12 BMW 이노베이션데이- 1. BMW 최초의 3기통 엔진의 위력

BMW가 2012년 9월 20일 독일 뮌헨 북부 마이자흐(Maysach)에 새로 설립한 BMW드라이빙 아카데미(Driving Academy)에서 전 세계 자동차 전문기자들을 대상으로 그들이 개발 중인 기술을 소개하는 행사를 가졌다. 올 해에는 2011년 4월의 이노베이션데이를 통해 발표했던 실린더 모듈을 베이스로 한 새로운 엔진 패밀리와 예측 주행제어 시스템 등의 개발 진행 상황에 대해 소개했다. 그 첫 번째로 BMW의 새로운 엔진 군 중 1.5리터 직렬 3기통 가솔린 엔진의 특징과 짧은 시승 느낌을 소개한다.

글 / 채영석 (글로벌오토뉴스국장)

지난 2007년 "Efficient Dynamics"란 새로운 브랜드 슬로건을 내 세운 BMW는 더 적은 연료를 사용하면서도 도 큰 달리는 즐거움(More Range, More Driving Pleasure)을 주는 파워트레인을 개발하는데 초점을 맞추고 다양한 신기술들을 개발 소개해 오고 있다. 효율성을 추구하면서도 BMW의 DNA인 역동성에 대해서도 타협하지 않는 자세를 견지해 오고 있는 것이다.

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(OPtimasation), 액티브 하이브리드의 적용 확대, 전동화, 수소에너지 사용 등 네 개 부문으로 나누어 기술 개발을 추진한다. 최적화는 기존 내연기관 엔진의 개량을 의미하는 것으로 에어로 다이나믹 성능의 향상, 인텔리전트 경량 디자인 인텔리전티 에너지 관리, 엔진 최적화, BMW 트윈파워 터보 테크놀러지 등이 여기에 해당한다.

BMW도 여전히 내연기관 엔진은 앞으로도 상당기간 동안 주력 엔진이라는 생각을 갖고 있다. 그렇다면 가능한 모든 방법을 동원해 연비성능을 향상시키고 이산화탄소를 비롯한 배기가스를 저감해야 한다.

그 핵심에 있는 것이 2011년 4월 개발을 발표한 실린더 모듈을 베이스로 한 새로운 BMW 이피션트 다이나믹스 엔진 패밀리가 있다. 이번에는 그 개발 진행상황을 이노베이션데이를 통해 공개하고 실제 1.5리터 3기통 엔진을 탑재한 모델을 선보였다. 이 엔진은 2014년에 i8PHEV에 탑재를 목표로 개발이 진행 중에 있는 것이다.

BMW의 이피션트 다이나믹스 엔진 패밀리의 기본 컨셉은 하나의 최적화된 실린더를 베이스로 가솔린과 디젤 엔진은 물론이고 3기통, 4기통, 6기통까지 확장한다는 것이다. 시작은 6기통 엔진이다. 2006년 처음으로 발표된 현행 6기통 엔진의 기술을 극대화시켜 하나의 실린더로 축약해 4기통 엔진에 적용하고 그것을 다시 3기통 엔진에도 확대한다는 것이다.

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.

이를 BMW 그룹의 이피션트 다이내믹스 엔진군이라고 하며, BMW 트윈파워 터보 기술이라고 약칭하고 있다. 모든 가솔린 및 디젤 엔진의 공통된 특징 중 하나이며, 앞으로 3실린더 엔진에도 사용되도록 고안되었다. 구체적으로는 가솔린 엔진은 밸브트로닉과 HPI(High Prcision Direct Injection)에 터보차저가 결합된다. 터보차저는 싱글, 트윈스크롤, 트윈 터보 등 세가지가 각각 조합된다. 디젤 엔진은 가변 터보차저 지오메트리와 커먼레일 직분사 시스템에 터보차저가 결합된다. 가솔린과 달리 디젤의 터보차저는 싱글, 트윈, 트라이 터보자처가 조합된다.

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.

이런 기술이 동원된 BMW 이피션트다이나믹스 엔진 패밀리는 하나의 실린더로 집약하는 모듈러 엔진 시스템 개념의 도입이 포인트다. BMW 그룹은 모듈러 엔진 개념의 사용을 통해 다양한 사이즈의 엔진뿐만 아니라 가솔린과 디젤엔진 모두에서 사용될 수 있는 부품의 지속적인 개발을 이뤄낼 뿐 아니라 이를 통해 BMW 엔진 포트폴리오 안에서 부품간의 통일성, 시너지 정도를 극대화하려 하고 있다.

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.

모듈러 엔진의 경우, 실린더 당 약 500cc를 적정 배기량으로 하고 있는데 그것을 모든 엔진에 공통되게 적용할 수 있다. 그러니까 3기통, 4기통, 6기통 엔진이 각기 상황에 따라 다른 배기량을 갖고 있는 것이 아니라 모듈러 시스템에 의한 하나의 실린더 배기량에 정해지면 기통수에 따라 총 배기량은 정비례해 달라진다는 것이다.

이 엔진군은 실린더 당 파워 레인지가 가솔린의 경우 60~90Nm, 30~50kW, 디젤은 75~100Nm, 20~45kW다.

그 중 1.5리터 3기통 버전이 탑재된 프로토타입 모델이 이번에 공개됐다. BMW는 3기통 엔진은 6기통의 반이라는 컨셉을 바탕으로 개발하고 있다고 설명했다. 기통수가 적으면 진동과 소음에 약점이 있지만 그런 점을 모두 해소해 6기통 수준의 진동과 소음을 달성하고자 하는 목표를 설정하고 있다는 것이다. BMW의 3기통 엔진은 배기음 주파수가 4기통 엔진보다 50% 빠르기 때문에, 엔진이 생기 넘치고 스포티하게 느껴진다는 주장이다. 더불어 응답성의 최적화도 우선 고려되는 내용이다.

1.5 트윈파워 터보는 BMW의 첫 3기통이다. 1.5 3기통은 최신의 고압 직분사와 밸브트로닉이 적용된 게 특징. 3기통 중에서는 가장 출력이 높고 토크 밴드가 넓다는 설명이다. 그리고 모든 엔진은 흡배기를 공유해 BMW와 미니의 세로배치, 가로배치에 대응이 가능하다.

시험 주행장에서 짧은 시승에서 느낀 것은 진동과 소음 등 세부적인 내용은 아직 다듬어 지지 않았지만 두터운 토크감은 인상적이었다. 저회전에서의 세밀함은 아직 부족했지만 회전이 올라가면서 강력하게 추출되는 토크감은 기대 이상이었다. 8단 자동변속기와 조합되어 기어비 폭이 좁아 잦은 변속이 된다는 점이 저 배기량 엔진의 특성과 얼른 매치가 되지는 않았지만 BMW가 갖고 있는 기존 1.6리터 4기통의 그것보다는 강했다.

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