플래그십 파워트레인 3.5터보 48V 일렉트릭 슈퍼차저
3.5터보 48V 일렉트릭 슈퍼차저를 소개한다.
플래그십 세단의 심장 3.5터보 48V 일렉트릭 슈퍼차저
여유로운 성능의 파워트레인은 럭셔리 브랜드에게 매우 중요하다. 고급차는 크고 무거운 경우가 많은 만큼, 이에 걸맞은 성능을 반드시 갖춰야 하기 때문이다. 특히 플래그십 세단은 이런 조건을 극복하고 여유롭고 안정적인 운전 감각까지 구현해야 하기에 한층 수준 높은 파워트레인 완성도를 요구한다.
이와 함께 내연기관에 대한 대외환경이 빠르게 변화하는 점도 진보한 엔진 기술의 필요성을 높인다. 주요 선진국을 중심으로 시행되는 강력한 환경규제로 인해 파워트레인 트렌드가 빠르게 변화하고 있기 때문이다.
최근에는 친환경성이 떨어지는 고출력 엔진이 빠르게 자취를 감추는 대신, 성능과 효율 모두를 고려한 엔진 기술이 등장하고 있다. 그중 48V 배터리 시스템은 이런 조건에 해당하는 대표적인 기술이다.
제네시스 G90 롱휠베이스는 3.5터보 48V 일렉트릭 슈퍼차저를 새롭게 탑재하고 탑승자가 이동하는 모든 과정에서 차별화된 역동성과 럭셔리한 경험을 선사한다. 3.5터보 48V 일렉트릭 슈퍼차저는 48V 배터리 시스템을 통해 8기통 엔진 수준의 출력과 보다 향상된 효율성을 추구하는 차세대 파워트레인이다.
3.5터보 48V 일렉트릭 슈퍼차저의 최고출력은 415마력(PS)이며, 최대토크 56.0kgf.m를 1,300rpm에서 4,500rpm까지 일정하게 구현한다. 제네시스 G90 1세대의 V8 5.0L GDI와 비교할 경우 최대 35%의 향상된 토크를 발휘하는 것이다. 이처럼 여유로운 성능에는 어떤 기술과 원리가 숨어있을까?
48V 배터리 시스템을 중심으로 엔진 성능 최적화 구현
3.5터보 48V 일렉트릭 슈퍼차저는 제동 시 사라지는 운동 에너지를 회생제동으로 회수하고, 이를 48V 배터리 시스템의 전원으로 활용해 엔진 성능을 최적화한 점이 특징이다. 이 엔진 시스템은 48V 전동식 슈퍼차저, 48V 통합 스타터 알터네이터(Mild Hybrid Starter Generator, 이하 48V MHSG), LDC 통합형 배터리 시스템 등으로 구성돼 있으며, 각 기능과 역할을 살펴보면 다음과 같다.
48V 전동식 슈퍼차저
3.5터보 48V 일렉트릭 슈퍼차저에서는 여유로운 최고 출력을 확보하기 위해 터보차저 용량을 대폭 키웠다. 물론 터보차저 용량이 클수록 낮은 rpm에서 터보랙 현상이 두드러지는 점을 고려해, 대용량 터보차저에 전동식 슈퍼차저를 추가한 2단계 과급기 시스템을 마련했다. 이는 48V로 작동하는 전동식 슈퍼차저가 낮은 rpm에서 터보차저에 의해 충분히 과급되지 못한 공기를 압축해 부스트압을 빠르게 생성하는 방식이다.
아울러 냉각성능과 엔진 응답성 향상에 도움을 주는 수냉식 인터쿨러를 도입했다. 이런 다양한 기술을 결합한 결과, 기존 터보차저 엔진의 단점으로 여겨졌던 터보랙 현상이 53% 감소했고, 엔진 응답성이 개선됐다. (터보랙 개선은 엔진 단품 평가 결과)
48V MHSG
48V MHSG는 스타터 모터와 알터네이터(발전기)를 통합한 시스템으로 주행 과정에서 다양한 역할을 담당한다. 감속 시 버려지는 운동 에너지를 회수하는 회생제동 기능과 차가 완전히 정차하기 전에 엔진을 미리 꺼 효율을 개선하는 Extended ISG(Idle Stop & Go) 기능 등이 대표적이다. Extended ISG는 일반적인 ISG와 달리 정차하는 상황뿐만 아니라 감속하는 중에도 연료 분사를 중지해 연료 소모 및 배기가스 발생을 더욱 최소화한 제어 기능이다.
또한 48V MHSG는 시동 시 엔진 크랭크를 구동하는 스타터 모터의 역할뿐만 아니라 순간 가속을 보조하고 그만큼 엔진 부하를 줄여 연비를 개선하는 효과까지 발휘한다. 이 밖에 48V MHSG는 일반 스타터 모터로 시동하는 시스템과 달리 엔진 구동 벨트를 통해 크랭크축과 연결된 구조를 바탕으로 시동시 발생하는 소음과 진동을 엔진 구동 벨트 및 텐셔너 등으로 상쇄해 승차감 향상에도 기여한다.
LDC 통합형 배터리 시스템
LDC 통합형 배터리 시스템은 현대자동차그룹이 독자적으로 개발한 기술로 48V 배터리 시스템과 12V 전장 시스템에 전력을 공급한다. 48V MHSG가 회생제동으로 얻은 교류 전기를 직류로 전환하는 컨버터 장치와 이를 저장하는 배터리를 하나로 통합한 장치다. 컨버터와 배터리를 결합한 구조로 경량화 및 소형화를 구현했고, 냉각 효율도 향상됐다. 트렁크 하단 스페어타이어 공간에 탑재할 수 있을 만큼 최적의 패키지로 구성됐다.
성능 최적화의 비결 48V 배터리 시스템
3.5터보 48V 일렉트릭 슈퍼차저의 전동화 구동계가 48V 전원을 사용하는 이유는 무엇일까? 일반적인 내연기관 자동차가 사용하는 12V 전원은 많은 전력을 소모하는 내연기관 엔진의 전동화 구동계에는 충분하지 않다. 12V 전원으로 전동화 구동계를 구동하려면 상대적으로 많은 전류가 필요하고, 에너지 손실도 커 효율이 떨어진다. 반면, 48V 전원에서는 이보다 4배 높은 전압 덕분에 12V 전원으로 구동하기 어려운 전동화 구동계를 활용하고 엔진의 출력과 효율을 높일 수 있다.
모터로 작동하는 전동식 수퍼차저의 회전수를 충분히 확보 가능하고, 스타터 모터(48V MHSG)의 출력을 높여 구동력에 직접 힘을 보탤 수 있는 점 모두 48V 전원 덕분이다. 전기차나 하이브리드처럼 구동모터로만 주행하는 것은 어렵지만, 구동력 보조를 통해 가속 시 엔진의 부담을 줄여 효율 개선 효과를 얻을 수 있다. 참고로 일반적인 12V 스타터 모터의 출력은 1.7kW에 불과하다.
플래그십 세단은 럭셔리 브랜드가 갖춘 모든 역량과 첨단 기술을 반영한 상징적인 모델이다. 아울러 여유로운 성능을 구현한 파워트레인에서 비롯된 고유의 주행 감성은 럭셔리 브랜드의 철학이 뚜렷하게 반영되는 영역이다. 제네시스 G90 롱휠베이스가 3.5터보 48V 일렉트릭 슈퍼차저라는 보다 지능적인 방법으로 더 나은 성능과 고효율을 실현한 이유다. 제네시스 G90 롱휠베이스는 여유로운 성능의 3.5터보 48V 일렉트릭 슈퍼차저를 통해 차에 타고 이동을 시작하는 순간부터 목적지에 다다를 때까지 제네시스만의 차별화된 경험을 제공할 것이다.
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