BMW와 미니 1.5리터 3실린더 가솔린 엔진에 적용

콘티넨탈, 세계 최초 알루미늄 터보차저

2014년 09월호 지면기사  /  편집부



다운사이징의 필수 성공조건은 동일 성능을 구현하면서도 부피를 줄임과 동시에 연료 소모를 낮추는 것으로, 이를 위해서는 최신 터보차저 시스템이 중요하다.

전 세계적으로 가솔린 엔진용 터보차저 개발이 한창인 가운데 콘티넨탈은 고효율 1.0리터 엔진에 장착되는 터보차저의 양산에 들어갔고, 세계 최초 알루미늄 터빈 하우징의 터보차저도 양산 개시하며 성공 스토리를 이어가고 있다. 이 알루미늄 터빈 하우징 터보차저는 올 봄부터 BMW 미니 해치(MINI Hatch)의 다운사이징 3기통 1.5리터 100 kW 엔진에 통합되고 있다. 

구동사업본부 엔진시스템 사업부의 책임자인 볼프강 브로이어(Wolfgang Breuer)는 “차량용으로 설계된 알루미늄 터보차저는 정말 획기적”이라며 “경량 소재 덕분에 기존 터보차저 대비 무게가 약 30% 가볍고 시스템에 다양한 이점을 제공한다”고 말했다.

구동사업본부의 엔진 시스템 터보차저 생산라인 책임자인 우도 슈베르델(Udo Schwerdel)은 “터보차저를 특별하게 만드는 건 알루미늄뿐만이 아니다. 콘티넨탈의 터보차저는 엔진의 일반적인 추가 부품 차원으로 개발됐다”라며 “장치에 대한 요구사항을 만족하고 실린더 헤드에 장치를 통합하기 위해 BMW 그룹과 시뮬레이션 단계부터 긴밀히 협력해 개발했다”고 말했다.

전부하(full-load) 운전은 일반적인 스틸 하우징 터보차저를 빨갛게 달아오르게 한다. 하지만 알루미늄 터빈 하우징은 온도를 유지한다. 이중 벽의 알루미늄 하우징은 가장 뜨거운 부위를 냉각수 재킷으로 둘러싸고 있다. 이 재킷에 흐르는 냉각수가 외부 하우징 표면을 120°C(248°F) 이상 올라가지 않도록 하고 내부 온도도 350°C(662°F)를 초과하지 않도록 한다.

우도 슈베르델은 “이러한 작용으로 열로부터 인접한 부품을 보호하는데 훨씬 적은 수고가 들고, 냉각된 배기가스는 촉매 변환장치에 대한 열부하를 줄여준다”며 “이는 장치의 수명이 길게 유지되도록 한다”고 말했다.

동시에 전기식 액추에이터 웨이스트 게이트(wastegate)의 동적 반응은 촉매 변환장치가 빠르게 가열되도록 한다.
고객이 제시한 모듈식 구조에 따라 터보차저는 엔진에 단단히 통합된다(배기 매니폴드의 고정 부품).
콘티넨탈의 스틸 하우징 터보차저도 실린더 헤드에 인터페이스를 사용해 동일한 기본 엔진에 부착될 수 있다. 자동차 제조업체는 더운 나라에 수출하는 차량뿐 아니라 고성능 엔진에 이 옵션을 사용하고 있다.

스틸 종류의 터보차저 베어링 하우징은 내부에서 냉각되는 한편 알루미늄 터보차저는 외부 냉각으로 충분하다. BMW 미니에서 알루미늄 터보차저는 종전 시스템 대비 1.2 kg 가볍다. 무게가 줄면 연료 소비량도 감소해 경량 소재를 통한 연료 소모 및 배출가스 저감을 해낼 수 있다. 수냉에 추가 비용이 들어가지만 시스템 전제척으로는 대단히 비용 효율적이다. 

슈베르델은 “니켈 계열 합금과 같은 내열성 소재는 스틸 하우징 터보차저의 가격을 끌어올린다. 반면 콘티넨탈의 알루미늄 합금은 비용 효율적인 소재”라고 설명했다. 

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