최대 토크보다 낮은 상태로 동작 시 스로틀 밸브는 완전히 열리지 못해 연소실 내의 흐름을 방해하는 요인으로 작용하고 엔진 열효율을 저하시킨다. 다이나믹 스킵 파이어는 스로틀이 다 열린 상태에서 연소가 이뤄지는 실린더의 개수로 엔진의 출력을 제어하기 때문에 이러한 “펌핑 손실”을 최소화 할 수 있다.

델파이는 툴라와 함께 연비를 15~20%까지(GMC 유칸으로 EPA 테스트사이클 기준) 개선하는 신기술을 개발 중이다.
가솔린 엔진은 연료와 공기의 혼합률을 '이론공연비(stoichiometric)'라고 부르는 비율로 배출가스와 연비를 최적화할 수 있도록 연료 분사량을 제어하며, 엔진의 파워는 스로틀을 이용해 엔진으로 들어가는 공기량을 제어함으로써 이뤄진다. 일반적인 대부분 주행조건에서는 엔진 파워 제어를 위해 스로틀이 완전히 열리지 않고 대부분 부분적으로만 열린 상태로 유지되는데, 이는 연료 효율을 저해하는 요인으로 알려져 있다. 이 “펌핑 손실”이 바로 가솔린 엔진과 디젤 엔진의 연료 소비율 차이를 불러일으키는 가장 큰 요인이다.

이에 툴라는 기존 방식을 뒤집는 새로운 접근방식을 내놓았다.
이는 스로틀을 거의 다 열어놓은 상태에서 소프트웨어로 실제 연소가 이뤄지는 실린더의 개수를 컨트롤하는 것이다. 주행 중 실린더 전체 출력을 요하는 경우는 거의 없기 때문에 요구되는 토크를 만족하는 최소한의 실린더만 연소가 이뤄지게 하는 것이다. 이것이 바로 다이나믹스킵 파이어(Dynamic Skip Fire)의 기본원리다.

델파이의 제프 오웬스(Jeff Owens) CTO는 “고속도로에서 GMC 유칸을 110 km/h로 정속주행하고 있다고 가정해보자. 이 속도를 유지하기 위해서는 약 30마력 정도면 충분하다. 30마력이면 8기통 엔진 총 마력인 403마력 중 극히 일부에 지나지 않는다. 툴라의 다이나믹 스킵 파이어가 적용된다면 실린더를 주행에 따라 0~8개까지 필요한 만큼만 선택해 가동할 수 있다”고 설명했다.

툴라의 스콧 베일리(Scott Bailey) CEO는 “다이나믹 스킵 파이어는 0~7.9개 혹은 8개의 실린더 풀 가동까지 다양한 컨디션에서 주행이 가능하다. 최적의 필요 실린더만을 가동하기 위해 분 당 최대 32,000번까지 주행상황을 파악해 뛰어난 연비를 제공하면서 최적의 승차감을 유지한다”고 말했다.

진동 없는 성능 유지

다이나믹 스킵 파이어가 장착된 유칸은 최대 2.4 실린더만 가동하고도 EPA모드 주행이 가능하다. 그러나 주행 중 거슬리는 파워트레인 또는 바디 바이브레이션을 전혀 느낄 수 없다. 일반적인 GMC유칸만큼 조용하고 부드러우며, 강력한 주행이 가능하다.

오웬스 CTO는 “다이나믹 스킵 파이어는 실린더 비활성화 방식으로 인해 종종 야기되는 차량의 정숙성 및 승차감 문제를 운전자가 인지할 수 없을 정도로 일반 차량과 동일한 주행 성능을 제공한다”며 “이부분이 이 기술의 가장 놀라운 점”이라고 재차 강조했다.
차량 성능 면에서 어떤 차이도 감지할 수 없으면서 연비는 무려 17%나 개선되는 것이다.

다이나믹 스킵 파이어는 6.2리터 8기통에 처음 도입됐지만 현재 전기종에 적용 가능해졌다. 터보 GDi 엔진과 같은 다운사이징 엔진에 탁월한 대안을 제시해준다는 점 역시 주목할 만하다.

델파이와 툴라의 엔지니어들은 현재 터보 GDi 차량에 대한 개발을 진행하고 있으며 내년이면 4기통 터보엔진(1.8리터 가솔린) 장착 중형차에 이 기술을 적용해 데모엔진 기준 10% 수준의 연비개선 결과를 볼 수 있을 것으로 보고 있다.

베일리 CEO는 “어떤 엔진이라도 이 기술만 적용하면 상당 수준의 연비개선을 이끌어낼 수 있다”고 말했다.
툴라의 베일리 CEO는 이 기술이 경쟁사보다 비용 측면에서 더욱 효율적인 솔루션이라는 점을 강조한다. 업계가 그 어느 때보다 연비개선에 집중하는 때에 더욱 저렴한 비용으로 두 자릿수 연비개선율을 달성하는 고부가가치 기술로서 다이나믹 스킵 파이어의 보급이 확대될 것으로 자신하고 있다.

델파이는 지난 7월 새너제이에 본사를 둔 소프트웨어 기업인 툴라에 대한 투자를 발표했고, 현재 전 세계 OEM에게 다이나믹스킵 파이어 기술을 선보이고 있다.  

AEM_Automotive Electronics Magazine