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‘터보랙’을 해결하기 위한 솔루션..전자식 터보 시스템

데일리카 조회 수562 등록일 2019.10.21
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메르세데스-AMG, ′프로젝트 원(PROJECT ONE)′


[데일리카 임상현 기자] 최근 배기가스와 연료효율을 높이기 위한 방법으로 각 제조사들은 전동화 파워트레인 전략과 함께 다운사이징 엔진을 탑재하고 있다. 그러나 줄어든 배기량의 힘을 극복하기 위해 강제로 압축공기를 확보하는데까지 필요한 시간인 ‘터보랙’ 극복이 숙제로 남아있다.

지난 목요일 터보차저 공급업체인 가레트 어드밴싱 모션(Garrett Advancing Motion)은 이 같이 다운사이징 엔진의 단점으로 꼽히는 터보랙을 줄이기 위한 전자식 터보차저 설계를 마치고 오는 2021년 대량생산에 돌입한다고 밝혔다.

E-Turbo로 불리는 가레트의 새로운 전자식 터보차저는 모터스포츠 정점에 있는 포뮬러원(F1) 레이싱 차량에 쓰이는 MGU-H 방식과 유사한 구조를 가지고 있다.

지난 2014년부터 자연흡기 엔진대신 V6 터보엔진을 사용한 F1 역시 터보의 지연시간을 줄이기 위한 전자식 터보 시스템을 사용하고 있다.

가레트, E-Turbo


가레트가 발표한 E-Turbo는 배기와 흡기 터빈을 연결하는 샤프트에 모터 제네레이터를 부착시켜 즉각적인 반응을 이끌어 낼 수 있다는 점이 특징이다.

작동원리는 엔진 회전수가 낮을 시 원활하지 못한 배기가스로 인해 부족한 터빈 회전수를 모터가 대신 해주는 방식이다. 이 경우 작동과 동시에 최대토크가 발생되는 모터 덕에 필요한 압축공기를 빠르게 확보해 실린더에 공급할 수 있다.

일반적인 다운사이징 차량에 탑재된 터보 시스템은 터보랙을 줄이기 위해 터빈의 사이즈를 줄이거나 공기 흡입구를 두 곳 이상으로 나누는 방식을 이용하고 있다. 그러나 가레트가 발표한 E-Turbo를 사용하면 터빈 사이즈를 줄이거나 여러곳의 공기 흡입구를 만들지 않아도 충분한 압축공기를 확보할 수 있다는 설명이다.

여기에 엔진 회전수가 충분한 배기가스를 발생시키는 시점까지 도달할 시 샤프트에 장착된 전기모터는 발전기로 역할을 변경하게 된다.

메르세데스-AMG, ′프로젝트 원(PROJECT ONE)′


이 경우 별도의 배터리를 충전시켜 낭비되는 열에너지를 전기 에너지로 교환하며, 배터리에 저장된 전기는 직접적으로 구동에 영향을 미치는 동력원으로도 사용이 가능하다.

이처럼 기존 터보차저의 단점을 개선한 전자식 터보 시스템은 현재까지 모터스포츠를 제외하면 양산형 차량에 적용된 사례는 극히 일부가 존재한다.

메르세데스-AMG가 발표한 하이퍼카 ‘One’의 경우 실제 F1에 사용되는 V6 터보엔진을 그대로 적용한 사례로 이 경우를 제외한다면 아우디의 SQ7 TDI 정도가 손에 꼽힌다.

그러나 가레트가 발표한 제네레이터 기능을 겸하는 시스템은 아직까지 양산형 모델에서는 찾아볼 수 없다. 가레트에 따르면 평균 1500rpm의 낮은 엔진 회전수에서는 압축공기 생성시까지 4.5초의 시간이 걸리지만 전자식 터보의 경우 1초만에 목표하는 압축공기를 생성할 수 있다고 전했다. 이경우 가속성능이 25% 향상되는 효과도 동시에 발생된다.

메르세데스-AMG, ′프로젝트 원(PROJECT ONE)′


가레트는 대량 생산에 돌입하는 2021년에는 고성능 자동차 위주로 제조사에 공급할 계획이지만 점차 대중적인 모델까지 확대한다는 방침이다.

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