메르세데스 벤츠는 브랜드의 중핵 모델인 10세대 E클래스의 국제 시승회에 디젤과 하이브리드 버전만을 들고 나와 세간의 이목을 집중시켰다. 디젤 게이트로 한창 시끄러운 때 이런 메"/> 메르세데스 벤츠는 브랜드의 중핵 모델인 10세대 E클래스의 국제 시승회에 디젤과 하이브리드 버전만을 들고 나와 세간의 이목을 집중시켰다. 디젤 게이트로 한창 시끄러운 때 이런 메"/> 메르세데스 벤츠가 제시한 파워트레인의 미래 > 스페셜이슈 | 글로벌오토뉴스

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메르세데스 벤츠가 제시한 파워트레인의 미래

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글 : 채영석(charleychae@global-autonews.com)
승인 2016-07-28 22:55:02

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메르세데스 벤츠는 브랜드의 중핵 모델인 10세대 E클래스의 국제 시승회에 디젤과 하이브리드 버전만을 들고 나와 세간의 이목을 집중시켰다. 디젤 게이트로 한창 시끄러운 때 이런 메르세데스의 행보는 시사하는 바가 크다. 그리고 최근에는 직렬 6기통 엔진을 다시 부활시킨다는 내용도 공개했다. 내연기관 자동차의 선구자로서 항상 시대적인 해법을 제시해왔던 그들의 사명의식을 드러냈다는 시각도 있다. 메르세데스 벤츠가 인텔리전트 드라이브 트레인 솔루션이라는 부제 하에 실시한 테크데이를 통해 소개한 내용을 정리한다. 

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메르세데스 벤츠가 이 이벤트를 통해 ‘진화형 내연기관’과 ‘플러그인 하이브리드 테크놀러지’, 그리고 ‘전동화와 연료전지’ 등 세 가지 주제를 제시했다. 환경과 에너지 문제를 해결하기 위한 큰 틀이라고 할 수 있다. 

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우선 주목을 끈 것은 48볼트 시스템이다. 엔진과 기어박스 사이에 전기모터를 배치하고 ISG(Integrated Starter Generator)의 탑재와 세트를 이룬다. 엔진 시동과 경미한 구동 어시스트, 감속시의 에너지 회생을 하는, 소위 말하는 마일드 하이브리드다. 48볼트화는 한꺼번에 많은 전력을 사용할 수 있도록 고효율화가 추구되는 한편, 풀 하이브리드만큼의 고전압이 아니기 때문에 안전대책이 쉬워진다는 이점이 있다. 

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두 번째는 2017년 출시 예정인 S클래스 부분 변경 모델에 탑재될 예정인 직렬 6기통 엔진이다. 지금까지 V형 6기통과 V형 8기통의 설계 공통화가 추구되어 왔으나 앞으로는 4기통과 6기통이 주류로 될 것이라고 한다. 이는 모듈러 엔진으로 된다는 의미이다. 이미 BMW와 폭스바겐, 재규어와 볼보 등이 모듈러 엔진을 개발해 국내 시장에 투입되어 있다. 이는 하나의 실린더를 다양한 기통의 엔진에 사용하는 것으로 가솔린과 디젤에 모두 사용되며 부품 공용화율이 40%를 넘는다. 

M256형이라고 불리는 신형 직렬 6기통 엔진은 신세대 친환경 파워트레인의 중핵에 해당한다. 가속시에는 모터가 엔진의 출력을 보조한다. 또한 48볼트 배터리로 에너지를 회생함으로써 연비 성능을 높인다. 48볼트 마일드 하이브리드 시스템의 파워트레인의 일부로서 직렬 6기통 엔진이 채용된다는 것이다. 메르세데스 벤츠는 20년만에 부활시킨 직렬 6기통 엔진에 대해 연비 효율의 새로운 기준을 정립하게 될 것이라고 자신감을 피력하고 있다.

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또한 4기통에서 선 보인 배기측의 터보차저와 촉매가 세트로 시스템 전체를 모듈화하는 것이 직렬 6기통으로 함으로써 가능해 졌다고 한다. 

직렬 6기통은 크랭크샤프트의 2차 진동이 없고 완전 밸런스가 실현된다고 알려져 있다. 그러나 직렬 6기통 엔진은 컴팩트 설계가 가능한 V6 엔진으로 대체되는 추세로 라인업은 점차 축소되어 왔다. 글로벌플레이어 중 직렬 6기통 엔진을 탑재하고 있는 대표적인 메이커는 BMW다. 

하지만 1990년대 중반까지만해도 직렬 6기통은 뒷바퀴 굴림방식차의 주력 엔진이었다. 특히 당시에 실키 식스로 명성을 날렸던 BMW의 직렬 6기통 엔진은 부드러운 응답성으로 호평을 받았다. BMW는 시대적인 흐름에 따라 직분 터보화는 했지만 가솔린과 디젤 공히 여전히 직렬 6기통이라는 레이아웃은 고집하고 있다.

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메르세데스 벤츠의 차 세대 가솔린 엔진에는 디젤 엔진과 마찬가지로 미립자 필터를 채용한다는 것도 이슈다. 직접분사 방식 엔진의 새로운 해법으로 여러 자동차회사들이 개발 중에 있다. 

요즘 세간의 주목을 끌고 있는 디젤 엔진도 이미 신형 E클래스에 탑재된 OM654 직렬 4기통 엔진으로 새로운 방향을 제시하고 있다. 기존과는 달리 알루미늄제 블록에 스틸제 피스톤을 조합해 저마찰화를 꾀했으며 피스톤 상부 형상을 새롭게 해 ‘스탭 더 보울’이라고 하는 고효율 연소의 실현, 뇨소 SCR 시스템까지 컴팩트하게 일체화해 엔진 옆에 모두 마운트한 고효율의 배기가스 후처리 시스템 등이 그 특징이다. 

RDE(Real Driving Emission)의 도입 후에도 충분한 클린 성능을 실현한다는 이 엔진은 연비 성능도 13% 향상됐으며 충분한 파워와 토크로도 어필하고 있다. 

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세 번째로 플러그인 하이브리드 전기차는 메르세데스 벤츠가 앞으로 주역 중 하나로 내 세우고 있는 중요한 파워트레인이다. 2016년 내에 8개 모델에 PHEV 버전을 라인업 할 계획이다. 2017년 출시될 S클래스 부분 변경 모델에도 S550e의 라인업이 예정되어 있다. 처음으로 EV모드의 항속기르 50km를 실현하고 있으며 비접촉 충전 시스템이 채용된 것이 포인트다. 

충전은 계기판 안에 표시된 영상 가이드에 따라 플로어에 설치된 베이스 플레이트에 차 바닥 아래의 코일을 겹치게 주차하면 자동으로 이루어진다. 베이스 플레이트의 출력은 3.6kW로 2시간 30분이면 완전 충전된다. 

PHEV의 당면 과제는 충전 방법과 인프라다. 비접촉 충전은 우선 후자에 있어 혁명적인 진화가 필요할 것으로 보인다. 

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이미 여러 번 언급했듯이 PHEV에 적극적인 이유는 2021년에 시작되는 차기 CO2 배출규제와도 관계가 있다. 유럽의 이산화탄소 규제인 ECE R101의 규제치는 PHEV 경우 하이브리드 주행시의 이산화탄소 배출량을 EV 이산화탄소 배출량이 50g/km 미만인 차를 판매할 경우 그 자동차를 한 대가 아닌 최대 3.5대로 계산해 준다고 하는 수퍼 크레딧(Super Credits)이 있다. 2012년부터 시작된 것으로 2014년에는 2.5대, 2015년에는 1.5대로 계산됐으며 2016년에는 1 : 1로 사실상 그 메리트는 없어졌다. 

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그런데 이산화탄소 배출규제치가 엄격해 지는 2020년에 다시 살아나 2022년까지 유지된다. 2020년에는 2대, 2021년에는 1.67대, 2022년에는 1.33대로 계산해 주게 된다. 유럽지역에서 판매되는 신차의 평균 이산화탄소 배출량 규제치는 현재는 130g/km인데 2020년~2021년에는 95g/km으로 강화된다. 2020년은 신차의 95%, 2021년은 100%가 대상이 된다.

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그리고 마지막으로 전동화와 연료전지 전기차. 우선 배터리 전기차에 관해서는 4세대 신형 스마트 일렉트릭 드라이브의 등장이 발표되어 있다. 포 투에 더해 포포에도 설정된다. 차대모(CHAdeMO)급속 충전에의 대응 예정은 아니기 때문에 출시 지역은 변수가 있을 것 같다. 

여기서 관심이 가는 것은 새로운 EV 전용 아키텍처다. 리튬 이온 배터리를 플로어에 탑재하는 EV 전용 섀시는 앞뒤에 전기모터를 배치하는 4WD로 되어 있다. 2017 파리살롱에 이를 이용한 항속거리500km의 스포츠 타입 BEV를 출품할 예정이다. 

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배터리의 기술혁신도 꾀하고 있다. 당장에 많이 사용되고 있는 리튬 이온 배터리도 아직 진화의 여지가 크다. 셀 자체의 성능은 물론, 하드셀인가 파우치인가 하는 셀의 형태는 차량이 원하는 요건에 따라 유연하게 사용되는 것으로 하고 제어계와 냉각 등에 관해서도 연구를 진행하고 있다. 물론 토요타가 제시했던 금속 배터리와 최근 뉴스로 등장한 폼 배터리 등 전혀 새로운 개념의 배터리의 등장도 기대하고 있다. 

그를 위해 다임러는 배터리 기술에 많은 투자를 하고 있다. 2009년에는 자회사로서 EV와 PHEV용 리튬 이온 배터리의 생산을 하는 도이치 아큐모티브사(Deutsche ACCUMOTIVE)를 설립했다. 2014년부터 1억 유로(약 1383억원)를 투자했으며 올 초에는 5억 유로를 투자해 생산 시설을 세 배로 늘린다는 계획도 발표했다. 여기에는 한국의 SK이노베이션이 배터리 셀을 공급할 것으로 알려져 있다. 더불어 가정용 축전지와 배터리 재이용 등에 관해서도 이미 사업화하고 있다. 

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연료전지 전기차에 관해서도 2017년 GLC F-Cell을 내 놓을 예정이라고 발표했다. 당장에 수소 충진 인프라가 구축되지 않은 점을 고려해 외부로부터 충전하는 대용량 배터리로 탑재한다는 점이 특징이다. 바이 퓨얼인 셈이다. 충전된 전력만으로는 50km, 합계 500km를 주행할 수 있다고 한다. 도시별로 내연기관차 진입 금지가 추진되고 있는 상황을 고려한 것으로 읽힌다. 

연료전지 파워트레인 자체도 기존 시작차의 것보다 크게 소형경량화를 실현해 GLC의 엔진 룸 안에 깔끔하게 수납될 수 있다고 한다. 다른 차종에도 탑재될 가능성이 있다는 얘기이다. 

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어쨌거나 이제 새로운 장으로 옮겨 가고 있다. 그것이 어떤 형태로 바뀌든지 목표는 지속가능한 자동차사회다. 이런 새로운 기술의 제시가 자동차 사회의 흐름을 어떻게 바꿀지 궁금해진다. 
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