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멈추지 않는 디젤 엔진의 진화, ‘스마트스트림 D3.0’

현대·기아차가 2019 파워트레인 콘퍼런스에서 ‘스마트스트림 D3.0’ 디젤 엔진을 공개했다. 이 디젤 엔진은 국내 최초의 직렬 6기통 구조로, 성능과 효율 모두가 개선된 것이 특징이다.

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자동차의 전동화 시대가 빠르게 다가오고 있다. 하지만 그동안 자동차의 심장을 도맡아 온 내연기관 엔진은 아직도 발전을 거듭 중이다. 최근에는 수많은 연구개발 끝에 한계로 지적되던 부분까지 차례로 넘어서며 나날이 엄격해지는 환경 기준에 발맞춰 진화하고 있다. 디젤 엔진의 경우 최근 일련의 사건으로 신뢰도가 크게 하락했다. 그러나 여전히 장점이 뚜렷해 유럽 주요 제조사를 중심으로 개발과 개선을 멈추지 않고 있다.

2019 현대·기아차 국제 파워트레인 콘퍼런스는 파워트레인의 현재와 미래를 아우르는 행사다

현대·기아차 또한 디젤 엔진 연구와 개발을 꾸준히 진행 중이다. 이와 관련된 결과는 지난 10월 22~23일 개최된 ‘2019 현대·기아차 국제 파워트레인 콘퍼런스’를 통해 확인할 수 있었다. 최신 파워트레인의 동향을 파악할 수 있는 행사로, 올해 현대·기아차는 스마트스트림 G3.5 T-GDi 엔진과 스마트스트림 D3.0 엔진, 스마트스트림 습식 8단 DCT를 공개하며 내연기관 파워트레인의 지속가능성을 알렸다.


국내 최초의 직렬 6기통 디젤 엔진, 스마트스트림 D3.0

스마트스트림 D3.0 엔진은 연비와 성능, 친환경성 등 모든 부분에서 진보를 이뤘다

현대·기아차가 새로 공개한 파워트레인 중 국내 최초의 직렬 6기통 디젤 엔진은 참가자들의 시선을 끌어 모으기 충분했다. 스마트스트림 D3.0이라 명명된 이 엔진은 2006년 베라크루즈 출시 당시 탑재된 3.0ℓ V6 S 엔진의 계보를 잇는 친환경·고성능 디젤 유닛이다. S 엔진 이후 그동안 국산 6기통 3.0ℓ급 디젤 엔진은 V형이 유일했다. 하지만 직렬 6기통 엔진의 여러 장점이 부각되면서 스마트스트림 D3.0 엔진 역시 국내 최초로 직렬 6기통으로 개발됐다.


엔진 실린더가 수직으로 배치된 직렬 엔진은 내연기관의 역사와 발걸음을 함께해 왔다. 말 그대로 엔진의 시초이자 전통을 간직한 구조인 것이다. 가장 기본적인 구조이지만, 그 단순함 덕분에 제조 비용이 적게 드는 데다 무게도 상대적으로 가볍다는 장점이 있다. 또한 설계 구조상 엔진 작동 시 발생하는 진동이 비교적 적어 승차감 향상에도 일조한다. 최근 시장의 주류로 떠오른 직렬 4기통 엔진과의 호환성도 뛰어난 편이다.


이처럼 직렬 6기통 엔진이 지닌 여러 장점 때문에 해당 방식을 쓰는 제조사가 늘고 있다. 독일 메르세데스-벤츠가 대표적이다. 최근 자사 기함에 신형 직렬 6기통 디젤 엔진을 선보이며 자동차 업계를 놀라게 했다. BMW 역시 직렬 6기통 엔진이 지닌 이점을 오래 전부터 파악해 이 방식을 수십년 간 고수하고 있다.


고성능, 고연비 이룩한 차세대 디젤 엔진

스마트스트림 D3.0 엔진은 동급 직렬 6기통 디젤 엔진 중 가장 뛰어난 퍼포먼스를 자랑한다

이런 태생적 이점을 기반으로 한 스마트스트림 D3.0 엔진은 거의 모든 면에서 이전보다 발전했다. 우선 기존 S2 엔진 대비 최고출력과 최대토크가 각각 18마력, 2.9kgf·m 상승해 성능 면에서 괄목할 만한 개선을 이뤘다.


세부적으로는 볼 베어링 방식의 가변식 터보(VGT, Variable Geometry Turbocharger)를 신규 적용해 내구성과 함께 엔진 응답성을 향상시켰다. 최고출력 278마력, 최대토크 60.0kgf·m를 내뿜는 스마트스트림 D3.0 엔진은 동급 3.0ℓ 싱글 터보 디젤 엔진 중 최고 수준의 성능을 자랑한다.


뿐만 아니라 인터쿨러도 공냉식에서 수랭식으로 변경해 전반적으로 엔진 열 관리가 수월해졌다. 단순히 엔진의 예열 속도가 빨라진 것뿐만 아니라, 과급기 엔진에서 가장 중요한 냉각 효율 측면에서도 개선을 이뤄낸 것이 특징이다.

스마트스트림 D3.0에는 듀얼 루프 EGR을 비롯, 유해 물질 감소를 위한 수많은 장치들이 적용되었다

또한 스마트스트림 D3.0은 이전보다 연료효율성이 6.2% 개선됐다. 여기에는 치밀한 경량화 설계가 주효했다. 4기통 엔진과의 호환성을 높인 모듈형 구조와 더불어 주철보다 2.7배 가벼운 알루미늄으로 실린더 블록을 제조해 종전보다 무게를 32kg 줄였다. 물론 최적화된 설계로 높은 강성은 그대로 유지했다.

HP-EGR은 질소산화물을 크게 줄여 엔진의 유해가스 배출을 억제한다

연비 향상에 일조한 것은 비단 경량화 뿐만이 아니다. 엔진 내 크랭크샤프트 위치와 벨트 드라이브 시스템을 최적화한 뒤, 저점성 엔진 오일을 사용해 마찰 저감 성능을 17% 끌어올렸다. 또한 LP-EGR(Low Pressure-Exhaust Gas Recirculation, 저압 배기가스재순환장치)과 HP-EGR(High Pressure-Exhaust Gas Recirculation, 고압 배기가스재순환장치)의 장점을 취합한 듀얼 루프 복합 EGR을 적용해 응답성이 빨라졌다. 덕분에 흡·배기 손실과 냉간 상태에서 배출되는 질소산화물 및 미세먼지 발생량도 감소했다.

스마트스트림 D3.0 엔진은 유로6d 기준을 넘어 RDE2 기준까지 만족시킨다

스마트스트림 D3.0 엔진은 유로6d 배출가스 기준을 만족시키는 것은 물론, ‘RDE2(Real Driving Emissions Stage 2)’ 기준도 만족시킨다. RDE2란 실험실 주행 조건이 아닌, 실제 도로에서의 주행을 바탕으로 한 배출가스 테스트다. 현재 RDE2 기준을 통과한 디젤 엔진 제조사는 다섯 손가락 안에 꼽을 정도로 기준이 매우 까다롭다.


실제 스마트스트림 D3.0 엔진은 SCR(선택적환원촉매)을 통해 WLTP(국제표준배출가스시험방식) 측정에서 대기 중 광화학 스모그를 유발하는 NOx(질소산화물) 배출을 81% 줄였고, RDE 테스트에서는 NOx 배출을 90%까지 저감시켰다. 이는 유로6d NOx 기준치의 30% 가량에 불과한 수치다.


탁월한 정숙성으로 차세대 디젤 엔진을 완성하다

철저한 방음대책으로 경쟁사 직렬 6기통 디젤 엔진보다 우수한 정숙성을 자랑한다

스마트스트림 D3.0 엔진은 디젤 엔진 특유의 소음과 진동을 억제하기 위해 철저한 NVH 대책을 마련했다. 흡음재가 포함된 엔진 커버를 비롯해 여러 방음 패널을 엔진 곳곳에 장착해 소음과 진동을 줄였다. 실제로 스마트스트림 D3.0 엔진은 타사의 직렬 6기통 디젤 엔진보다 1.7dB 가량 낮은 수치를 기록하며 우수한 정숙성을 입증했다. 소음이 적은 게 전부가 아니다. 스마트스트림 D3.0 엔진은 실내로 전달되는 엔진음의 질감 측면에서도 경쟁 모델을 넘어섰다.

현대·기아차의 차세대 파워트레인은 더 친환경적이고, 더 효율적이며, 더 역동적인 기술로의 진화할 예정이다

효율성과 친환경성, 그리고 성능까지 모두 아우르는 현대·기아차의 파워트레인 기술 개발 비전은 한계를 뛰어넘은 스마트스트림 D3.0 엔진을 탄생시켰다. 이는 내연기관 엔진과 전동화 파워트레인의 공존이 장기화될 수 밖에 없는 현실에 대한 현대·기아차의 해답이다. 기존의 틀을 깨고 디젤 엔진의 새로운 가능성을 제시하는 스마트스트림 D3.0 엔진이 실제 어떤 성능을 낼지 궁금해진다.

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