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인피니티 QX50, 가변압축비 엔진 탑재한 최초의 SUV

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글 : 원선웅(mono@global-autonews.com)
승인 2018-07-16 10:47:21

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올해는 닛산코리아의 국내 출범 10주년이 되는 해이다. 10주년을 맞아 닛산 브랜드는 인텔리전트 모빌리티 중심의 전동화 브랜드 이미지를 더욱 강화하는 모습을 보이고 있다. 지난 부산모터쇼를 통해 닛산은 인텔리전트 모빌리티를 통해 사람들을 더 나은 세상으로 이끌기 위한 자율성, 전동화 그리고 연결성에 닛산의 기술적 방향성이 있다고 전하기도 했다.

 

글 / 원선웅 (글로벌오토뉴스 기자)

 

닛산 브랜드가 올 하반기 신형 리프 출시를 통해 인텔리전트 모빌리티 브랜드로서의 가치를 높인다면, 닛산의 프리미엄 브랜드인 인피니티는 앞선 기술력과 프리미엄 감성으로 국내 프리미엄 시장에서의 점유율을 더욱 높여간다는 계획이다. 그리고, 이러한 역할을 해줄 핵심 차종이 바로 내년 1분기 내 국내 출시될 QX50이다.

 

2019년 시장 점유율 25% 달성이 유력해 보이는 국내 수입차 시장에서 프리미엄 SUV 시장은 가장 주목받고 있는 부문이다. 국내 수입차 판매 가운데 프리미엄 브랜드의 판매는 78%에 이른다. 그리고 SUV에 대한 소비자들의 선호가 급격히 증가하고 있는 만큼 국내 수입 프리미엄 브랜드들 역시 다양한 SUV 모델을 선보이고 있다. 수입 프리미엄 SUV는 2011년 대비 250% 가까이 판매가 증가했으며, 전체 판매의 45%를 차지할 만큼 가장 뜨거운 부문이다.

 

인피니티 QX50은 뛰어난 성능과 독보적인 디자인, 세련된 실내 공간이 집약된 미드사이즈 SUV다.  2018 회계연도(2019년 3월까지) 내에 국내 도입 예정인 QX50은 새로운 플랫폼과 함께 세계 최초의 기술이 적용되면서 프리미엄 SUV의 새로운 기준을 제시하고 있다. 외관은 보닛부터 측면을 타고 이어지는 깊은 굴곡과 근육질 라인의 실루엣을 바탕으로 인피니티의 디자인 언어 ‘강렬한 우아함’을 표현하고 있다.

 

QX50에는 인피니티가 세계 최초로 양산에 성공한 가변압축비 엔진인 2.0리터 VC-터보엔진이 탑재됐다. 고성능인 8:1에서 고효율의 14:1까지 주행 상태에 맞게 최적의 압축비가 가변적으로 적용되며, 효율성과 성능이 양립하고 있는 엔진이라는 평가를 받고 있다. 인피니티 코리아는 QX50 출시로 SUV 라인업을 한층 강화하여 프리미엄 SUV 시장에서 경쟁력을 더욱 높일 계획이다.

 

 

효율성과 성능의 양립, 가변압축비 엔진

QX50의 핵심은 무엇보다 가변압축비 엔진이다. 2016년 파리모터쇼를 통해 처음 공개되었던 닛산의 가변압축비 엔진은 개발 기간만해도 20년에 이르는 닛산이 준비한 회심의 엔진이라 할 수 있다.

 

 ‘압축비’는 엔진의 실린더 내에서 피스톤이 가장 아래 있을 때와 상단에 있을 때 양의 비율이다. 예를 들어 피스톤이 가장 아래에 있을 때의 양이 10이고, 피스톤이 상승해 최상단에 도달했을 때, 즉 양이 가장 작아진 때의 양이 1이라면, 압축비는 10이다.

 

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일반적으로 압축비가 높을수록 엔진의 열효율도 높아지게 된다. 그래서 압축비는 가급적 높게 설정하고 싶지만, 함부로 높일 수도 없다. 압축비를 지나치게 높게 설정하면 엔진에서 생기는 이상 진동, 이른바 ‘노킹’현상이 일어난다. 따라서 기존 가솔린 엔진의 압축비는 보통 10 정도의 수준이었다.

 

그러나 실제로 노킹이 일어나는 상황은 사실 한정되어 있다. 엔진에 걸리는 부하가 높은 가속시에는 노킹이 일어나기 쉽지만, 정속 주행시에는 엔진의 부하가 낮은 만큼 노킹현상이 일어나기 어렵다. 그래서 노킹이 일어나기 어려운 상황에서는 가능한 압축비를 높게 해 엔진의 효율을 높이고, 노킹이 일어나기 쉬운 상황의 경우에만 압축비를 낮출수 있다면 가장 이상적인  상황이 된다. 그리고, 이 이상적인 상황을 세계 최초로 구현한 것이 바로 닛산의 가변압축비 엔진이다.

 

 

엣킨슨 사이클 엔진과의 차이점은?

닛산의 가변압축비 엔진이 압축비를 변경할 수 있는 유일한 엔진은 아니다. 이미 양산되고 있는 엣킨슨사이클 엔진이나 밀러 사이클 엔진 또한 압축비를 변경할 수 있는 엔진들이다. 정확하게 말하면 앳킨슨 사이클과 밀러 사이클은 차이가 있지만, 일반적으로 흡기 타이밍을 앞당기거나 늦춰 실질적인 압축비를 바꾸는 엔진을 이렇게 부르고 있다.

 

일반적인 엔진은 흡입-압축-폭발-배기의 4단계 동안 피스톤이 2번 왕복하게 된다. 앳킨슨 사이클 엔진도 흡입-압축-폭발-배기의 4단계를 거치는 동안 피스톤은 실린더 안을 2회 왕복 운동한다. 하지만 압축비와 팽창비는 서로 다르다. 또한 4행정을 모두 거치는 동안 크랭크축은 단 1회만 회전한다. 이것이 앳킨슨 사이클 엔진이 일반적인 가솔린 엔진과 다른 차이점이다.

 

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이와 달리 가변압축비 엔진은 피스톤의 최하점이 아닌 가장 높은 위치(상사점)를 움직여 압축비를 낮춘다. 즉, 피스톤이 맨 위에 도달했을 때의 위치를 ​​평소보다 조금 낮게 설정해 할 수있다. 그러면 피스톤이 맨 위에 도달 할 때 실린더의 용적이 증가하므로 이를 통해 압축비를 내릴 수 있는 구조다.

 

정리하면 차량의 주행조건과 운전자의 의도를 감지한 후 즉각적으로 가장 적합한 압축비를 선택하고, 첨단 멀티링크 시스템을 통해 피스톤의 움직이는 범위를 끊김 없이 높이거나 낮춘다. 필요에 따라 고성능을 발휘하는 8:1 압축비부터 고효율을 제공하는 14:1 압축비 사이의 어떠한 압축비로도 변경 가능하다는 점이 가변압축비엔진의 특징이다. 그 중에서도 높은 출력이 필요하지 않은 상황에서 연비를 향상시키는데 더 탁월한 역할을 한다.

 

효율성 향상도 중요한 특징이지만 닛산의 가변압축비 엔진이 보여주고 있는 또 하나의 특징은 엔진 소음의 감소이다. 기존 엔진보다 부품 수가 증가했음에도 불구하고 오히려 마찰 손실이 줄어 들었다는 설명이다. 가장 큰 이유는 2가지 이다. 하나는 피스톤과 실린더 사이의 마찰이 줄어들 것이다. 일반적인 엔진의 경우 연료의 폭발력으로 피스톤이 눌려 이동할 때 크랭크 축이 대각선으로 피스톤을 누르는 과정이 발생하게 된다. 이때 비스듬히 누르는 힘에 의해 실린더 벽과의 마찰이 강해지고 이것이 진동이나 소음으로 이어지게 된다. 반면 닛산의 가변압축비 엔진은 피스톤이 아래로 내려갈 때, 가로 방향의 힘이 줄어들어 피스톤과 실린더 사이의 마찰도 줄어들게 된다.

 

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또 다른 이유는 엔진의 벨런스가 좋다는 점이다. 보통의 4기통 엔진은 엔진의 회전 밸런스가 나쁘기 때문에 배기량 2.0리터 이상의 엔진은 소음 진동을 줄이기 위한 장치가 더해진다. 쉽게 말하면 진동을 상쇄하기 위해 회전 축에 추를 붙여 소음과 진동을 줄이는 방식이다. 하지만, 이 경우 엔진의 마찰은 더 늘어난다. 가변압축비 엔진의 경우 이러한 진동 상쇄 기구 없이도 진동이나 소음이 크게 줄어든다. 또한, 이 때문에 크랭크 축 하단에 여유공간이 생겨 더 많은 부품이 들어가지만 엔진의 높이를 유지해 가변압축비 엔진을 개발할 수 있었다고 한다. 닛산의 발표자료에 따르면 기존의 4기통 엔진의 진동으로 인한 소음은 30dB인데 반해, 가변압축비 엔진의 진동은 10dB 수준이다.

 

 

세계 최초로 가변압축비 엔진을 선보인 이유는?

닛산은 2016년 파리모터쇼에서 가변압축비엔진을 처음 공개했을 때, 당시 이미 10년 전에 개발을 완료했다고 전했다. 그렇다면, 양산하는데 까지 10년의 시간이 걸린 이유는 무엇일까?

 

2005년에 처음 공개된 가변암축비 엔진의 프로토타입은 2.0리터 자연 흡기 엔진이었다. 이를 통해 연비를 10% 정도 향상시켰다하더라도 비용 상승분에 맞는 상품성 향상이 함께 이뤄지지 않으면 안된다는 판단이 있었던 것으로 보인다. 이후 닛산은 터보차저를 추가해 V6 엔진을 대체하는 엔진으로 정했다. 터보차저 추가로 연비 향상 폭은 더욱 커지고, 이것은 소형화 경량화로도 이어진다. 이와 함께 기존 V6 엔진에 가까운 진동 및 음색을 보여주고 있다. 가변압축화에 따른 비용 상승도 V6 엔진을 대체하는 것이라면 흡수하기 쉽다.

 

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닛산의 가변암축비 엔진은 인피니티 브랜드, 그 중에서도 QX50을 통해 처음 탑재되었으며, 국내 시장에도 내년 1분기 내 출시될 예정이다. 미국시장의 경우 얼마전까지 V6와 V8 등 다기통 엔진에 대한 신뢰가 높았지만, 향후 연비 규제 강화에 대응하기 위해서는 이러한 변화는 피할 수 없다. 세계 최초의 가변 압축비 엔진이 빛을 보게된 배경에는 이러한 시장의 변화가 있었다.

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