포르쉐가 7세대 911에 탑재되는 새로운 파워트레인과 섀시, 그리고 새로워진 PCM(Porsche Communication Management)을 소개했다. 2015년 9월 9일 독일 프랑크푸르트에서 남쪽으로 100여km 떨어진 호켄하임링에서 실시된 이번 기술워크샵에서는 '속도'를 브랜드 이미지로 하는 포르쉐가 그들의 핵심 모델에 얼마나 공을 들이고 있는지를 잘 보여 주었다. “고성능 엔진을 리어에 탑재하고 높은 민첩성과 브레이크 성능, 그리고 뒷바퀴 굴림방식에 의한 양호한 트랙션"을 컨셉으로 하는 911의 부분변경 모델의 변화 중 우선 파워트레인 부분에 대해 살펴 본다.

991형 911이 데뷔 3년 반 만에 부분변경 모델을 내놓는다. 2015프랑크푸르트오토쇼를 통해 공개될 991 버전2는 “911의 48년 역사상 최대의 변화!” “90%의 부품을 새로 설계한 획기적인 진화!”를 캐치 프레이즈로 했던 버전 1보다 오히려 더 큰 변화를 보여 주고 있다. 핵심은 수평 대향 6기통 엔진의 배기량이 카레라와 카레라S 모두 3리터로 다운사이징 된 것이다.

현행 모델 데뷔 당시에 카레라 S는 3.8리터의 배기량을 그대로 유지했지만 카레라용은 3.6리터에서 3.4리터로 다운사이징했었다. 그런데 이번에는 모두 3리터(2,981cc)로 낮추었다. 획기적이라고 할만한 변화다. 그러면서도 성능은 기존 엔진보다 증강됐으며 연비성능도 향상됐다.

포르쉐가 991 버전2의 개발에 있어 초점을 둔 것은 감동(Emotion)과 효율성(Efficiency), 그리고 성능(Performance). 풀어서 설명하면 자극적인 사운드와 고회전역을 자유롭게 사용해 다른 차원의 운전을 통해 감동을 준다,  터보의 최적화와 최적의 기어, 스톱&스타트 플러스, 코스팅 기능, 중량 저감을 통해 효율성을 높인다, 중량 대비 출력의 증대와 엔진 응답성을 끌어 올려 고성능을 지향한다는 것이 그것이다.

그런 포르쉐의 사상을 가장 잘 실현할 수 있는 것이 수평대향 6기통이라는 사고에는 변함이 없다. 수평 대향 엔진은 스포츠카의 생명인 고회전을 즐길 수 있고 뛰어난 밸런스, 낮은 무게 중심고, 탁월한 주행성, 높은 엔진 응답성, 일상 영역에서도 사용이 용이하면서도 높은 스포츠성을 발휘할 수 있다는 것이 포르쉐의 주장이다.

카레라와 카레라 S에 탑재되는 배기량 2,981cc 수평 대향 6기통 트윈 터보의 두 엔진은 보어×스트로크가 91.0×76.4mm, 압축비 10.1로 같다. 그런데 최고출력은 370hp, 420hp, 최대토크 450Nm, 500Nm으로 다르다. 이는 기존 엔진의 최고출력 350hp, 400hp, 최대토크 390Nm, 450Nm보다 크게 높아진 수치이다.

이처럼 파워가 크게 증강된 것은 당연히 터보차저에 의한 것이다. 두 엔진의 차이는 터보차저의 차이에 있다. 터빈 휠 직경도 45mm로 같다. 다만 컴프레서 휠 직경이 49mm, 51mm로 다르고 과급압이 0.9바와 1.1바로 차이가 난다.

이처럼 터보차저의 역할이 커지면 당연히 엔진 특성이 달라진다. 무엇보다 터보를 제외한 911계의 스포츠카에서는 자연흡기 특유의 가속 페달의 움직임에 대한 반응이 달라질 수밖에 없다. 포르쉐는 이 문제를 해결하기 위해 어느정도까지 배기량을 줄이는 것이 가능한지 오랜 시간 고민을 거듭했다고 한다.

특히 3리터와 터보의 조합이 카레라의 주행특성에 상응할지 많은 실험이 필요했다고 한다. 대부분의 양산 메이커와 달리 컴퓨터 시뮬레이션보다 실차 테스트를 더 많이 하는 포르쉐답게 1년 이상 온로드 테스트를 거듭해 완성했다. 서키트에서 타임래그에 대한 느낌을 확인할 수는 없었다. 일반 도로에서의 시승이 기대되는 대목이다.

파워의 절대 수치 못지 않게 눈길을 끄는 것은 토크 곡선이다. 카레라S의 경우 500Nm의 토크를 1,700~5,000rpm 사이에서 발휘한다. 카레라4는 4,400rpm에서, 카레라4 GTS는 5,750rpm에서 최대토크를 발휘한다. 이 수치의 차이는 991 버전2가 얼마나 큰 변화인지를 단적으로 대변한다. 기존 자연흡기 엔진에 비해 대폭 상승한 것은 물론이고 5,000rpm을 넘어서까지 똑 같은 토크 수치를 발휘하는 넓은 토크 밴드도 특징이다. 또한 엔진의 최고 회전도 7,500rpm까지 자연스럽게 높일 수 있다는 것도 주목을 끄는 부분이다.

실제로 이 토크 특성은 호켄하임링의 서키트에서 잠깐이지만 체감할 수 있었다. 스포츠+ 모드에서 오른발에 조금만 힘을 주어도 머리가 뒤로 젖혀진다. 시트백이 등을 때리는 것은 스포츠 모드에서부터 충분히 경험해 왔던 내용이었지만 이번에 그 감각은 지금까지의 그것과는 비교가 되지 않을 정도로 강력한 것이었다. 체감을 통해서만 확인할 수 있는 내용이다.

그것은 수치로 입증된다. 2.5초만에 도달하는 거리가 카레라가 9.7미터에서 12.6미터로 0.9미터 늘었고 카레라S는 13.3미터에서 15.0미터로 1.7미터가 늘었다. 5초만에 도달할 수 있는 거리는 각각 56.9미터에서 64.4미터로, 66.7미터에서 74.3미터로 크게 빨라졌다.

이런 성능의 향상을 위해 크랭크케이스의 중량을 1.5kg 줄이고 실린더 라이닝의 아이언 코팅으로 해 이산화탄소 배출량을 줄이고 마철 저항을 저감했다. 또한 인젝터의 위치를 실린더 중앙에 위치한 것도 새로운 기술이다. 전체 두께를 40% 줄이면서도 냉각 효과를 높인 것, 인테이크 포트의 흐름 제어롤 최적화한 것도 성능 향상에 기여했다. 또한 폴리머 오일 팬으로 바꿔 중량을 2kg 줄이고 오일펌프도 모듈러 타입으로 해 1.2kg 무게를 줄였다. 고회전역을 자유로이 사용하기 위해 밸브 트레인도 개량했다.

냉각 펌프는 클러치를 채용해 냉각수 온도가 낮을 때에는 비활성 상태를 유지할 수 있도록 했다. 비활성 상태의 펌프는 더 이상 엔진 파워를 사용하지 않으며, 냉각수만 서서히 순환하게 된다. 이로 인해 마모를 줄이는 한편 엔진이 구동 온도에 더욱 빨리 도달할 수 있다. 냉난방 컴프레서에도 같은 원리가 적용됐다. 기존에는 처리량 조절만 가능했지만 지금은 클러치를 통해 완전 비활성화가 가능하다.

가장 주목을 끄는 장비는 옵션인 스포츠 크로노 패키지를 적용하면 918 스파이더의 하이브리드처럼 911 카레라의 스티어링 휠에 설계되는 SRB(SRB : Sport Response Button )이다.  모드 스위치는 Normal 과 Sport, Sport+, Individual 의 4개 드라이빙 포지션을 선택할 수 있는 회전링으로 구성돼 있다. “I”를 선택하면 장비에 따라 PASM, 액티브 엔진 마운트, PDK 변속, 스포츠 배기 시스템 등 운전자가 원하는 맞춤형 설정이 가능하다.

예를 들어 추월 운전을 하는 경우 이 버튼을 누르면 최고 가속 성능을 내기 위해 드라이브트레인이 20초 동안 사전 세팅을 한다. 이를 위해 짧은 시간 동안 기어가 최적 상태에 들어가고, 엔진이 자연스럽게 반응할 수 있도록 조절된다.

사실 그런 것보다 스포츠카에게 중요한 것은 사운드일 수도 있다. 포르쉐는 50여명의 음향팀이 자극적인 사운드를 개발하고 있다. 호켄하임 서키트에서 이 사운드를 마음껏 즐길 수 있었다. 스포츠 리스폰스 버튼(SRB : Sport Response Button)의 “N”, “S”, “S+”, “I” 등의 주행 모드에서 뚜렷이 차이나는 사운드를 발생한다. 과거에 8기통 사운드에 매료됐던 것과는 차원이 다른 사운드를 창출해 내고 있다.

듀얼 클러치 트랜스미션 PDK도 개량됐다. 기어비와 토크 용량을 조정하고 변속기 오일을 최적화했다. 원심분리 추를 채용한 듀얼 매스 플라이 휠을 채용하고 변속 로직의 최적화 등이 이루어졌다. 변속시의 쾌적성을 위해 수동 변속기에 2개의 디스크가 들어간 클러치를 개발했다. 그 결과 변속 시 신형 터보차저 엔진의 높은 토크에서도 승차감을 손상시키지 않는다. 곡선 주행이 많은 산악 도로나 서킷을 주행할 때 클러치의 연속 작동에도 변속의 즐거움이 그대로 유지되면서 다이내믹한 스포츠카의 주행성을 경험할 수 있다. 기어비도 개조된 엔진의 특성에 맞췄다. 3단에서 시작하는 긴 기어비는 스포티한 차량 특성에는 영향을 주지 않으면서 연료 소모를 절감할 수 있다. 또한 수동 트랜스미션의 기계적 설계 또한 엔진의 높은 토크 환경을 감안했다.

빠른 주행 상황이어서 아이들링 스톱 시스템의 반응은 확인할 수 없었다. 그에 대해 포르쉐 엔지니어는 "최신의 포르쉐는 최량의 포르쉐" 여야 한다는 원칙에 입각해 개발했다며 불만이 없을 것이라고 장담했다. 특히 신경을 쓴 것은 터보의 약점인 터보래그를 없애고 날카로운 응답성을 실현하는 것이었다고. 그  때문에 개발한 것이 스포츠 리스폰스 버튼이다. 가속 페달의 답력에 대한 엔진의 캐릭터를 최적화해 터보래그를 없애고 추월시 등의 주행성을 개선하기 위한 것이다.

물론 그 모든 것은 스포츠 엔진이 아니면 안된다는 원칙을 벗어날 수는 없다. 가속 페달의 움직임과 엔진회전이 서로 잘 매칭해 다이나믹한 성능을 추출해야 한다는 것이다.

가속성능은 카레라 쿠페가 0-100km/h 가속성능이 기존 모델 보다 0.2초 단축된 4.2초, 카레라 S는 0.2초 단축된 3.9초만에 주파한다. 이는 카레라 패밀리에서 마의 4초벽을 처음으로 넘어선 첫 911 모델이라는 점에서 의미가 있다. 두 모델의 최고 속도 또한 향상됐다. 911 카레라의 최고 속도는 295 km/h (기존 대비 6 km/h 증가)이며, 911 카레라 S의 경우 308 km/h (기존 대비 4 km/h 증가) 에 달한다.

 

991 버전 2는 모델에 따라 연료 효율이 12% 가까이 향상됐다. 연료 소모가 100km당 최대 1리터까지 줄었다. 지역에 따라 다른 측정법으로 인해 차이가 있겠지만 포르쉐 듀얼 클러치(PDK)가 적용된 911 카레라는 연료 소모가 기존에 비해 0.8 리터가 줄어든 100km당 7.4리터(유로 통합)에 불과하다. 911 카레라 S는 연료 소모가 100km당 7.7리터로 기존보다 1.0리터 줄었다.

연비성능 향상에 기여하는 것으로는 현행 모델에 처음 적용한 코스팅 기능과 오토 스타트 스톱 기능 등이 있다. 오토 스타트 스톱의 경우 처음 데뷔 당시 가끔씩 오작동이 있었다. 브레이크를 밟는 순간 시동이 꺼지고 발을 떼면 다시 자동으로 시동이 걸려야 하는데 수동으로 시동을 걸어야 한다는 메시지가 몇 차례 떴었다. 일부 차종에 한한 것으로 밝혀졌고 그에 대한 불만은 더 이상 없다고 한다.

이산화탄소 배출량도 카레라S 버전 1의 202g/km에서 버전 2는 174g/km로 14%나 저감됐다. 엔진과 변속기의 개량과 각종 주행저항을 줄이고 부품의 효율성을 높인 결과다. 단절이 가능한 워터펌프를 채용해 수온을 제어한 것도 그 일환이다.

아무리 자율주행차가 화두인 디지털 시대라고 해도 여전히 기계적인 발전에 많은 공을 들이고 있는 것은 7월 BMW의 물 직분사 엔진과 991 버전 2의 파워트레인에서 그대로 보여 지고 있다. 

포르쉐 엔진의 역사는 터보차저의 역사라고 해도 과언이 아니다. 브랜드 이미지인 '속도'를 뒷받침하는 가장 핵심적인 요소가 엔진이고 그 엔진 기술의 관건이 터보차저다. 그 터보차저는 3리터로 다운사이징된 신형 수평 대향 6기통 엔진 개발에서도 지난 40여 년의 경험이 반영됐다.

터보 기술은 포르쉐의 기술이다. 포르쉐는 터보 엔진 개량을 통해 일반적인 자연 흡기 엔진으로는 쉽게 얻을 수 없는 힘과 효율성의 절묘한 조화를 추구해왔다. 1974년에 첫 선을 보인 터보 엔진은 출력 260 마력에 슈퍼연료 20.9리터로 100km를 주행할 수 있는 복합연비를 갖추고 있었다. 그 후 발전을 거듭하여 출력 340마력에 NEDC 연비기준 7.4리터로 100km를 달릴 수 있는 오늘날의 911 카레라 터보 엔진이 나왔다. 911 카레라 신형 수평대향 6기통 엔진은 최초의 모델과 배기량은 동일하지만 출력은 42%, 연비는 두 배 개선되었다.

터보 엔진 개발은 포르쉐 역사의 고전인 모터 레이싱에서 출발했다. 포르쉐는 엔진 크기와 유형에 상관없이 2인승 경주차가 출전할 수 있고, 상금이 높은 미국 캔앰(CanAm) 시리즈에 출전하기 위해 917 스파이더를 개발했다. 하지만 당시 917 스파이더에 장착된 560마력 4.5리터 12기통 엔진은 당시 경쟁 차들이 장착한 배기량이 큰 750마력 엔진에 비해 힘이 매우 부족했다.

이후 예비조사를 통해 가능성을 확인한 포르쉐는 터보차징 방식의 강제유도 12기통 엔진을 개발했다. 당시 포르쉐 엔지니어들은 주입 공기의 압력이 상승하는 것을 제어하여 자동차 경주시 하이 다이내믹 부하변경 및 변속을 할 수 있는 엔진을 만들어야 하는 문제에 부딪히자, 이를 풀기 위해 새로운 접근을 시도했다. 기존의 흡기부 제어가 아닌 배기부 제어 방식을 채택한 것이다. 우회밸브는 터보차저 주변에 가해지는 과도한 압력을 분산시키는 역할을 했다. 최초 850마력의 엔진을 달고 1972년 처음 레이스에 출전한 917/10 모델은 이후 캔앰에서 가장 압도적인 경주차가 되었다.

1973년 공개된 911 터보 원형은 1974년에 생산에 들어갔다. 당시 917/10에 적용된 터보차징 기술은 이미 다음 단계로 나아간 상태였다. 압축 공기의 온도를 무려 100℃나 낮출 수 있는 내부 냉각기가 개발되었고, 실린더 충전이 개선되면서 출력은 높아졌다. 이 기술은 1977년에 선보인 911 터보 3.3에 적용되었고, 엔진 사이즈가 커지면서 꿈의 출력 300마력을 달성할 수 있었다. 포르쉐는 1983년 순차 터보차징 방식 2.8리터 6기통 수평대향 엔진을 장착한 959 슈퍼 스포츠카를 개발하면서 한 단계 도약했다. 출력 450마력의 959 엔진은 오늘날까지 다운사이징 엔진의 고전으로 통한다.

1991년 출시된 911 터보는 1983년 이전 버전과 같은 3.3리터에 출력은 320마력으로 높아졌다. 포르쉐 내부에서는 964로 통한다. 포르쉐는 이 모델을 개량하여 1993년 360마력의 911 터보 3.6으로 출시했다. 1995년에 선보인 911 터보 모델은 최초로 (실린더 뱅크당 하나씩) 2개의 터보차저를 사용하여 3.6리터 엔진으로 408마력을 내는데 성공했다.

 
2000년 2월에 등장한 911터보는 “세계에서 가장 깨끗한 차”라는 이름을 얻었다. 이는 실린더당 4개 밸브 사용, 물을 이용한 냉각 방식 외에 무엇보다 배리오캠 플러스(VarioCam Plus)를 처음 도입한 덕분이었다. 2006년 2월에 출시된 997 시리즈의 최고 모델은 911 터보 6세대 모델 출시로 이어졌다. 이 모델은 VTG 터보차저라고 불리는 가변 터보 구조의 터보차저 가솔린 엔진을 장착한 세계 최초의(오늘날까지 유일한) 양산차이다.

2009년에는 3.8리터 6기통 엔진이 개발됐다. 911 터보 시리즈 35년 역사상 처음으로 가솔린 직접분사 방식을 채용해 연비가 16퍼센트나 개선됐다. 각 차의 구체적인 배열에 따라 다르지만, 연비가 11.2 ~11.5 l/100 km에 불과하다. 동일 부문의 다른 차들과 달리 포르쉐 911 터보 모델은 미국 연료과소비세(Gas Guzzler Tax)의 연비제한을 초과하지 않았다. 후속 모델에서는 연비가 추가로 16% 개선되었고, 엔진 출력은 무려 30마력(22 kW)이나 높아졌다.

이외에 터보 엔진 개발에서 역사적인 기술로는 시퀀셜 트윈 터보차저 (최초 적용 슈퍼카 959), 2개의 병렬식 터보차저를 적용한 바이터보 (최초 적용 911 터보, 993형), 가변식 흡기 밸브 (최초 적용 911 터보, 996형) 등이 있다.