현대자동차 중대형 상용 디젤엔진

[연료와윤활]

 현대 중대형 상용디젤엔진의 특징과 신기술들

현대 중대형 상용디젤엔진의 특징과 신기술들

현대차는 17일, 자체기술로 중소형(4ℓ급), 중형(6ℓ급), 대형(10ℓ급) 등 중대형 상용디젤엔진 3개종을 개발하는데 성공했다고 밝혔다. 중형,대형급 디젤엔진을 현대차가 순수 독자기술로 개발하기는 이번이 처음이다. 그간 엔진기술을 공유하기위한 다임러와의 제휴가 이뤄지지 않으면서 매각,합병등의 위기를 극복하고 독자기술로 이러한 성과를 이루었다는 것에 큰 의미가 있겠다. 현대자동차가 개발한 4가지의 상용 디젤엔진의 특징과 배기가스관련 기술 그리고, 엔진에 적용된 새로운 기술들에 대해 알아보자.

▶각 엔진별 특징

1. F 엔진 : 기존 엔진 대비 토크를 40kg·m에서 59kg·m로 50% 가까이 높이고, 저속에서 중고속 영역까지 동일한 토크를 유지하는 유럽형 플랫토크 특성을 갖도록 개발했다. 이에 따라 시속 50km에서 80km에 이르는 가속성능이 21.12초에서 14.8초로 30% 가량 향상 됐다.

또한 차량 용도별 실제 주행모드를 분석, 맞춤형 연비 최적화 매칭을 수행해 기존차량과 연간 유류비(7만km 운행기준)를 비교하면 60~90만원 가량의 비용절감 효과가 있다고 전한다.

2. G 엔진 : 최대 토크를 70kg·m에서 100kg·m로 약 40% 이상 높이고, 차량 동력성능(추월성능)을 최대 22%까지 향상 시켰다. 연비 또한 대폭 개선해, 연간 유류비(7~10만km 운행기준)가 70~210만원까지 절감된다.

3. H 엔진 : 15톤 덤프 기준 연 10만km 주행시 250만원의 연료비 절감효과가 있으며, 특히 시내버스의 경우 추월성능 11%의 향상과 더불어 연간 360만원의 유류비가 절감된다.

4. 파워텍 개량엔진 : 기존 엔진대비 연비가 1.3%~3.3%, 동력성능은 6~9% 향상돼 향상시켜 연료비(10만km 운행기준)가 연간 최대 300만원 절감된다.

▶ 각 엔진의 내구성
새롭게 개발된 디젤 상용 엔진은 기존 구형엔진 대비 향상된 내구수명을 갖도록 개발됐다. F엔진과 G엔진의 경우 내구수명이 70만km로 구형엔진보다 각각 약 75%, 45% 향상됐으며, H엔진도 120만km으로 기존엔진 대비 70% 향상되었다.

또 엔진오일의 교환주기를 연장하기 위해 엔진오일의 열화를 줄이는데 주력했다. 연소실 개발을 통해 오일열화의 주범인 오일내 매연의 오염도를 1/3수준으로 낮췄고, 엔진 오일쿨러 성능향상으로 오일온도를 기존대비 약 5~10도 낮춰 엔진 오일교환 주기를 6만km 수준으로 기존대비 3~4배 연장시켰다.

▶ 엔진 소음 관련
신엔진의 소음저감장치는 운전자가 실제 운행시 느끼는 감성적인 측면에 중점을 두고 개발됐다. 특히 소음 저감부품 적용과 연소음 튜닝을 통해 정차시 느끼는 디젤 특유의 아이들 소음을 대폭 줄였다. 또한 가속소음과 여러 잡음도 제거, 더욱 편안한 장거리 운전을 가능하게 했다.

▶ 배기 가스
이번에 개발된 신엔진은 모두 유로4 배출가스 규제를 만족시키는 친환경 엔진이다. 신엔진들은 질소산화물과 입자상 물질 저감을 위해 첨단 신기술을 적용했다.

입자상 물질 저감을 위해 매연을 배기열로 연소시켜 정화시키는 PMC(미세물질 저감 촉매장치, Particulate Matters Catalyst) 라는 후처리장치가 이용됐다.

기존 기술인 DPF의 경우 매 800~1,000km마다 재생이 필요하며, 16만km마다 탄매 제거를 위한 정비를 반드시 실시해야 하지만, PMC는 금속으로 제조돼, 정비과정 없이 엔진수명과 동일한 내구력을 가진다. PMC는 연비, 정비관리, 내구성 측면 모두 DPF보다 우수한 최신 기술로 최근 유럽에서 각광을 받고 있다.

또한 전자식 수냉 EGR(배기가스 재순환장치, Exhaust Gas Recirculation) 시스템을 채택, 배기가스가 EGR 냉각기를 통과해 다시 연소실로 들어가므로 연소온도 저감을 통해 질소산화물을 정화한다. 반면 기존 SCR(선택적 촉매환원장치, Selective Catalytic Reduction)의 경우 질소산화물 정화를 위한 우레아가 연료소모의 3~5%만큼 사용돼, 추가비용이 발생하고 공급망이 부족해 이용이 불편하다.

EGR은 별도의 유지관리가 필요 없으므로 고객편의성 측면에서 매우 우수한 기술이며, 유럽, 일본, 북미에서 널리 사용되는 검증된 기술로 신뢰성이 매우 높다.

▶ 적용된 신기술

• 연료분사장치 : F,G엔진의 커먼레일은 3세대 커먼레일로 1,800바(bar)까지 고압분사가 가능해, 획기적인 고성능과 저연비를 실현했다. 또한 파이롯트 분사로 탁월한 소음진동 효과를 체감할 수 있다. 엔진 ECU는 고성능 CPU를 적용했으며 세라믹 기판을 사용하여 탁월한 내구성을 확보했다. 인젝터와 고압펌프의 내구력을 기존대비 2배이상 개선, 정비비용을 대폭 절감했다.

• 실린더 블록 : Compacted Graphite Iron, 즉 CGI라고 불리는 고강성 주철재질을 사용했다. CGI는 주조기술과 가공기술이 핵심으로 상용엔진으로는 국내 최초로 생산에 성공했다. 일반 회주철 대비 내구력이 2배이상 높고, 소음과 오일소모를 획기적으로 줄였다.

• 피스톤 : 70만km 이상의 내구수명을 만족하기 위해 고강도 알루미늄 재질을 적용했으며, 피스톤의 연소실 하부에 이중의 물결모양 오일통로를 성형한 “더블 웨이브 갤러리”를 국내 최초로 사용해, 기존대비 30도 이상의 냉각성능을 향상시켰다. 또한 경사 STEP RE-ENTRANT 연소실을 신규적용, 배출가스 저감과 엔진오일의 열화를 최소화해 오일교환주기를 기존엔진 대비 약 3배를 연장했다.

• 터보차져 : 기존의 웨이스트게이트 터보의 성능을 향상시킨 RCC형식의 터보차져를 채택했다. 컴프레서 입구에 내구공기 재순환 장치(RCC)를 적용, 엔진의 모든 운전영역에서 성능과 연비를 향상시키는 고효율의 터보차져를 적용했다.

• 오일필터 : 친환경 ECO 형식을 적용, 여과지만 교환함으로써 재활용이 가능하게 했다. 또한 오일필터 위치를 엔진전방 상부에 둬 정비성도 향상시켰다.