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메르세데스-AMG 53시리즈, 48볼트 시스템으로 성능과 환경 양립

글로벌오토뉴스 조회 수3,252 등록일 2018.11.05


메르세데스 AMG 라인업에 53시리즈가 추가됐다. 전동화의 점진적 진보를 꿈꾸며 출시한 53 라인업은 ‘마일드 하이브리드’를 기반으로 한다. AMG 53 시리즈는 메르세데스 벤츠에서 새로 개발한 3.0L 직렬 6기통 가솔린 터보차저 엔진에 마일드 하이브리드인 ‘EQ 부스트’를 결합했다. 최고출력 435마력, 최대토크 53.0kg-m을 발휘하며, 전기 모터와 전자식 컴프레서가 조합됐다. 메르세데스 AMG로서는 처음으로 48볼트 전원 시스템이 채용된 것이다.

글 / 채영석 (글로벌오토뉴스 국장)

오늘날 대부분의 자동차에 채용된 12볼트 배터리를 사용하는 모터 출력은 주변 기기를 돌리기에는 적합하지 않다. 그래서 에어컨 컴프레서와 워터펌프 등 동력이 필요한 주요 장비들은 크랭크 샤프트에 벨트 또는 체인을 걸어 강제로 구동시키는 방식을 사용한다. 그로 인해 엔진의 출력을 바퀴에 온전하게 전달하지 못하고 중간에 뺏긴다. 엔진 내 스타터 모터와 점화 플러그 등 전기가 필요한 장비에 필요한 출력을 얻기 위해 중간 정류 과정이 필요하기도 하며, 이 과정에서 전기 손실이 발생하기도 한다. 게다가 최근에는 커넥티비티를 비롯한 엔터테인먼트 장비가 늘어나고 ADAS장비의 채용이 증가하면서 보조 전원의 필요성은 더 증가하고 있다. 이 문제를 더 적은 비용으로 해소할 수 있는 것이 48볼트 마일드 하이브리드 시스템이다.

엔진 내에 공급되는 전압을 48V로 올리면 많은 문제를 해결할 수 있다. 에어컨 컴프레서와 워터 펌프의 경우 48V의 전압이라면 모터만으로도 구동이 가능해 벨트 수를 그만큼 줄일 수 있다. 엔진 스타터 모터도 좀 더 힘차게 돌릴 수 있으며, 점화 플러그에도 더 센 전압을 공급해 정확한 연소가 가능하도록 할 수 있다. 전기를 많이 남길 수 있어 배터리 충전에도 효율적이다. 기존의 풀 하이브리드와 비교 시 48V마일드 하이브리드는 부품의 수가 적다. 구조가 간단해서 다양한 차종에 탑재도 가능하다. 그만큼 기존 시스템 대비 비용을 낮춘 것도 장점이다. 12V 시스템보다 에너지 재활용이 뛰어난 것도 혜택이다.


메르세데스 AMG 53시리즈의 엔진은 메르세데스 벤츠 S450에 탑재되는 M256에 터보차저를 조합한 것이다. 엔진 자체의 최고출력이 S450보다 68ps 증강된 435ps(320kW), 최대토크는 2.04kgm(20Nm)증강된 53.0kgm(520Nm)으로 높아졌다.

이 엔진에 채용된 48볼트 시스템에는 ISG(Integrated Starter Generation)라고 하는 스타터와 발전기의 기능을 동시에 갖춘 모터, 그리고 리튬 이온 배터리가 조합된다. 여기에 48V 온보드 네트워크도 갖춰 에어컨과 워터펌프도 전동화하고 모터로 과급하는 전동 수퍼차저도 장비하는 등 48V 보조 전원의 장점을 충분히 활용하고 있다. ISG+48V보조 전원+전동 수퍼차저를 장비하고 48V 온보드 네트워크를 갖추고 있는 이 마일드 하이브리드 시스템은 올터네이터를 조합한 다른 메이커들의 시스템과는 다르다.

48볼트 전원 시스템은 주행성능을 높이는데 사용된다. 48볼트 전원 시스템의 채용으로 탑재가 가능해진 전동 수퍼차저와 ISG를 이용한 것이다. ISG의 최고출력은 22ps, 최대토크는 25.5kgm. 전동 수퍼차저는 저회전역에서의 과급에 사용해 터보 래그를 최소화한다. ISG는 저회전역에서의 동력 보조에 사용해 강력한 가속력을 실현한다.

AMG 53시리즈의 ISG는 자동변속기인 9G트로닉과 엔진 사이에 배치된다. 이 ISG를 변속 시간의 단축에 이용한다는 점도 눈길을 끈다. 변속을 하려면 변속기의 입력부와 엔진의 회전수를 동기화 해야 한다. ISG를 이용해 변속기 입력축의 회전수를 적극적으로 조정함으로써 동기에 필요한 시간을 단축했다. 그로 인해 매끄럽고 타임 래그가 최소화된 변속의 실현이 가능해졌다.


실제 주행에서는 거의 전 회전 영역에서 일정한 토크가 발휘된다. 이는 코너링 공략시 안정성을 높여 주는데 기여한다. 엔진 회전과 토크를 모두 신경 써서 기어 변속을 결정할 필요 없이, 오직 엔진 회전만 신경 쓰며 기어 변속 후 코너에 진입하고 서서히 가속 페달을 밟아 나가며 탈출하기만 하면 된다. 기어를 변속하는 동작도 이제는 두 손 안에서 패들을 조작하는 것 만으로 해결할 수 있으니 스티어링 휠에서 두 손을 뗄 필요도 거의 없다.

전기 모터가 발진과 가속을 보조하는데다가 최대토크 역시 1,800~5,800rpm이라는 거의 전 영역의 회전을 커버하고 있기 때문에 시내에서는 물론 회전을 사용하게 되는 와인딩 도로에서도 기민하게 주행할 수 있다. 일반적인 플랫 라이드가 서스펜션의 도움으로 인한 것이라면 AMG 53에서는 토크를 일정하게 사용할 수 있어 심리적으로 안심하고 가속 페달을 조종할 수 있기 때문에 발생하는, ‘가감속 영역에서의 플랫 라이드’라고 할 수 있다.


쾌적성과 환경성능에도 기여
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AMG 53시리즈의 주행성능 향상에는 4매틱 +(플러스)도 기여하고 있다. 4매틱은 앞뒤 토크 배분을 50 : 50에서 0 :100의 범위에서 자동으로 조정하는 풀 타임 4WD다. 뒷바퀴 굴림방식이 기본이고 운전 상황에 따라서는 시스템이 앞뒤 토크 배분을 자동으로 최적화해 주행 안정성을 높인다.

쾌적성 향상에 관해서도 ISG의 높은 출력을 활용한다. 출력이 낮은 모터를 사용하면 엔진의 시동시 또는 스톱&스타트 기능이 작동할 때 엔진의 재시동시에 진동이 발생하기 쉽다. 출력이 낮아 엔진의 진동을 억제하는 회전수까지 단번에 올리지 못하기 때문이다. 그로 인해 4기통 엔진을 탑재한 모델의 경우 재시동 시 제법 큰 진동이 발생해 오히려 재시동 기능을 끄고 다니는 것을 고려하는 경우도 있다. 그에 비해 출력이 높은 ISG에서는 회전수를 순간적으로 올려주기 때문에 시동과 재시동시의 진동을 억제하기 쉽다. 그만큼 쾌적성 향상에 도움이 된다.

ISG에 의한 감속과 제동시의 에너지회생, 그리고 엔진 바로 아래 배기가스 정화용 촉매 시스템을 배치한 것도 중요하다. 촉매 시스템을 엔진 바로 아래 배치할 수 있게 된 것은 엔진을 V형이 아닌 직렬 6기통으로 했기 때문이다. 직렬 6기통은 V형 6기통에 비해 엔진 폭을 짧게 할 수 있기 때문에 촉매 시스템을 엔진 측면에 배치하기 쉬워진 것이다.


반면 세로 배치 엔진이기 때문에 V6에서 직렬 6기통으로 변경한 만큼 엔진은 세로로 더 길어지고 거기에 ISG를 조합해 엔진 앞 끝부터 9단 AT뒤 끝까지 길어졌다. 그 공간을 확보할 수 있었던 것은 에어컨과 워터 펌프 등 기존에는 엔진을 이용해 구동했던 부품을 전동화해 엔진 앞 부분의 벨트를 폐지했기 때문이다.

AMG 53시리즈에 48볼트 전원 시스템을 채용한 것은 메르세데스 벤츠가 직렬 6기통 엔진을 부활시킨 이유를 보여 주고 있다. 점차 엄격해지고 있는 배기가스 및 연비 규제에 대응하기 위해 배기가스 정화를 위한 장치들의 부피가 점차 커졌다. 이런 상황에서 V형 엔진은 공간확보에 어려움을 겪게 된다. 반대로 직렬 6기통 엔진은 레이아웃의 자유도가 높은 만큼, 이러한 상황에 대응하기 쉬운 장점을 가지고 있다.

또한 터보차저가 적극적으로 도입되면서 현재의 직렬 6기통 엔진이 상위 등급인 V형 8기통 엔진에 버금가는 출력을 얻을 수 있게 된 것도 변화의 배경이다. 고성능 모델로서의 성격도 살릴 수 있는 것이다. 메르세데스-벤츠는 S450과 S500, AMG 등 기존 V형 8기통 엔진이 탑재되었던 차량들을 직렬 6기통 엔진으로 변경하면서 연비와 성능을 모두 만족시키는 변화를 진행하고 있다.
<저작권자(c) 글로벌오토뉴스(www.global-autonews.com). 무단전재-재배포금지>
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  • danawa 2018.11.07
    벤츠는 어제봐도 너무 이쁘네요
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  • danawa 2018.11.08
    대배기량 차량들도 다운사이징을 피할순 없는 와중에, 후륜구동용 엔진에 직렬6기통이 다시 매리트가 생기는군요...
    복잡한 팬벨트를 볼때마다 생각만 했었는데, 그걸 진짜로 실현할줄은 몰랐네요..
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