볼보의 새로운 심장을 분석하다! - 'D5 트윈터보 디젤엔진'

제네바에서 만난 볼보의 신형 D5 엔진의 모습. ⓒ박찬규

[Seoul, Korea -- reporterpark.com] 박찬규, 2009.08.20.Thu.

볼보자동차코리아가 오늘, 서울 대치전시장에서 플래그십 디젤 세단인 The New Volvo S80 D5 모델을 선보였다. 

이번에 선보인 볼보의 디젤 플래그십 세단인 S80 D5 모델은 볼보의 새로운 심장을 지녀, 보다 강력하며 효율적인 신형 D5 엔진을 장착한 것이 가장 큰 특징이다.

바로 이 새로운 D5 엔진은 기존 D5 엔진과 같은 배기량 2400cc의 직렬 5기통 이지만, 순차 트윈 터보차저, 세라믹 재질의 예열 플러그, 압전 연료 분사기 등 볼보의 최신 디젤 기술이 적용된 점이 특징이다. 한마디로 밥 먹는 양은 같은데도, 힘은 더 쓸 수 있다는 말이다. 새로운 D5 엔진은 최고출력 205마력(@4000rpm), 최대토크 42.8kg.m(@1500~3250rpm)의 성능을 자랑한다.

Powertrain Engineering 부사장 Derek Crabb은 “간단히 말하면, Euro 5 기준을 준수하는 현대식 성능의 디젤 엔진을 개발했다는 것이다.”라면서 “이전 세대의 엔진들은 지속적으로 개발과정을 거치면서 가능성을 확인하는 데 그쳤다. 따라서, 우리는 완전히 백지상태에서 출발하여 오늘날 접근 가능한 고급 기술들을 활용하기 시작했다. 이번 결과는 기대 이상이다. 더 중요한 것은, 이 엔진은 전적으로 볼보가 자체적으로 개발했다는 점이다.”라고 말한다.

이제 볼보의 새로운 심장에 대해 보다 자세히 알아보도록 하자.

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제네바에서 만난 볼보의 신형 D5 엔진의 모습. ⓒ박찬규

볼보의 신형 D5 엔진은 다양한 엔진 회전수(RPM)에서 나오는 최대토크와 빠른 자동 변속이 결합돼, 실질적으로 연비를 향상시키면서도 성능을 향상시킨 것이 특징이다.

 

서로 다른 크기의 터보차저 2개가 차례대로 작동하면서 보다 광범위한 회전속도 범위 내에서 고른 힘을 낼 수 있도록 도와준다. 그 결과, 어떤 속도에서도 응답속도와 가속력이 좋고, 터보 2개의 회전 범위간 동력 전달이 아주 매끄럽게 된다. 따라서, 운전자가 원하는 시점에 원하는 만큼의 힘을 낼 수 있고, 특히, 80~120 Km/h 일 때는 앞 차들을 쉽게 추월할 수 있는 시점이 된다. 결과적으로 매우 정교한 운전 체험이 가능하다는 이야기다.

 

압전 연료 분사기를 사용하는 고급 분사 기술을 채택하여, 연료실 에서 분무식 연료를 정밀하게 배포할 수 있기 때문에 연소가 효과적이고 배출가스도 적다. 이와 동시에, 6 기통 가솔린 엔진과 같이 부드러운 수준에 버금가는 소음 수치를 확보할 수 있다. 이 엔진은 NVH 또는 소음, 진동 및 거칠기 등으로 일컬어지는 노이즈 컴포트와 소음 인지도 관점에서도 아주 탁월한 결과를 제공한다고 볼보자동차 측은 설명한다.

제네바에서 만난 볼보의 신형 D5 엔진의 모습. ⓒ박찬규

Derek Crabb은 “연료 소비를 낮추는 기술 솔루션들은 친환경 엔진 구현에도 유용하다.”라면서, “배기가스와 미립자의 발생을 줄이는 것은 새로운 엔진 개발 시 고려해야 하는 기초적인 규정 중 하나이다.”라고 설명한다.

 

트윈 터보차저, 압전 연료 분사기 및 EGR 컨트롤 향상 외에도 신형 D5 엔진은 세라믹 재질의 예열 플러그를 장착했다. 즉, 워밍업 시간을 크게 줄여서 시동을 걸로 바로 출발할 수 있게 됐다. 2초 만에 1,000℃까지 도달하여 시동 걸기가 용이하고 배기가스의 배출량도 줄어들게 된다. 즉, 회전 속도가 아주 낮은 경우에도, 세라믹 재질의 예열 플러그가 실린더의 온도를 높여서 연소 효율을 향상시키게 되는 것이다.  

 

고급 분사 기술을 사용하면, 주 분사가 이뤄지고 난 후 사후-분사로 일컫는 프로세스가 가능하기 때문에, 아주 조금씩 추가로 연료를 분사하여 배기가스의 그을음 같은 입자상 물질을 제거할 수 있는 장점도 있다.

 

제네바에서 만난 볼보의 신형 D5 엔진의 모습. ⓒ박찬규

이 신형 5 기통 디젤 엔진은 볼보가 디젤 엔진을 개발하기 위한 신규 프로젝트의 첫 번째 작품이다.

 

Derek Crabb은 “아이디어 구상에서부터 차량에 엔진을 탑재하기까지 모든 프로세스가 3년도 채 걸리지 않았다. 정말 굉장한 것이다.”라면서, “이 엔진의 수명이 다할 때까지 계속 개발해 나가다 보면, 다른 볼보 모델에도 최적화할 수 있을 것이다.”라고 말한다.

 

시작부터 운전 성능과 안락함을 보장하는 디젤 엔진을 개발하는 것이 목표였다. 아울러, 엄격하게 적용되는 환경 요구사항도 충족시켜야만 했던 것. 이 엔진은 터보차저 및 여타의 컴포넌트에 대하여 표준 마운팅을 사용하여, 디자인과 조립방법의 측면에서 모듈식 기법에 따라 개발됐다. 모듈식 방법은 다른 볼보 모델에 설치하기도 용이하고, 개발 가능성이 높아 향후 고객들의 요구에 신속하게 대응할 수 있다.

 

Derek Crab은 “모듈식 접근법을 도입하면, 공장에서 엔진을 조립하기가 용이하다.”라고 말한다. 그는 “엔진 조립의 전제조건을 제대로 충족하기 위하여, 정비공들의 인체공학적 측면과 고품질 생산을 고려하는 것은 물론 정비공들의 엔진 분야에서 고도로 숙련된 직원들의 경험과 아이디어를 지속적으로 주고 받았다.”라고 덧붙였다.

제네바에서 만난 볼보의 신형 D5 엔진의 모습. ⓒ박찬규

제네바에서 만난 볼보의 신형 D5 엔진의 모습. ⓒ박찬규

Derek Crabb은 “결론적으로, 볼보의 신형 하이테크 5-기통 디젤 엔진은 연소엔진의 환경효과를 줄이려는 볼보의 의지를 향한 또 하나의 발걸음이며, 동시에 S80 고객들에게 진정 조용하고 정교한 엔진으로 탁월한 운전성능을 제공하고 있다.”라고 강조한다.

[D5엔진 기술 개요]

 

1) D5엔진은 알루미늄만으로 제작되어 엔진이 매우 가볍고, 방열 속성도 탁월하다.  

 

2) 가로방향 냉각으로 실린더 헤드와 엔진 블록에 냉기를 일정하게 공급해 엔진 전체의 온도를 균일하게 컨트롤하고, 안정성을 높이며, 오랜 수명을 보장한다.

 

3) 2개의 터보차저는 서로 다른 크기로 되어 있으며 광범위한 회전 범위로 최대 1.8 바의 부스트 압력을 제공한다.
작은 터보차저는 회전 수가 낮을 때 주로 사용되며, 큰 터보차저는 신속하게 작동하며 스로틀의 움직임에 즉각적으로 반응한다. 회전 수가 높으면 큰 터보차저가 작동하여 고속에서 가속 페달을 밟을 때, 보다 강력한 추진력을 제공한다.
트윈-터보 엔진을 장착하면 성능 향상과 연료 소비의 감소 외에도 EGR 시스템을 보다 효과적으로 이용할 수 있게 된다.

 

4) EGR 냉각장치의 용량을 늘리고 효과적인 냉각 핀을 장착하여, 열 손실 효율을 25% 이상 높일 수 있었으며 되돌아오는 배기가스의 온도가 매우 낮기 때문에 NOx의 배출량을 Euro 5 기준치에 합당하도록 줄일 수 있다. NOx는 지상 수준의 오존 오염을 유발하며, 흙과 물에 과도하게 비료를 주거나 산성화되는 이유 중 하나이다. 또한, NOx는 호흡기에도 영향을 준다.

 

5) 압전 연료 분사기를 효율성이 상당히 높은 고압력 연료 펌프와 함께 사용하면 분사 압력이 무려 1,800 바까지 증가하며. 반응속도는 기존 분사기의 두 배가 빨라졌다.
분사 압력의 효과가 개선되고 반응 시간이 빨라지면 배기가스, 엔진 출력, 엔진 소음 및 연료 소비를 낮추는 데 유용하다. 따라서, 연료의 분사량은 운전 상태에 따라 정교하게 맞춰지기 때문에 연소가 효과적이고, 연비가 높아지며, 독성 물질의 배출량을 줄일 수 있게 되는 것이다.  

 

6) D5 엔진은 커먼레일 분사가 특징으로 연료 레일을 통하여 최대 1800바의 높은 압력을 견딜 수 있도록 특수 고안되었다. 이 고압력 연료 펌프의 효율성은 이전 D5 엔진 세대보다 향상된 것이다. 효율성이 향상되고, 무게가 가벼워져 연비를 높이는 효과를 덤으로 얻었다.
 

7) 세라믹 재질의 예열 플러그는 시동 후 바로 출발하도록 지원하는 하이테크 컴포넌트이다. 매우 빠르게 가열되기 때문에, 콜드 스타트 2초 후에 온도가 1,000℃까지 상승하게 된다. 최대 작동온도는 1,300℃이며, 이는 전통 방식의 예열 플러그보다 30%나 높은 수치다. 따라서, 이 엔진은 영하 30℃에서도 별다른 워밍업 없이 바로 출발할 수 있다.

 

8) 오일 계량봉을 사용하는 대신 정보 디스플레이가 급유 시기를 운전자에게 알려준다. 이 시스템은 오일이 얼마나 필요한 지도 정확하게 표시해준다.  

 

9) 마지막으로, 엔진 마운팅은 지속적으로 개발되어, 현재 높은 토크 레벨에도 적용할 수 있다. 계속 가속하는 동안, 제3의 토크 로드로 엔진을 안정화시킨다.  

ⓒ박찬규

8월 20일 선보인 New Volvo S80 D5는 The New Volvo XC60에 적용된 새로운 볼보의 패밀리룩이 적용됐다. 또한 더욱 커진 볼보의 아이언마크가 라디에이터 그릴 중앙에 자리해 멀리서도 볼보임을 확인시켜준다.

New Volvo S80 D5의 국내 출시 가격은 5480만원(VAT포함)이다.

신형 D5 엔진을 장착한 S80의 모습 ⓒ박찬규

신형 D5 엔진을 장착한 S80의 모습 ⓒ박찬규

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박찬규 기자 (朴燦奎, Justin Park)