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토요타의 앳킨슨 터보, 다운사이징 엔진의 새 트렌드 될까

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글 : 한상기(hskm3@hanmail.net)
승인 2015-05-18 23:41:06

본문

토요타의 새 터보 엔진은 앳킨슨 사이클과 터보라는 독특한 조합을 취하고 있다. 앳킨슨 사이클과 터보의 장점을 취합한 조합이고, 업계에서는 처음 선보이는 것이다. 첫 엔진은 NX의 2리터 터보, 두 번째는 오리스의 1.2리터 터보이다. 배기량은 다르지만 앳킨슨 사이클과 터보를 조합한 것은 같다. 싱글 스크롤 터빈과 직분사, VVT-iW까지 연비를 높이기 위한 기술들이 가득하다. 오리스에 탑재되는 1.2리터 터보는 열효율이 36%까지 높아졌다.

 

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토요타도 다운사이징 터보를 도입하기 시작했다. 토요타에 터보 엔진이 없었던 것은 아니다. 과거에는 수프라나 체이서 같은 차에 트윈 터보 엔진을 사용하기도 했다. 하지만 당시의 터보는 지금의 다운사이징 터보와는 개념이 많이 다르다. 그때의 터보는 출력을 우선시 했던 개념이다. 반면 지금의 터보는 친환경의 의미가 훨씬 크다. 다운사이징 터보는 트렌드가 아니라 기본화 되고 있다.

 

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토요타를 비롯한 일본 회사들은 터보 엔진의 도입이 늦다. 소형차 위주여서 배기량이 낮은 자연흡기 엔진만으로도 연비 규제에 충분히 대응할 수 있었기 때문이다. 실제로 미국에서는 현대를 비롯한 일본 회사들이 연비 1~2위를 차지해 왔다. 이제는 분위기가 달라져서 일본 회사들도 터보 엔진을 도입하기 시작했고, 토요타도 그중 하나다. 상대적으로 대응이 늦었다는 측면도 있긴 하다.

 

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토요타는 터보 엔진의 도입은 늦었지만 새로운 기술을 들고 나왔다. 바로 ‘앳킨슨 터보’이다. 그러니까 하이브리드에 주로 쓰이는 앳킨슨 사이클의 엔진에 터보를 조합했다. 이전에는 없던 조합이다. 잘 알려진 것처럼 앳킨슨 사이클은 출력보다는 연비에 유리하고, 터보는 배기량 이상의 출력을 내는 기술이다. 서로 상반된 성격의 기술을 조합한 게 흥미로운 점이다.

 

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앳킨슨 터보는 1년 전에 예고됐다. 작년 4월에 공개된 새 가솔린 엔진 패밀리는 3, 4기통의배기량 1~1.3리터이고, 자연흡기에도 앳킨슨 사이클을 적용한 게 특징이었다. 일반 엔진에 앳킨슨 사이클이 적용된 건 새 가솔린 엔진 패밀리가 처음이다. 그리고 새 엔진 패밀리에서는 총 14개의 엔진이 나오게 된다.

 

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앳킨슨 터보는 새 엔진 패밀리에 과급을 더한 개념이다. 첫 엔진은 작년에 나온 렉서스 NX 200t의 2리터 터보이고, 두 번째는 올해 4월에 공개된 1.2리터 터보이다. 배기량은 다르지만 두 엔진은 앳킨슨 사이클의 터보라는 공통점이 있다. 앞으로도 추가적인 앳킨슨 터보가 나올 전망이다.

 

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오리스에 가장 먼저 탑재된 1.2리터 터보(8NR-FTS)는 열효율을 최대한 높인 게 핵심이다. 열효율과 연비는 비례한다. 토요타의 앳킨슨 터보는 출력보다는 연비에 좀 더 무게가 실려 있는 엔진이다. 새 1.2리터 터보는 112마력의 최고 출력을 발휘하며, 18.8kg.m의 최대 토크는 1,500~4,000 rpm 사이의 넓은 구간에서 나온다. 이 엔진이 탑재된 오리스 120T의 공인 연비는 일본 기준으로 리터당 19.4km이다. 10.0:1의 압축비는 터보 엔진으로서는 높은 편이다. 뉴 코롤라의 1.5리터 터보는 압축비가 13.5:1까지 올라간다.

 

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터보도 최근 트렌드와는 약간 다르다. 최근의 터보는 트윈 스크롤이 주류를 이루지만 토요타의 1.2 터보는 싱글 스크롤 방식을 사용한다. 비용을 낮추기 위한 해법으로 풀이된다. 싱글 스크롤 터빈은 배기 매니폴드와 통합돼 있다. 토요타에 따르면 토크 밴드를 넓히고, 엔진의 반응을 빠르게 하는 효과가 있다. 노킹의 위험을 최소화 한 것도 특징이다. 토요타는 노킹을 줄이면 최소 10%의 출력 상승 효과가 있다고 밝혔다.

 

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실린더 내의 소용돌이 효과를 통해 연소 속도를 높인 것도 효율을 향상시키는 부분이다. 여기에 직분사와 터보를 조합한 D-4T 기술을 조합했다. 토요타에 따르면 이를 통해 공연비를 최적화 할 수 있다. 그리고 흡기에는 VVT-iW(Variable Valve Timing-intelligent Wide)까지 추가했다. VVT-iW는 부하에 따라 밸브 타이밍을 최적화 하고, 펌핑 로스도 줄이는 효과가 있다. 이런 기술들이 조합된 1.2리터 터보의 열효율은 36%이다. 양산형 가솔린 엔진 중에서는 가장 높은 수준이다. 일반적인 가솔린 터보의 열효율은 보통 30~35% 사이이다.

 

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토요타는 TNGA(Toyota New Global Architecture)와 함께 엔진 라인업의 변화도 준비 중이다. 올해 안에 출시될 14개의 새 엔진은 토요타의 전체 차종의 30%를 커버하게 된다. 새 엔진들은 기존 유닛 대비 연비가 10% 내외로 좋아진다. 그리고 신형 프리우스에 탑재되는 엔진은 열효율 40%가 될 것으로 알려졌다. 이 열효율이 높은 엔진에 과급을 더한 게 앳킨슨 터보이다. 앳킨슨 터보는 토요타의 성공 여부에 따라 새 트렌드가 될 가능성도 있다. 아우디는 최근 밀러 사이클과 터보를 조합한 새 2.0 TFSI 엔진을 선보이기도 했다.

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