글로벌오토뉴스

상단배너

  • 검색
  • 시승기검색

폭스바겐의 내연기관 개량과 전동화 투트랙 전략

페이지 정보

글 : 채영석(charleychae@global-autonews.com)
승인 2017-05-22 10:45:45

본문

폭스바겐은 2017년 4월 말 열린 제 38회 비엔나 모터 심포지움(Vienna Motor Symposium)에서 전기차, 천연가스 엔진, 내연기관 엔진을 위한 새로운 코스팅 기능 등 이산화탄소 절감 및 지속 가능한 모빌리티 실현을 위한 미래 전략을 선보였다. 그동안 다른 제조사에서 선보이지 않은 기술도 있어서 흥미를 끌고 있다.


첫 번째는 항속 모드로 주행하는 도중에 엔진을 끄는, 즉 포르쉐를 통해 처음 소개했던 코스팅 기능을 채용한 새로운 ‘마이크로 하이브리드 시스템’이다. 이 시스템은 신형 골프 TSI 블루모션에서 첫 선을 보이며, 1.5L TSI 에보 1 엔진과 DQ200 DSG 변속기 그리고 순항 모드에서 차량의 전자장치에 전기를 공급하는 소형 리튬 이온 배터리로 구성된다. 자동차가 130 km/h 이하의 속도에서 항속 모드에 돌입할 때, 운전자가 가속 페달에서 발을 떼면 엔진이 저절로 작동을 멈추며, 이를 통해 일상 운전에서 연료 소비를 0.4L/100km 가량 줄일 수 있다고 한다

 

항속 모드가 끝날 때는 속도와 상황에 따라 1.5L 가솔린 엔진을 다시 부활시킨다. 엔진을 가동할 때는 스타터를 이용하거나 DSG의 클러치를 강제로 연결시키는 방법을 사용하며, 때로는 두 방법을 모두 사용해 엔진을 깨울 수 있다고 한다.
 
컴팩트 리튬이온 배터리는 항속 모드에서 엔진이 꺼졌을 때 차체에 전기를 공급하는 역할을 담당한다. Q-다이오드라고 불리는 시스템이 리튬 이온 배터리와 엔진에 기본 탑재되는 납산 배터리 사이의 전류 흐름을 조절한다. 마이크로 하이브리드 시스템은 12볼트 시스템을 기준으로 전기 구동 모터 수준의 저비용을 구사해 사용자들에게 어필하고 있다.

1d746eb2a60beff29552f1aab8afa6d4_1495417 

또 다른 엔진은 가솔린 또는 압축 천연가스(CNG)를 이용해 주행할 수 있는 새로 개발한 1.0L 터보차저 엔진이다. 폭스바겐은 이미 지난2002년부터 시장에 CNG 엔진을 선보여 왔다. 66kW(90PS)의 높은 토크를 자랑하는 이 새로운 1.0리터 3기통 터보 차저 엔진의 특징은 바로 이가 연료(bivalent)를 사용하는 컨셉이다. 이 차는 휘발유 혹은CNG로 주행이 가능하다. 가스 모드에서는 이산화탄소와 질소산화물 모두 매우 낮게 배출된다. 이 컴팩트한 1.0 TGI 엔진은 폭스바겐 그룹 내 소형차를 위한 새로운 엔진이다. 이 엔진은 합성 CNG인 e-가스를 연료로 사용할 수 있어 재생 에너지로의 전환에도 대응한다.

 

3기통 엔진으로 최고출력 90마력을 발휘하며, ‘람다 분리 공정’을 사용하는 고급 촉매 컨버터를 사용했는데, 이 기술은 배기가스를 줄이기 위해 촉매 컨버터를 작동 가능한 온도까지 빠르게 가열하는 기술이다. 이를 통해 배출가스에서 발생하는 CO2와 NOx 발생 수치를 낮췄다. 폭스바겐의 새로운 1.0L TGI 엔진은 폭스바겐그룹의 소형차에 골고루 적용될 예정이다.
 


밀러사이클, VTG로 연비성능과 응답성 높인다

 

폭스바겐의 전략에서 알 수 있는 것은 적어도 내연기관에 대한 개량이 없이는 지속가능한 모빌리티가 불가능하다는 것이다. 내연기관을 바탕으로 하되 좀 더 적극적으로 전동화를 추구한다는 점에서 변화가 있다. 폭스바겐은 2016년 골프 페이스리프트 버전에 라이트사이징(Rightsizing) 컨셉의 엔진 EA211 TSI evo 를 탑재했다. 기존 EA211 TSI에 evo를 추가한 것이다. 직렬 4기통 터보 엔진의 배기량을 1.4리터에서 1.5리터로 늘리고 고압축비와 밀러사이클을 채용한 것이 포인트다. 2020년대에 더욱 엄격해질 배기가스 규제를 클리어하기 위해 연비성능과 열효율을 높임과 동시에 배기가스정화 기술을 더욱 개량해 개발한 것이다.

 

구체적으로는 12.5 :1 이라고 하는 고압축비와 조합한 밀러사이클 연소방식을 시작으로 저 회전역에서의 높은 과급압을 실현하는 가변 터빈 지오메트리(VTG : Variable Turbine Geometry)를 채용한 터보차저, 최대 35MPa의 분사압을 실현한 커먼레일 연료분사장치, ACT(Active Cylinder Management : 기통 휴지 기능) 등을 채용했다. 또한 열관리 시스템, APS(Atmosferic Plasma Spray)라고 하는 코팅법을 사용한 실린더 라이너 등 많은 신기술이 적용됐다.

 

구체적인 개발 목표로서 폭스바겐은 우선 고압축비에 의한 일상적인 사용 사용에서의 연비 개선을 들었다. 연비성능에 더 비중을 두면서 다시 주목을 끌고 있는 엣킨슨 사이클과 비슷한 개념의 밀러사이클 엔진에서는 흡기밸브의 ‘지연 닫기’가 채용되는 예가 많은데 흡기 밸브를 일찍 닫음으로써 최종 압축온도를 내린다. 또 흡기 행정에서의 팽창 냉각을 실현함으로써 흡기의 충진 효율을 높이는 것을 노리고 있다.

 

가변 터빈 지오메트리를 채용하는 터보차저는 고부하 영역에서 노킹을 억제함과 함께 터보차저의 효율화를 꾀하고 흡기의 기통 내의 충진밀도를 높이고 있다. 고부하 상태에서 엔진을 냉간 시동하는 경우가 많은 하이브리드 전기차의 시스템에서도 뛰어난 내마모성을 실현한다.

 

이처럼 흡기 밸브를 축으로 한 제어를 실현하기 위해 흡기측 캠 샤프트에 밸브 작동을 가변 조정하는 유압 캠 샤프트 액츄에이터를 채용했다. 1초간에 크랭크각에서 300도의 조정 속도를 가능하게 해 실린더 내로의 공기 충진 효과를 정밀하게 제어한다.

 

결과적으로 라이트사이징 엔진은 밀러 사이클로 연비를 향상시키고 가변 터빈 지오메트리로 엔진 저회전시의 응답성을 향상시켜 전체적인 성능을 향상시키는 것을 노리고 있다.

 

 

I.D.브랜드로 BEV로 나간다

 

외형상으로는 전동화에 관한 뉴스가 더 주목을 끌고 있다. 폭스바겐은 2016파리살롱을 통해 전기차 브랜드 I.D.를 공개했다. 컨셉트카는 새로 개발한 전동화차 전용 플랫폼 MEB(Moduler Electric Drive Kit)를 베이스로 한 소형차다. 2020년 실용화를 목표로 하고 있다. 앞으로 등장할 예정인 BEV는 모두 MEB를 베이스로 하게 되는데 BEV의 이점을 살린 패키징, 즉 파워트레인과 보조 기구류의 레이아웃을 전용으로 설계해 실내 공간의 확보 등 분명한 장점을 갖고 있다.

 

I.D.의 전기구동 시스템은 PCU(Power Controle Unit)와 변속기, 리어 액슬과 일체화해 뒷바퀴를 구동하는 모터 및 플로어 아래 수납된 보조 기구류 등으로 구성된다. 뒷바퀴 굴림방식을 채용하는 것은 주행성의 향상을 위한 것이다. 모터의 최고출력은 125kW(170ps). I.D.는 0-100km/h 가속성능을 8초 대 이하, 최고속도는 160km/h를 목표로 하고 있다. 폭스바겐은 앞으로 실용화할 예정인 양산차에 출력에 따른 다양한 주행용 배터리의 사양을 상정하고 있다. 기존 가솔린 엔진 및 디젤 엔진과 마찬가지로 사용자의 수요에 따라 선택 가능하게 한다는 계획이다. BEV 모델의 확대는 실용성의 확보만이 아니라 BEV의 상품으로서의 매력을 더함으로써 보급을 가속화하는 것을 목표로 하고 있다.

 

1d746eb2a60beff29552f1aab8afa6d4_1495417 

I.D. 에 사용되는 리튬 이온 배터리는 섀시와 일체화로 설계되어 있다. 모터의 구동력이 1단을 매개로 리어 액슬에 전달한다. 배터리를 플로어 아래에 설치함으로써 차량의 무게 중심 위치를 낮춰 조정 안정성을 확보하고 앞뒤 중량 배분도 48 : 52로 이상적인 수치를 얻을 수 있다.

 

배터리의 충전은 기존 케이블과 플러그를 이용한 충전 방식 외 차량 앞 부분에 설치된 비접촉 충전장치를 사용한다. 이 방식에서는 자력을 이용해 충전 플레이트 위에 정차하는 것만으로 충전이 가능하다. 그 때 차량을 적정한 위치로 정차할 지 어떨 지를 센서 등으로 확인한다.

 

급속 충전 시스템에서는 30분만에 배터리 용량의 80%까지 충전이 가능하다. 폭스바겐은 비접촉 충전장치를 공동주택과 상업 시설에서의 설치를 상정하는 등 편리성의 향상을 의식해 개발하고 있다.

 

한편 디젤 게이트 후 폭스바겐은 모듈러 플랫폼 MQB를 베이스로 이미 많은 기술 개발을 해 온 플러그인 하이브리드와 함께 전원의 일부를 기존 12V에서 48V로 높여 출력을 향상시킨 마일드 하이브리드카도 전동화 전략의 일환으로 삼겠다고 밝혔다. PHEV와 마찬가지로 세그먼트를 가리지 않고 이 48V 마일드 하이브리드 시스템을 적극적으로 투입해 갈 것으로 보인다.

 

폭스바겐사의 전동화에의 적극적인 자세는 당장에는 높은 비율이 아니겠지만 배기가스 부정문제를 뛰어 넘는 것과 동시에 미 캘피포니아주가 2018년부터 강화하는 ZEV(Zero Emmision Vehicle)법 등 북미시장에서의 부활을 노리는 의지를 읽을 수 있다.  

  • 페이스북으로 보내기
  • 트위터로 보내기
  • 구글플러스로 보내기
하단배너
우측배너(위)
우측배너(아래)