM 등이 개발하고 있는 HCCI(Homogeneous Charge Compression Ignition) 엔진이 실용화를 앞두고 막바지 실험이 진행 중에 있다. 거기에 마쓰다가 새로운 컨셉의 내연기관 기술을 발표해 주목을 끌고 있다. 일본이 아닌 독일 베를린에서 개최한 마쓰다 글로벌 테크놀러지 포럼을 통해 공개된 SKY 컨셉에 대해 알아 본다.
글/채영석(글로벌오토뉴스 국장)
2010년 8월 말 마쓰다자동차가 독일 베를린에서 신세대 기술 워크샵을 개최했다. 이 이벤트를 통해 마쓰다는 SKY-G 가솔린, SKY-D 디젤, SKY-Drive 6단 AT, 그리고 6단 수동변속기 기술을 공개했다. 뿐만 아니라 새로운 서스펜션을 채용한 플랫폼까지 소개했다. 그 기술을 마쓰다6(아텐자)에 채용해 공개하기도 했다. 이처럼 엔진부터, 기어박스, 서스펜션, 플랫폼 등을 동시에 공개한 것은 그 예를 찾아 보기 힘들다.
마쓰다는 독자적인 하이브리드 기술이 없기 때문에 내연기관의 가능성을 추구하고 차체까지 포함한 전체적인 개발에 승부를 걸었다고 설명하고 있다. 이 프로젝트가 시작된 것은 2005년. 엔진과 트랜스미션, 섀시, 차체 모두를 쇄신해 미래를 향한 ZOOM-ZOOM을 실현하기로 한 것이다. 이들 신기술은 2011년에 출시될 모델 신형 모델부터 투입할 예정이라고 한다.
이들 신기술을 개발하기 위해 우선 내연기관의 이상을 향한 비전을 설정했다고 한다. 그것은 배기손실, 냉각손실, 펌프 손실, 기계 손실 을 철저하게 저감함으로써 이에 따라 엔진 성능을 향상시키면서 연비의 대폭적인 개선을 목표로 하고 있다.
그리고 가솔린 엔진은 고가의 부가 장비를 사용하지 않고 자연흡기로 디젤엔진 수준의 효율, 실용역 토크의 최대화를, 디젤 엔진은 고가의 NOx후처리 장비없이 유로6와 일본의 포스트 신장기규제, 미국의 Tier2 Bin5를 클리어하는 것을 목표로 했다고 한다.
SKY-G 가솔린 엔진은 종래의 상식을 깨는 14.0 :1이라고 하는 고압축화를 실현하는 것이 포인트. 압축비를 올리면 연소효율이 올라가지만 노킹이 발생하고 토크가 떨어지기 때문에 지금까지는 가솔린 엔진에 이 정도의 고압축비는 불가능하다고 여겨져왔다. 하지만 마쓰다는 이 문제를 4-2-1 장배기포트, 내 노크성 향상 피스톤, 성층혼합기의 생성, 지연연소등에 의해 해결했다. 또한 가변밸브 기구 VVL를 사용해 펌핑로스를 저감함으로써 연비의 향상을 실현했다.
마쓰다가 개발한 2리터 SKY-G 가솔린 엔진의 성능은 160ps/220Nm의 성능을 발휘한다고 한다. 연비 목표는 18.2/리터, 이산화탄소 배출량은 130g/km. SKY-D 디젤 엔진은 2.2리터 4기통 커먼레일 방식. 실제로 차량에 탑재해 시승회까지 실시한 것으로 알려졌는데 현장에서의 평가는 예상 이상으로 높았다고 한다.
21세기 들이 직분사방식과 터보차저의 채용으로 내연기관 엔진의 효율이 크게 향상되어왔다. 그럼에도 불구하고 내연기관의 에너지 효율은 결코 높다고 할 수 없다. 아직까지 내연기관의 효율성은 20~30% 정도에 불과하다. 다만 석유가가 낮았을 때 자동차 동력원의 주력으로 자리잡았을 뿐이다. 지금은 석유가가 천정부지로 솟아 오르고 있어 더 이상 석유에 의존해서는 안된다는 논리가 자리 잡은 지 많은 시간이 지났다. 뿐만 아니라 석유를 태우면서 생기는 부산물로 인한 지구환경오염 문제가 첨예하게 대두하면서 대안을 찾아야 한다는 결론까지 도달한 것이 현실이다.
그런 문제가 불거진 것은 사실 어제오늘의 일이 아니다. 1970년대 두 차례의 석유파동을 계기로 연비성능이 좋은 차를 개발하고자 하는 바람이 일었었다. 하지만 얼마 가지 않아 까맣게 잊고 1980년대부터는 금새 파워를 높이는 일에만 열중했었다.
그러던 것이 1992년 캘리포니아주가 발표한 클린 에어액트(Clean Air Act)를 계기로 지구환경문제가 심각하게 대두되면서 세계적인 기후변동조약이 설정되어 교토의정서가 발표되기에 이르렀다. 여기에 1990년대 후반 들어서부터는 이산화탄소 문제가 부각되면서 자동차의 연비는 사회문제가 되었다.
그 문제 해결을 위해 당시 토요타는 하이브리드카를 내놓았고 미국 메이커들은 전기차 개발에 뛰어 들었으며 유럽 메이커들은 디젤 엔진의 기술 개발에 더 많은 힘을 쏟으며 각자의 길을 가기 시작했다. 프리우스의 출시로 토요타는 하이브리드에 올인하기 시작했고 유럽 메이커들은 매연과 질소산화물의 상관관계를 해결하는 방법인 SCR을 개발해 디젤엔진을 ‘클린’하게 하는데 성공했다.
그에 비해 미국 메이커들이 앞장섰던 전기차는 유야무야되었었다. 그러던 것이 최근 들어 디트로이트 빅3가 그들의 입지회복을 위해 전기차를 전면에 내 세웠다. 하지만 현 시점에서는 충전식 전기차가 필수적인 파워트레인이기는 하지만 주력이 될 것인지에 대해서는 회의적인 시각이 지배적이다.
결국은 내연기관의 효율 향상이 벽에 부딛히면서 자동차회사들은 새로운 기술을 찾는데 혈안이 되고 있으며 그중 하나가 HCCI이고 이번에 발표된 마쓰다의 SKY시리즈 파워트레인이다.
마쓰다의 내연기관에 대한 사고는 간단하다. 열 효율을 높이고 배기가스의 클린화하는 것이다. 다시 말해 배기손실과 냉각손실, 펌핑 손실, 기계손실 등 엔진의 효율을 막는 것들을 최소화하는 것이다. 이는 가솔린과 디젤엔진에 공통되는 내용. 가솔린 엔진의 과제인 펌핑손실 저감과 고압축을 실현하고 성층연소에 의해 디젤처럼 플러그 없이 자기착화하는 것이 가능하다면 극히 효율이 좋은 연소를 실현할 수 있을 것이다.
한편 디젤엔진에는 고압축을 위해 연료가 충분히 혼합되기 전에 착화되어버린다고 하는 과제가 있다. 이 때 저압축화가 가능하다면 효율적인 연소가 가능하게 된다. 마쓰다가 이번에 공개한 SKY-G가솔린과 SKY-D 디젤 모두 압축비는 14.0 :1.
가솔린 엔진은 배기가스를 클린화하는 것이 쉽지만 열효율에서는 디젤엔진 쪽이 좋다. 이 두 가지를 여하히 매치를 시키느냐가 마쓰다 SKY 엔진의 포인트. 핵심은 이 기술이 새로운 고가의 장비를 사용하지 않고 복잡한 메커니즘을 추가하지 않는다는데 있다. 실제로 시판 모델이 등장했을 때 기 효율과 성능을 확인할 수 있겠지만 성공한다면 HCCI엔진과 함께 내연기관의 혁명적인 기술로서 자리잡을 수 있을 것으로 기대된다.
하이브리드와 전기차, 연료전지차 등 전동화에 대한 기대가 생각보다 높지 않은 상황에서 내연기관 엔진의 혁신을 위한 연구개발이 진행되고 있다. 우선 기대되는 것은 메르세데스 벤츠와 폭스바겐, GM 등이 개발하고 있는 HCCI(Homogeneous Charge Compression Ignition) 엔진이 실용화를 앞두고 막바지 실험이 진행 중에 있다. 거기에 마쓰다가 새로운 컨셉의 내연기관 기술을 발표해 주목을 끌고 있다. 일본이 아닌 독일 베를린에서 개최한 마쓰다 글로벌 테크놀러지 포럼을 통해 공개된 SKY 컨셉에 대해 알아 본다.
글/채영석(글로벌오토뉴스 국장)
2010년 8월 말 마쓰다자동차가 독일 베를린에서 신세대 기술 워크샵을 개최했다. 이 이벤트를 통해 마쓰다는 SKY-G 가솔린, SKY-D 디젤, SKY-Drive 6단 AT, 그리고 6단 수동변속기 기술을 공개했다. 뿐만 아니라 새로운 서스펜션을 채용한 플랫폼까지 소개했다. 그 기술을 마쓰다6(아텐자)에 채용해 공개하기도 했다. 이처럼 엔진부터, 기어박스, 서스펜션, 플랫폼 등을 동시에 공개한 것은 그 예를 찾아 보기 힘들다.
마쓰다는 독자적인 하이브리드 기술이 없기 때문에 내연기관의 가능성을 추구하고 차체까지 포함한 전체적인 개발에 승부를 걸었다고 설명하고 있다. 이 프로젝트가 시작된 것은 2005년. 엔진과 트랜스미션, 섀시, 차체 모두를 쇄신해 미래를 향한 ZOOM-ZOOM을 실현하기로 한 것이다. 이들 신기술은 2011년에 출시될 모델 신형 모델부터 투입할 예정이라고 한다.
이들 신기술을 개발하기 위해 우선 내연기관의 이상을 향한 비전을 설정했다고 한다. 그것은 배기손실, 냉각손실, 펌프 손실, 기계 손실 을 철저하게 저감함으로써 이에 따라 엔진 성능을 향상시키면서 연비의 대폭적인 개선을 목표로 하고 있다.
그리고 가솔린 엔진은 고가의 부가 장비를 사용하지 않고 자연흡기로 디젤엔진 수준의 효율, 실용역 토크의 최대화를, 디젤 엔진은 고가의 NOx후처리 장비없이 유로6와 일본의 포스트 신장기규제, 미국의 Tier2 Bin5를 클리어하는 것을 목표로 했다고 한다.
SKY-G 가솔린 엔진은 종래의 상식을 깨는 14.0 :1이라고 하는 고압축화를 실현하는 것이 포인트. 압축비를 올리면 연소효율이 올라가지만 노킹이 발생하고 토크가 떨어지기 때문에 지금까지는 가솔린 엔진에 이 정도의 고압축비는 불가능하다고 여겨져왔다. 하지만 마쓰다는 이 문제를 4-2-1 장배기포트, 내 노크성 향상 피스톤, 성층혼합기의 생성, 지연연소등에 의해 해결했다. 또한 가변밸브 기구 VVL를 사용해 펌핑로스를 저감함으로써 연비의 향상을 실현했다.
마쓰다가 개발한 2리터 SKY-G 가솔린 엔진의 성능은 160ps/220Nm의 성능을 발휘한다고 한다. 연비 목표는 18.2/리터, 이산화탄소 배출량은 130g/km. SKY-D 디젤 엔진은 2.2리터 4기통 커먼레일 방식. 실제로 차량에 탑재해 시승회까지 실시한 것으로 알려졌는데 현장에서의 평가는 예상 이상으로 높았다고 한다.
21세기 들이 직분사방식과 터보차저의 채용으로 내연기관 엔진의 효율이 크게 향상되어왔다. 그럼에도 불구하고 내연기관의 에너지 효율은 결코 높다고 할 수 없다. 아직까지 내연기관의 효율성은 20~30% 정도에 불과하다. 다만 석유가가 낮았을 때 자동차 동력원의 주력으로 자리잡았을 뿐이다. 지금은 석유가가 천정부지로 솟아 오르고 있어 더 이상 석유에 의존해서는 안된다는 논리가 자리 잡은 지 많은 시간이 지났다. 뿐만 아니라 석유를 태우면서 생기는 부산물로 인한 지구환경오염 문제가 첨예하게 대두하면서 대안을 찾아야 한다는 결론까지 도달한 것이 현실이다.
그런 문제가 불거진 것은 사실 어제오늘의 일이 아니다. 1970년대 두 차례의 석유파동을 계기로 연비성능이 좋은 차를 개발하고자 하는 바람이 일었었다. 하지만 얼마 가지 않아 까맣게 잊고 1980년대부터는 금새 파워를 높이는 일에만 열중했었다.
그러던 것이 1992년 캘리포니아주가 발표한 클린 에어액트(Clean Air Act)를 계기로 지구환경문제가 심각하게 대두되면서 세계적인 기후변동조약이 설정되어 교토의정서가 발표되기에 이르렀다. 여기에 1990년대 후반 들어서부터는 이산화탄소 문제가 부각되면서 자동차의 연비는 사회문제가 되었다.
그 문제 해결을 위해 당시 토요타는 하이브리드카를 내놓았고 미국 메이커들은 전기차 개발에 뛰어 들었으며 유럽 메이커들은 디젤 엔진의 기술 개발에 더 많은 힘을 쏟으며 각자의 길을 가기 시작했다. 프리우스의 출시로 토요타는 하이브리드에 올인하기 시작했고 유럽 메이커들은 매연과 질소산화물의 상관관계를 해결하는 방법인 SCR을 개발해 디젤엔진을 ‘클린’하게 하는데 성공했다.
그에 비해 미국 메이커들이 앞장섰던 전기차는 유야무야되었었다. 그러던 것이 최근 들어 디트로이트 빅3가 그들의 입지회복을 위해 전기차를 전면에 내 세웠다. 하지만 현 시점에서는 충전식 전기차가 필수적인 파워트레인이기는 하지만 주력이 될 것인지에 대해서는 회의적인 시각이 지배적이다.
결국은 내연기관의 효율 향상이 벽에 부딛히면서 자동차회사들은 새로운 기술을 찾는데 혈안이 되고 있으며 그중 하나가 HCCI이고 이번에 발표된 마쓰다의 SKY시리즈 파워트레인이다.
마쓰다의 내연기관에 대한 사고는 간단하다. 열 효율을 높이고 배기가스의 클린화하는 것이다. 다시 말해 배기손실과 냉각손실, 펌핑 손실, 기계손실 등 엔진의 효율을 막는 것들을 최소화하는 것이다. 이는 가솔린과 디젤엔진에 공통되는 내용. 가솔린 엔진의 과제인 펌핑손실 저감과 고압축을 실현하고 성층연소에 의해 디젤처럼 플러그 없이 자기착화하는 것이 가능하다면 극히 효율이 좋은 연소를 실현할 수 있을 것이다.
한편 디젤엔진에는 고압축을 위해 연료가 충분히 혼합되기 전에 착화되어버린다고 하는 과제가 있다. 이 때 저압축화가 가능하다면 효율적인 연소가 가능하게 된다. 마쓰다가 이번에 공개한 SKY-G가솔린과 SKY-D 디젤 모두 압축비는 14.0 :1.
가솔린 엔진은 배기가스를 클린화하는 것이 쉽지만 열효율에서는 디젤엔진 쪽이 좋다. 이 두 가지를 여하히 매치를 시키느냐가 마쓰다 SKY 엔진의 포인트. 핵심은 이 기술이 새로운 고가의 장비를 사용하지 않고 복잡한 메커니즘을 추가하지 않는다는데 있다. 실제로 시판 모델이 등장했을 때 기 효율과 성능을 확인할 수 있겠지만 성공한다면 HCCI엔진과 함께 내연기관의 혁명적인 기술로서 자리잡을 수 있을 것으로 기대된다.
