DOHC로 회귀한 메르세데스 벤츠 신형 V6 엔진
페이지 정보
글 : 채영석(webmaster@global-autonews.com)|
|
승인 2004-11-08 07:09:56 |
본문
DOHC로 회귀한 메르세데스 벤츠 신형 V6 엔진
지난 봄 등장한 메르세데스 벤츠의 뉴 SLK에 탑재된 엔진 중 새로 개발한 3.5리터 V6가 세간의 이목을 집중시키고 있다. 우선은 실린더 헤드 구조가 DOHC라는 것이 눈길을 끄는 대목이다.
이 엔진은 데뷔 후 여러 자동차 전문가들에게 지금까지의 메르세데스류와는 또 다른 호쾌한 맛을 보이는 것으로 평가받고 있다. 기존의 메르세데스 벤츠의 V형 6기통 엔진도 물론 실용 엔진으로서의 기본 성능은 부족함이 없었지만 한편으로 감성에 호소한다고 하는 측면에서 본다면 BMW의 직렬 6기통에 비해 강한 인상을 주지는 못해왔다. 바로 그런 의견을 충분히 반영해 개발한 것이 바로 신형 V6 엔진이다.
SOHC 3밸브에서 DOHC로
이 신형 V6 DOHC의 변화는 우선 제원표를 보면 금방 알 수 있다. 표기된데로 메르세데스 벤츠의 엔진에 DOHC가 부활한 것이다.
잘 알려진대로 메르세데스 벤츠는 6기통 엔진을 직렬에서 V6으로 바꾼데 반해 헤드의 레이아웃은 그때까지의 DOHC 4밸브에서 SOHC 3밸브로 전환했다. 그런데 이 부분에 방향전환이 있는 것이다. 그리고 앞으로는 V형 8기통 이상의 엔진에서도 이 노선은 유지될 것으로 보인다.
그러면 도대체 이 지금의 변화는, 그리고 메커니즘의 변천은 어떤 의미를 갖고 있는 것일까? 그것을 추적하다보면 메르세데스 벤츠의 엔진 철학과 거기에서 도출되는 미래의 자동차 만들기가 확실하게 보인다.
1990년대 후반에 메르세데스 벤츠가 V형 6기통 엔진을 채용했던 가장 큰 이유는 생산 효율의 향상이었다. 90도라고 하는 V 뱅크각은 실은 메르세데스 벤츠의 V형 8기통 엔진에 채용된 것이다. 보어와 스트로크도 마찬가지로 많은 부품이 공용화되고 또 같은 라인을 흐르는 것도 용이해졌다. 나아가 갈수록 엄격해지고 있는 충돌안전요건을 만족시키는 차체 설계에 유리한 것, 경량화가 용이한 것도 큰 요소였다. 이는 종래의 3.2리터 SOHC 수치인데 올 알루미늄제로 된 이 V형 6기통 유닛 단체의 중량은 150kg으로 주철 블록을 사용하고 있는 직렬 6기통보다 50kg 가까이 가벼워진 것이다.
한편 그 때에 맞춰 채용된 SOHC 3밸브식 레이아웃은 에미션 성능 향상 부분도 주목을 끌었다. 배출가스의 정화를 위해 장비되어 있는 촉매 컨버터는 실은 온도가 낮으면 안전한 효과를 발휘할 수 없다. 구체적인 작동온도는 약 300℃ 이상. 이 촉매 컨버터의 온도를 끌어 올리는 것은 당연히 배기가스이기 때문에 , 즉 엔진 시동 직후의 배기온도가 아직 낮은 시점에서 얼마나 빨리 촉매 컨버터를 풀 가동시키는가가 전체적인 의미에서의 배출가스 클린화에 큰 영향을 미치게 되는 것이다.
3밸브 레이아웃은 두 개의 흡기 밸브에 대해 배기 밸브는 하나인 것으로 배기열을 가능한 모두 촉매 컨버터로 유도한다. 그렇게 해서 작동온도에 달할 때까지의 시간을 단축하고 유럽 배기가스 테스트에서 유해 물질의 배출량을 40%나 줄였다고 하는 좋은 효과를 도출해 냈던 것이다.
그런 메리트가 있었던 SOHC 3밸브를 폐기할 수 있었던 것은 차체의 진화가 이루어낸 결과다. 실은 당시의 엔진은 무엇보다 직렬 6기통을 탑재하는 것을 전제로한 차체에 탑재되었기 때문에 촉매 컨버터를 반드시 최적의 위치에 설치할 수는 없었다. 그런 조건 하에서 촉매를 효율 좋게 작동시키기에는 엔진측에서 헤드 레이아웃에 손을 델 필요가 있었던 것이다.
하지만 올 봄에 등장한 2세대 SLK 클래스를 시작으로 하는 현행 모델은 V형 엔진을 탑재하는 것을 전제로 설계되었고 그 때문에 엔진에 아주 가까운 밸브 헤드에 설치하는 타입의 박형 촉매 컨버터를 사용할 수 있었다. 이로서 배기는 온도가 떨어지지 않은 상황에서 촉매컨버터에 도달할 수 있기 때문에 3밸브의 필요성이 없어진 것이다. 더불어 촉매 자체의 성능 향상도 있어 종래는 약 1분 30초 정도 걸렸던 작동 온도까지의 도달시간은 겨우 5초 이내로 단축되었다.
3밸브의 필요성이 없어져 헤드 레이아웃은 다시 순수한 성능을 추구한 4밸브로 바뀌게 되었다.
3밸브 헤드에서는 화염의 전달거리를 단축해 보다 엄밀한 연소제어를 하는 듀얼 이그니션이 채용었었지만 4밸브로 되어 이그니션은 통상대로 연소실 꼭대기 가운데로 돌아왔다.
그리고 메르세데스 벤츠는 흡배기효율을 한층 향상시키기 위해 연속 가변밸브 타이밍기구도 채용했다. 경량화를 위해 채용했던 SOHC에서 다시 DOHC로 된 것은 궁극적으로는 이것을 실현시키기 위한 것이었다.
흡배기 공히 캠샤프트각에서 40도까지 변화시킬 수 있는 이 기구는 출력 향상에는 물론 클린성능 향상도 크게 공헌하고 있다. 엑셀러레이터 개도가 적을 때에는 흡기밸브가 닫히기 시작한 후에도, 잠깐 배기밸브를 닫은 채로 해 두고 즉 밸브 오버랩을 크게 하는 것으로 배기가스의 일부를 흡기포트측에 역류시킨다. 이 배기가스 재순환에 의해 연소온도를 내리고 NOx를 대폭 저감하고 있는 것이다.
이 V형 6기통 엔진은 아직도 기술적인 가능성은 많다. 그 하나가 텀블 플랩. 흡기 덕트의 끝 부분, 가장 연소실 가까이 연결된 이 플랩은 스로틀 개도가 적은, 즉 엔진의 부하가 적을 때에 세워져 혼합기를 섞는 벽이 된다. 이렇게 함으로써 혼합기의 유입속도와 균질성을 높이고 배기가스 재순환으로 희박해진 혼합기로도 착화성을 높일 수 있게 되어 확실한 연소가 가능해진다. 이것만으로 연료소비량은 100km 당 0.2리터 저감할 수 있다고 한다. 더불어 고부하시는 텀블 플랩은 격납되어 흡기효율이 최대한 확보된다.
흡기계에는 더욱이 3,500rpm 이하의 영역에서는 흡기관장을 길게 해 맥동효과에 의해 저속토크를 향상시키는 매니폴드의 2단계 가변장기구도 갖추고 있다. 2,400∼5,000rpm 의 넓은 회전역에 걸쳐 최대토크치를 유지할 수 있는 플랙시블한 특성은 무엇보다 이 시스템의 덕택이다.
그 외에도 피스톤, 커넥팅 로드는 보다 경량 설계가 추진되어 부드러운 회전 느낌을 실현하고 있다. 주철 라이너 대신 알루미늄과 실리콘 표면처리를 실시한 경합금제 실린더 라이너 등도 지금까지대로 사용되어 있다.
엔진과 함께 섀시도 진화를 거듭하고 있다.
메르세데스 벤츠의 자동차 만들기는 최근 10년 사이에 실로 많은 변화를 보이고 있다. 디자인이 바뀌고 차체 강성에 관한 생각과 핸들링, 유틸리티성, 호스피탤러티가 바뀌고 그리고 엔진도 모두가 변화를 거듭하고 있다. 그리고 지금 메르세데스 벤츠는 변화의 제 2장에 돌입했다고 보아도 좋을 것 같다.
앞서 언급했듯이 새로운 SLK350에 탑재된 엔진은 지금까지의 메르세데스 벤츠 이미지를 일신한 극히 스포티한 맛을 보여주고 있다. 파워, 토크의 향상이 물론 가장 먼저다. 그리고 더불어 유로4라고 하는 엄격한 배기가스 기준을 충족시키는 것과 양립시키고 있다. 이는 엔진 기술의 비약적인 향상은 물론 그것을 탑재하는 섀시와의 연계가 아주 밀접하게 이루어진 성과라 할 수 있다.
최신 수준의 환경 성능을 달성하는 3밸브 헤드 등의 기술이 채용된 V형 6기통 및 V형 8기통 유닛은 촉매 컨버터 장착 위치등을 최적화할 수 있는 신세대 섀시를 개발해 내게 해 말하자면 제한이 적어졌고 엔진 본래의 성능을 보다 이상적으로 추구할 수 있게 되었다고 말할 수 있을 것이다.
겉으로 보기에는 DOHC 4밸브에서 SOHC 3밸브로, 그리고 다시 DOHC 4밸브로, 메르세데스 자신의 엔진 철학이 우왕좌왕하는 것으로 보일 수도 있을 것이다. 하지만 실제로는 달성하기 위한 목표를 향해 그때마다 최선책을 추구해 왔다고 하는 표현이 옳을 것이다.
2세대 SLK 클래스는 어쨌든 새로운 감동이 있는 엔진을 탑재하게 되었고 섀시의 설정에 있어서도 강력한 스포츠성을 추구하고 있다.
새로운 토대를 바탕으로 완전하게 구출되어진 기술력으로 앞으로의 메르세데스 엔진은 단지 파워와 토크 발생장치의 영역을 넘어 무엇보다 감정에 호소할 수 있는 농후한 캐릭터를 연출할 수 있을 것으로 보인다.
지난 봄 등장한 메르세데스 벤츠의 뉴 SLK에 탑재된 엔진 중 새로 개발한 3.5리터 V6가 세간의 이목을 집중시키고 있다. 우선은 실린더 헤드 구조가 DOHC라는 것이 눈길을 끄는 대목이다.
이 엔진은 데뷔 후 여러 자동차 전문가들에게 지금까지의 메르세데스류와는 또 다른 호쾌한 맛을 보이는 것으로 평가받고 있다. 기존의 메르세데스 벤츠의 V형 6기통 엔진도 물론 실용 엔진으로서의 기본 성능은 부족함이 없었지만 한편으로 감성에 호소한다고 하는 측면에서 본다면 BMW의 직렬 6기통에 비해 강한 인상을 주지는 못해왔다. 바로 그런 의견을 충분히 반영해 개발한 것이 바로 신형 V6 엔진이다.
SOHC 3밸브에서 DOHC로
이 신형 V6 DOHC의 변화는 우선 제원표를 보면 금방 알 수 있다. 표기된데로 메르세데스 벤츠의 엔진에 DOHC가 부활한 것이다.
잘 알려진대로 메르세데스 벤츠는 6기통 엔진을 직렬에서 V6으로 바꾼데 반해 헤드의 레이아웃은 그때까지의 DOHC 4밸브에서 SOHC 3밸브로 전환했다. 그런데 이 부분에 방향전환이 있는 것이다. 그리고 앞으로는 V형 8기통 이상의 엔진에서도 이 노선은 유지될 것으로 보인다.
그러면 도대체 이 지금의 변화는, 그리고 메커니즘의 변천은 어떤 의미를 갖고 있는 것일까? 그것을 추적하다보면 메르세데스 벤츠의 엔진 철학과 거기에서 도출되는 미래의 자동차 만들기가 확실하게 보인다.
1990년대 후반에 메르세데스 벤츠가 V형 6기통 엔진을 채용했던 가장 큰 이유는 생산 효율의 향상이었다. 90도라고 하는 V 뱅크각은 실은 메르세데스 벤츠의 V형 8기통 엔진에 채용된 것이다. 보어와 스트로크도 마찬가지로 많은 부품이 공용화되고 또 같은 라인을 흐르는 것도 용이해졌다. 나아가 갈수록 엄격해지고 있는 충돌안전요건을 만족시키는 차체 설계에 유리한 것, 경량화가 용이한 것도 큰 요소였다. 이는 종래의 3.2리터 SOHC 수치인데 올 알루미늄제로 된 이 V형 6기통 유닛 단체의 중량은 150kg으로 주철 블록을 사용하고 있는 직렬 6기통보다 50kg 가까이 가벼워진 것이다.
한편 그 때에 맞춰 채용된 SOHC 3밸브식 레이아웃은 에미션 성능 향상 부분도 주목을 끌었다. 배출가스의 정화를 위해 장비되어 있는 촉매 컨버터는 실은 온도가 낮으면 안전한 효과를 발휘할 수 없다. 구체적인 작동온도는 약 300℃ 이상. 이 촉매 컨버터의 온도를 끌어 올리는 것은 당연히 배기가스이기 때문에 , 즉 엔진 시동 직후의 배기온도가 아직 낮은 시점에서 얼마나 빨리 촉매 컨버터를 풀 가동시키는가가 전체적인 의미에서의 배출가스 클린화에 큰 영향을 미치게 되는 것이다.
3밸브 레이아웃은 두 개의 흡기 밸브에 대해 배기 밸브는 하나인 것으로 배기열을 가능한 모두 촉매 컨버터로 유도한다. 그렇게 해서 작동온도에 달할 때까지의 시간을 단축하고 유럽 배기가스 테스트에서 유해 물질의 배출량을 40%나 줄였다고 하는 좋은 효과를 도출해 냈던 것이다.
그런 메리트가 있었던 SOHC 3밸브를 폐기할 수 있었던 것은 차체의 진화가 이루어낸 결과다. 실은 당시의 엔진은 무엇보다 직렬 6기통을 탑재하는 것을 전제로한 차체에 탑재되었기 때문에 촉매 컨버터를 반드시 최적의 위치에 설치할 수는 없었다. 그런 조건 하에서 촉매를 효율 좋게 작동시키기에는 엔진측에서 헤드 레이아웃에 손을 델 필요가 있었던 것이다.
하지만 올 봄에 등장한 2세대 SLK 클래스를 시작으로 하는 현행 모델은 V형 엔진을 탑재하는 것을 전제로 설계되었고 그 때문에 엔진에 아주 가까운 밸브 헤드에 설치하는 타입의 박형 촉매 컨버터를 사용할 수 있었다. 이로서 배기는 온도가 떨어지지 않은 상황에서 촉매컨버터에 도달할 수 있기 때문에 3밸브의 필요성이 없어진 것이다. 더불어 촉매 자체의 성능 향상도 있어 종래는 약 1분 30초 정도 걸렸던 작동 온도까지의 도달시간은 겨우 5초 이내로 단축되었다.
3밸브의 필요성이 없어져 헤드 레이아웃은 다시 순수한 성능을 추구한 4밸브로 바뀌게 되었다.
3밸브 헤드에서는 화염의 전달거리를 단축해 보다 엄밀한 연소제어를 하는 듀얼 이그니션이 채용었었지만 4밸브로 되어 이그니션은 통상대로 연소실 꼭대기 가운데로 돌아왔다.
그리고 메르세데스 벤츠는 흡배기효율을 한층 향상시키기 위해 연속 가변밸브 타이밍기구도 채용했다. 경량화를 위해 채용했던 SOHC에서 다시 DOHC로 된 것은 궁극적으로는 이것을 실현시키기 위한 것이었다.
흡배기 공히 캠샤프트각에서 40도까지 변화시킬 수 있는 이 기구는 출력 향상에는 물론 클린성능 향상도 크게 공헌하고 있다. 엑셀러레이터 개도가 적을 때에는 흡기밸브가 닫히기 시작한 후에도, 잠깐 배기밸브를 닫은 채로 해 두고 즉 밸브 오버랩을 크게 하는 것으로 배기가스의 일부를 흡기포트측에 역류시킨다. 이 배기가스 재순환에 의해 연소온도를 내리고 NOx를 대폭 저감하고 있는 것이다.
이 V형 6기통 엔진은 아직도 기술적인 가능성은 많다. 그 하나가 텀블 플랩. 흡기 덕트의 끝 부분, 가장 연소실 가까이 연결된 이 플랩은 스로틀 개도가 적은, 즉 엔진의 부하가 적을 때에 세워져 혼합기를 섞는 벽이 된다. 이렇게 함으로써 혼합기의 유입속도와 균질성을 높이고 배기가스 재순환으로 희박해진 혼합기로도 착화성을 높일 수 있게 되어 확실한 연소가 가능해진다. 이것만으로 연료소비량은 100km 당 0.2리터 저감할 수 있다고 한다. 더불어 고부하시는 텀블 플랩은 격납되어 흡기효율이 최대한 확보된다.
흡기계에는 더욱이 3,500rpm 이하의 영역에서는 흡기관장을 길게 해 맥동효과에 의해 저속토크를 향상시키는 매니폴드의 2단계 가변장기구도 갖추고 있다. 2,400∼5,000rpm 의 넓은 회전역에 걸쳐 최대토크치를 유지할 수 있는 플랙시블한 특성은 무엇보다 이 시스템의 덕택이다.
그 외에도 피스톤, 커넥팅 로드는 보다 경량 설계가 추진되어 부드러운 회전 느낌을 실현하고 있다. 주철 라이너 대신 알루미늄과 실리콘 표면처리를 실시한 경합금제 실린더 라이너 등도 지금까지대로 사용되어 있다.
엔진과 함께 섀시도 진화를 거듭하고 있다.
메르세데스 벤츠의 자동차 만들기는 최근 10년 사이에 실로 많은 변화를 보이고 있다. 디자인이 바뀌고 차체 강성에 관한 생각과 핸들링, 유틸리티성, 호스피탤러티가 바뀌고 그리고 엔진도 모두가 변화를 거듭하고 있다. 그리고 지금 메르세데스 벤츠는 변화의 제 2장에 돌입했다고 보아도 좋을 것 같다.
앞서 언급했듯이 새로운 SLK350에 탑재된 엔진은 지금까지의 메르세데스 벤츠 이미지를 일신한 극히 스포티한 맛을 보여주고 있다. 파워, 토크의 향상이 물론 가장 먼저다. 그리고 더불어 유로4라고 하는 엄격한 배기가스 기준을 충족시키는 것과 양립시키고 있다. 이는 엔진 기술의 비약적인 향상은 물론 그것을 탑재하는 섀시와의 연계가 아주 밀접하게 이루어진 성과라 할 수 있다.
최신 수준의 환경 성능을 달성하는 3밸브 헤드 등의 기술이 채용된 V형 6기통 및 V형 8기통 유닛은 촉매 컨버터 장착 위치등을 최적화할 수 있는 신세대 섀시를 개발해 내게 해 말하자면 제한이 적어졌고 엔진 본래의 성능을 보다 이상적으로 추구할 수 있게 되었다고 말할 수 있을 것이다.
겉으로 보기에는 DOHC 4밸브에서 SOHC 3밸브로, 그리고 다시 DOHC 4밸브로, 메르세데스 자신의 엔진 철학이 우왕좌왕하는 것으로 보일 수도 있을 것이다. 하지만 실제로는 달성하기 위한 목표를 향해 그때마다 최선책을 추구해 왔다고 하는 표현이 옳을 것이다.
2세대 SLK 클래스는 어쨌든 새로운 감동이 있는 엔진을 탑재하게 되었고 섀시의 설정에 있어서도 강력한 스포츠성을 추구하고 있다.
새로운 토대를 바탕으로 완전하게 구출되어진 기술력으로 앞으로의 메르세데스 엔진은 단지 파워와 토크 발생장치의 영역을 넘어 무엇보다 감정에 호소할 수 있는 농후한 캐릭터를 연출할 수 있을 것으로 보인다.
