Carn Redzone

현대기아 가솔린 직분사 터보 엔진 즉 T-GDI 엔진이 1.6, 2.0L 등 직렬 4기통 엔진이 출시된 이후 드디어 V6 3.3L T-GDI 엔진이 제네시스 EQ900 모델에 탑재된다고 합니다. 특히 최고출력보다는 1,500rpm 이하에서 V8 5.0L 타우 엔진에 버금가는 52kg.m의 최대토크가 나오면서도 1시간 엔진연비(1시간 동안 엔진을 돌려 연료소모량을 측정하는 연비)는 기존 3.3L 자연흡기 엔진 대비 0.3L의 연료만 더 먹는 수준에 그친다고 하니 V6 3.3L T-GDI 엔진은 스펙 대로라면 경쟁력이 높은 엔진이라고 평가할 수 있습니다.

배기량을 낮추면서 터보 등 과급기를 통해 공기를 강제로 연소실에 밀어 넣는 다운사이징 가솔린 직분사 터보 엔진이 전세계적으로 확산되면서 현대기아차 또한 2011년 기아 스포티지 R 모델을 시작으로 YF 쏘나타, K5 등의 모델에 2.0 직분사 가솔린 터보 엔진 현대기아차의 공식 명칭인 T-GDI 엔진이 탑재됩니다. 

현대기아차 T-GDI 엔진을 포함한 직분사 가솔린 터보 엔진의 가장 큰 장점은 종전 흡기포트 분사 방식과 비교해서 연소실 온도를 낮출 수 있다는 점입니다. 따라서 조금 더 엔진 압축비를 올릴 수 있는 여유가 있으며 압축비가 열효율이 높아지고 높은 열효율은 출력과 연비 동시 상승이라는 효과를 가져오게 됩니다.

현대기아차가 2011년 처음 선보인 2.0L T-GDI 엔진 그리고 2012년 벨로스터에 탑재된 1.6L T-GDI 엔진은 최고출력이 각각 271마력 204마력 이라는 높은 출력 그리고 최대토크는 37.2kg.m, 27kg.m에 달할 정도로 스펙만 따지면 그 당시 동급 최고 수준이라고 볼 수 있습니다.

하지만 화려한 스펙 뒤에는 문제점도 드러나게 되었습니다. T-GDI엔진 GDI 엔진을 포함한 연료 직분사 방식 엔진의 가장 큰 단점은 흡기 밸브에 카본이 쌓인다는 것인데요. 이것은 사실 현대기아 뿐만 아니고 대부분 가솔린 직분사 엔진의 공통 문제이기 때문에 이 부분을 집어서 쓸 수는 없습니다. 현행 직분사 엔진 중에서 토요타의 듀얼 포트 엔진이 그나마 이 문제에서 한결 자연스럽다고 볼 수 있습니다.

그렇다면 현대기아 T-GDI 엔진의 아쉬움은 무엇이 있을까요?

짧은 오일교환주기

현대기아차 T-GDI 엔진은 2.0L, 1.6L 엔진 모두 메이커에서 제시하는 권장 교환주기가 짧습니다. 가솔린 자연흡기 엔진이 통상교환주기가 15,000km 가혹교환주기가 7,500km인데 반해 T-GDI 엔진은 통상교환주기가 8,000km 가혹교환주기가 5,000km 입니다. GDI 엔진이 T-GDI 엔진보다 교환주기가 1.5-2배 정도 긴 셈인데요.

사실 터보 엔진은 구조 특성상 자연흡기 엔진보다 훨씬 더 많은 열이 발생하기 때문에 오일 교환주기가 짧긴 합니다만 한국지엠의 1.4L 가솔린 터보 엔진을 포함해서 다른 완성차 업체의 가솔린 터보 엔진의 경우 통상교환주기가 10,000km 이상을 권장하고 있는 실정입니다. 

최근 출력과 토크가 낮아진 LF 쏘나타 터보 모델 또한 2.0L, 1.6L 관계 없이 오일교환주기가 종전과 그대로 비슷한데요. 오일교환주기가 길어지도록 연소실 냉각에 신경을 쓰거나 엔진오일 점도를 유지하는 내구성을 증대시키는 연구가 필요할 것으로 생각됩니다.

가속과 감속이 반복되는 서킷주행에 취약

일상 주행 또는 단거리 드래그나 롤링에서도 T-GDI 엔진은 놀라운 가속력을 보여줍니다. 하지만 가속과 감속이 반복되는 서킷에서 T-GDI 엔진은 과열로 인해 가속력이 현저하게 떨어지는 증상이 있는데요. 최근 서킷 주행을 자주 즐기는 T-GDI 엔진이 탑재된 모델들을 소유한 운전자들이 공통적으로 겪는 현상입니다.

이러한 현상은 현대기아차 T-GDI 엔진 뿐만 아니라 대부분 가솔린 터보 엔진에서 나타나는 현상입니다. 하지만 유독 현대기아 T-GDI 엔진에서 이러한 증상이 자주 나타난다고 합니다. 이 문제로 인해 인터쿨러를 더 큰 걸로 바꾸는 등의 튜닝이 유행하기도 했습니다.

이 외에도 맵핑을 하지 않았음에도 터빈과 엔진 내구성에서 문제를 발생하는 경우가 있기도 하지만 이건 일부 사례라서 제가 생각한 단점에는 포함하지 않았습니다.

2013년 이후 2.0, 1.6L T-GDI 엔진의 최고출력과 최대토크를 조금 낮추고 대신 최대토크가 나오는 시점을 앞당긴 2세대 T-GDI 엔진이 출시되어 적용되고 있는데요. 터빈의 지름을 조금 더 작게 설계하고 전자식 CVVT가 적용되는 등 1세대 T-GDI 엔진보다 더 높은 연소효율성을 구현하고 터보래그를 줄였다고 합니다

2세대 T-GDI 엔진의 경우 쏘나타 K5 등 중형 세단에 주로 탑재되고 있어 아직 서킷주행 데이터가 거의 전무한 실정이지만 현대기아차 산하 이노션에서 주최하는 KSF(코리아스피드페스티벌) 내년 시즌에 1.6 T-GDI 클래스가 신설되어 쏘나타 K5 레이스를 하게 되면 서킷주행 데이터 또한 풍부하게 나올 듯 합니다.

2015 현대기아 R&D 모터쇼에서 어떻게 보면 가장 중요한 엔진 그리고 변속기가 전시가 되었으며 가솔린 엔진 3종 디젤 엔진 1종 그리고 신규 개발한 전륜 6단 자동변속기 1종이 전시 되었습니다. 작년 R&D 모터쇼에서 7단 DCT 등 신규 개발한 파워트레인이 전시된 것과 비교하면 이번 R&D 모터쇼는 람다 V6 3.3 T-GDI 엔진을 제외하고는 딱히 신선한 요소가 없었습니다.

이번에 새로 전시한 V6 3.3 T-GDI 엔진은 현재 판매되는 제네시스 이어 모델(또는 부분변경)에 탑재할 가능성이 높다고 합니다. 종전 자연흡기 람다 엔진과 달리 V형으로 갈라진 좌, 우 각각 3개의 실린더에 공기를 강제로 밀어 넣는 터빈 2개가 탑재된 트윈 터보 엔진입니다. 터빈은 하니웰에서 가져온 것이고 A/R 뒤에 61이라는 숫자가 있는데 터빈 사이즈 또는 스크롤 사이즈를 의미하는 듯 합니다.

흡기 중간위상 밸브타이밍이 적용되어 있다고 하는데 자세히는 모르겠지만(근처에 있는 스태프 분들은 전시부품 감독하는 직원이어서 흡기 중간위상 밸브타이밍에 대해 물어볼 수도 없었습니다) 흡기 효율을 더욱 끌어올려 1,500rpm 내외의 저회전에서도 52kg.m에 달하는 높은 토크를 확보할 수 있었던 듯 합니다. 다만 높은 회전에 도달하는 흡기 밸브를 더 높이 들어올리는 밸브리프트 기능은 없는 듯 합니다.

그리고 실린더에 직접 연료를 분사하는 직분사 시스템이 적용 되었는데요 이왕이면 토요타처럼 실린더 내부에 직접 연료를 분사하는 직분사 인젝터 이외에 흡기 포트 뒤쪽에도 연료를 분사하는 시스템이 추가해 흡기 밸브에 카본 쌓이는 것을 방지했으면 더 좋지 않을까? 라는 생각을 해 봅니다.

이 외에도 배기일체형 헤드 즉 매니폴드가 엔진 외부로 돌출되는 부분을 최대한 짧게 설계하고 촉매와 엔진의 거리를 가깝게 유지한 것이 특징입니다. 이렇게 되면 예열 시간도 단축되고 냉간 시동 시 촉매가 제 기능을 못하여 탄화수소 등의 매연이 제대로 여과되지 못해 환경오염을 유발하는데 이렇게 하면 배기온이 적정 온도에 빨리 도달하며 최대한 빨리 촉매 반응을 일으켜 배기가스를 정화할 수 있게 됩니다.

디젤도 터보가 탑재되어 있지만 가솔린 터보 엔진은 디젤 엔진보다 훨씬 더 높은 온도가 발생하기 때문에 높은 열을 제어하는 기술이 필요합니다. 같은 가솔린 엔진이라도 자연흡기 엔진보다 터보 엔진 엔진오일 점도가 더 높은 이유가 여기에 있습니다. 점도가 높으면 높은 고온에서도 엔진오일 점도가 유지되기 때문이지요. 하지만 엔진오일 점성이 끈적해지면서 엔진 내부 피스톤 등의 움직임에 필요한 힘이 더 들게 되고 더 높은 힘을 발생 시키려면 그만큼 연료 소비가 많아지게 됩니다.

위 사진은 엔진오일쿨러입니다. 특별한 건 아니고 현대기아차 U2 디젤 엔진 등 디젤 엔진 대부분에 이미 탑재되어 있는데요. 1세대 제네시스, 그랜저 TG, K7 등 기존 V6 람다 엔진에는 이러한 쿨러가 없습니다. 엔진오일을 적정한 온도로 유지시키고 최대한 낮은 점도를 가진 엔진오일을 사용하여 연비향상을 도모하기 위해 엔진오일쿨러가 적용된 듯 합니다. 그리고 쿨러 아래쪽 연결된 원통형 물체는 오일 필터입니다. 제 개인적인 생각에는 캔 타입이 아닌 카트리지 타입이 적용되는 듯 합니다.

마지막으로 아래 사진은 시동 끄고 주차 시 엔진 내부에 퍼진 오일을 보관하는 역할을 하는 오일팬 사진입니다. 정비할 때 엔진오일팬 유심히 보셨다면 일반적으로 흔히 보는 엔진오일팬과 비교 시 재질이나 모양이 다르다는 것을 아실 겁니다.

특이한 점은 엔진오일 교환할 때 엔진오일 팬 하부에 있는 드레인 코크를 풀면 엔진오일이 밑으로 빠지게 되는데요. V6 3.3 T-GDI 엔진에 적용된 오일팬은 별도의 드레인 코크가 없습니다.(드레인 코크가 엔진 블럭에 따로 있다고 하네요) 오일팬 하부 가장자리에 있는 나사들을 전부 탈거해 엔진오일을 제거해야 한다고 합니다. 이미 2013년 말에 판매 시작한 2세대 제네시스 엔진부터 이렇게 적용되어 있다고 합니다.

V6 3.3 T-GDI 엔진 제원입니다. 보어x스트로크가 동일하기 때문에 배기량도 동일하지만 터보차저가 적용되면서 최고출력 370마력, 최대토크 52kg.m에 달하는 높은 성능을 낼 수 있게 되었습니다. 다만 건조중량은 기존 자연흡기 람다 엔진보다 40kg 더 무거워 졌는데요. 터보 엔진에 걸맞게 피스톤 등의 강도를 더욱 높이고 오일쿨러, 흡기 중간위상 밸브타이밍 거기에 2개의 터보차저까지 추가되어 종전 엔진보다 더욱 무거워진 듯 합니다.

위 사진 토크 그래프를 보시면 BMW 직렬 6기통 3.0L 가솔린 터보 엔진보다 모든 면에서 높은 토크가 뿜어져 나옵니다. 배기량이 0.3L 더 높으니 당연한 결과라고 볼 수 있겠지만 연비 또한 BMW 보다 더 잘 나오게 되면 상당히 경쟁력을 갖출 것으로 예상됩니다.

관건은 이 엔진의 강력한 동력을 효율적으로 전달할 수 있는 자동변속기입니다. 오래 전부터 현대기아차는 10단 자동변속기 개발 하겠다고 언급했으며 내년에 V6 3.3 T-GDI 엔진과 매칭하는 10단 자동변속기를 선보일 예정이라고 합니다. 올해 R&D 모터쇼에 10단 변속기가 없는 걸로 보아서 아직 완전히 개발되지 않거나 아니면 기존 8단 자동변속기를 그대로 쓸 수 가능성도 얼마든지 있습니다.

V6 3.3 T-GDI 엔진 옆에 전시된 세타 2.0 T-GDI 엔진입니다. 현재 LF 쏘나타, 2세대 K5 등에 탑재되고 있으며 종전 2.0 T-GDI 엔진과 비교 시 터빈사이즈가 작아지면서 최고출력과 최대토크가 낮아졌지만 최대토크가 나오는 시점이 앞당겨지고 엔진연비 또한 종전 2.0 T-GDI 엔진보다 낮아지면서 연비향상을 이루었습니다.

흡기 밸브타이밍 컨트롤을 유압이 아닌 전동 방식으로 정확한 흡기 밸브 타이밍을 구현할 수 있어 연소효율성을 높일 수 있다고 합니다.

이 엔진이 탑재된 LF 쏘나타 2.0 터보 모델을 시승한 적이 있었는데요. 과거 YF 쏘나타 터보는 급 가속 시 엔진 응답이 잠깐 지연되는 현상이 있었지만 LF 쏘나타 2.0 터보는 그런 지연 현상이 크게 줄어들어 사실상 자연흡기 엔진이라고 봐도 무방한 수준이었습니다. 다만 시속 100km/h 이후 고속 주행 상태에서 가속력은 이전 YF 쏘나타 터보 보다는 확실히 느려졌습니다.

쏘나타, K5 주력 엔진인 누우 CVVL 엔진입니다. 누우 엔진은 CVVL 이외에 실린더에 직접 연료를 분사하는 GDI 그리고 엣킨슨 사이클 적용으로 K5, 쏘나타 하이브리드에 탑재되는 등 누우 엣킨슨 사이클 등 여러 버전이 있는데요. 이번 R&D 모터쇼에서는 누우 CVVL 엔진만 전시했습니다.

가변 밸브 리프트를 뜻하는 CVVL은 엔진회전수에 따라 밸브 여닫는 속도가 변화하는 밸브타이밍에 가속 및 감속할 때마다 밸브의 높낮이에 변화를 주어 성능과 연비를 높인 엔진입니다. 흡기 보트 뒤쪽에 연료를 분사하는 MPI 엔진이기 때문에 GDI보다 상대적으로 조용하다는 장점도 갖추고 있습니다.

U2 1.7L 디젤 엔진입니다. 1.7L 디젤 엔진은 i40, LF 쏘나타, 2세대 K5에 탑재되어 최고출력 141마력 최대토크 34.7kg.m의 파워를 내며 1.6L 디젤 엔진은 i30, 아반떼 AD, 엑센트 등에 탑재되고 있습니다. 그리고 6단 자동변속기 대신 수동기반 7단 DCT와 맞물리면서 높은 동력성능과 연비를 실현한 엔진입니다.

최근 폭스바겐 배기가스 조작으로 인한 질소산화물 이슈를 의식 해서일까요? 미세먼지를 줄이는 DPF 그리고 질소산화물을 줄이는 LNT가 통합된 필터를 절개한 사진을 보여 주었습니다. 디젤 엔진의 배기가스를 여과하는 필터 재질에 주로 백금이 적용되며 사진을 보시면 벌집 모양의 촘촘한 구조물을 배기가스가 통과하면서 질소가 분리되어 포집 됩니다.

문제는 ICCT에서 측정한 실주행 테스트에서 LNT 단일 후처리장치가 탑재된 디젤 승용차 중에서 BMW를 제외한 대부분 자동차 브랜드가 유로 6 배기가스 기준을 통과하지 못했다고 합니다. 그래서 과연 U2 디젤 엔진에 적용된 저 필터 하나만으로 실주행 테스트에서 유로 6 기준을 만족시킬 수 있을지 의문이 듭니다.

연료 분사압력을 1,600bar에서 2,000bar로 높이고 터보차저가 기계식으로 전자식으로 변경 되었으며 실린더 블록 경량화 등을 이루어 경쟁력을 높였다고 합니다. 이 엔진이 탑재된 i40, 쏘나타, K5를 시승 하면서 높은 연비와 동력 성능에 비교적 만족스러운 기억이 있습니다.

신형 아반떼부터 탑재되는 6단 자동변속기 사진입니다.

위 사진을 보시면 아시겠지만 무게와 부피를 줄이고 밸브바디 제어개수를 줄였으며 마찰 손실을 줄여 연비향상을 이루었다고 합니다. 다만 제 생각에 디젤에 탑재되는 7단 DCT를 1.6L 가솔린 엔진에도 탑재 되었으면 더 좋지 않을까? 하는 생각이 드는데요. 이유가 있으니 탑재되지 않았겠죠.

이번 포스팅은 여기서 마치겠습니다.