[M 오토데일리 최태인 기자] 현대자동차와 기아자동차가 엔진 효율성을 극대화한 신기술을 공개, 133년 엔진 역사의 한 획을 그었다는 평을 받고 있다.
현대·기아차는 세계 최초로 개발한 '연속 가변 밸브 듀레이션(CVVD)' 기술과 CVVD 기술이 적용된 ‘스마트스트림 G1.6 T-GDi’ 엔진을 처음으로 공개하고, 올 하반기 출시되는 신형 ‘쏘나타 터보(DN8)’에 처음 탑재한다고 밝혔다.
특히, 자동차 브랜드들이 특화된 가변 밸브 기술(CVVT)을 선보이고 있지만, 현재까지 그 어떤 기술도 성능과 효율을 모두 잡지 못해 근본적인 한계를 벗어나지 못했다. 하지만 현대·기아차가 공개한 CVVD 기술은 이를 극복한 것이 특징이다.
기본적으로 자동차의 엔진은 흡입-압축-팽창-배기의 4단계 과정을 통해 연료를 연소시켜 동력을 발생시킨다. 이 과정에서 흡기와 배기가 통과하는 관문인 밸브의 열리고 닫히는 시점과 깊이를 주행 상황에 따라 조절하는 가변 밸브 제어 기술들을 통해 엔진의 성능과 효율을 높여왔다.
가변 밸브 제어 기술로는 밸브의 여닫힘 시점을 제어하는 CVVT, 밸브의 개폐 깊이를 조절해 실린더 내 공기량을 제어하는 CVVL 등이 있으며, 지금까지는 엔진 밸브 열림 시간 제어가 부분적으로만 가능했다.
반면 현대·기아차의 CVVD 기술은 엔진의 작동 조건에 따라 흡기 밸브가 열려있는 기간을 최적화하는 기술로, 엔진의 성능과 연료소비효율을 동시에 향상시킬 뿐만 아니라 배출가스까지 줄여준다.
하경표 현대자동차 가솔린엔진2 리서치랩 연구위원은 "CVVD 개발은 지난 2010년 6월 열고 싶을 때 열고 닫고 싶을 때 닫을 수 있는 밸브 기구를 고안하고 싶다는 아이디어에서 시작됐다"며, "130여년 엔진 역사에서 많은 엔지니어들이 꿈꿔왔던 기술 개발에 성공했고, 현대차그룹이 퍼스트무버로서 기술의 방향성을 제시하는 사례 중 하나"라고 말했다.
CVVD 기술이 적용된 엔진은 출력이 적게 필요한 정속 주행 시 흡기밸브를 압축 행정의 중후반까지 열어둬 압축 시 발생하는 저항을 감소시키고 압축비도 낮춰 연비 개선 효과를 볼 수 있다.
반대로 가속 주행 시에는 흡기 밸브를 압축 행정 초반에 닫아 폭발에 사용되는 공기량을 최대화함으로써 엔진의 토크가 향상돼 가속성능이 개선된다. 이외에도 CVVD 기술은 연료 연소율을 높여 배출가스 저감에도 효과적이며, CVVD 기술 적용 시 엔진 성능과 연비는 각각 4%, 5% 향상, 배출가스는 12% 저감할 수 있다.
아울러 기존의 엔진들은 연비를 우선시하는 ‘아킨슨 사이클’, 성능에 중점을 둔 ‘밀러 사이클’, 연비와 성능 절충형 ‘오토 사이클’ 등 세 가지 중 하나의 엔진 사이클을 선택해 그에 따라 고정된 밸브 열림 시간(Valve Duration)을 가질 수밖에 없는 단점이 있었다.
하지만 CVVD 기술은 연비, 가속 주행 등 운전 조건 별로 밸브 듀레이션을 길거나 짧게 제어해 아킨슨, 오토, 밀러 사이클을 모두 구현할 수 있으며, 유효 압축비를 4:1~10.5:1까지 탄력적으로 조절하는 것이 가능해 가변 압축 효과까지 얻을 수 있다.
주성백 현대자동차 파워트레인1 센터장은 “CVVD 기술 개발로 갈수록 엄격해지는 배기가스 규제에 적극 대응할 수 있고, 엔진 분야에 세계적인 기술 선도기업으로도 자리매김할 수 있게 됐다”고 말했다.
이날 공개된 스마트스트림 G1.6 T-GDi 엔진은 배기량 1,598cc의 4기통 가솔린 터보엔진으로 최고출력 180마력, 최대토크 27.0kg.m의 성능을 발휘한다. 더불어 연비 개선에 도움 되는 ‘저압 배기가스재순환 시스템(LP EGR)‘이 국내 최초로 적용됐다.
현대차는 CVVD 기술이 최초 적용된 스마트스트림 G1.6 T-GDi 엔진을 올 하반기 출시되는 신형 쏘나타 터보에 먼저 탑재할 예정이며, 올 하반기 선보일 기아차 ‘K5 풀체인지‘를 비롯한 투싼, 스포티지 등 SUV에도 확대 적용할 예정이다.
아울러 성능을 204마력으로 끌어올린 G1.6 T-GDi 엔진도 선보일 예정이며, 향후 스마트스트림 엔진 라인업은 경소형급 모델에 탑재될 엔진뿐만 아니라, 후륜구동형 준대형 및 대형차에 탑재될 G2.5L(FR)와 G3.5L(FR) 엔진으로 확대될 예정이다.
향후 현대·기아차는 신기술 개발을 통한 효율 및 IT융합으로 상품성 향상, 전동화에 최적화된 파워트레인 개발 등을 목표로, 고객에게 최고의 주행경험을 제공하고 미래 자동차 산업에서 기술 우위를 확보한다는 방침이다.