지난 3월 29일 개막한 '2019 서울모터쇼'에서 한국닛산은 세계 최초 양산형 가변압축비 엔진인 VC-터보 엔진을 탑재한 6세대 신형 알티마를 선보였다.
신형 알티마의 VC-터보 엔진은 닛산만의 가변 압축 기술을 적용, 내연기관 설계의 혁신을 시도했다. 이는 고성능 2.0 리터 터보 가솔린 엔진의 힘과 디젤 파워트레인의 우수한 토크 및 효율성을 결합시킨 형태다.
닛산은 1996년 VC-터보 엔진의 연구를 시작해 약 20년 간 기술 개발에 집중해왔다. 1998년 가변 압축비의 핵심인 '멀티링크 매커니즘'을 발명했다. 또한 완성도를 높이기 위해 100개 이상의 엔진 프로토 타입에 대해 300만km, 3만 시간 이상의 로드 테스트를 거쳐 탄생했다.
VC-터보 기술은 이미 잘 알려진 액체냉각, 연료분사, 촉매 변환, 터보 차저 기술 등의 파워트레인 혁신이 결합돼 내연기관의 비약적인 발전을 보여준다.
가변압축비 엔진의 등장으로 출력, 효율, 배출가스 분야에 새로운 기준이 마련됐다.
VC-터보 엔진의 첨단 멀티링크 시스템은 운전자의 페달 인풋과 주행상황에 적합하도록 엔진 내부에 있는 멀티 링크의 각도를 즉각적으로 조정함으로써 엔진의 압축비를 8:1(고성능)에서 14:1(고효율) 사이로 가변적으로 움직이게 설계했다.
이를 통해 스프린터의 단거리 폭발력과 마라토너의 장거리 효율성이라는 두 가지 특징을 모두 구현, 주행의 즐거움과 효율성을 높이는데 노력했다.
VC-터보는 압축비를 조절하기 위해 세계최초의 멀티링크 시스템과 '하모닉 드라이브' 감속장치가 장착된 전기모터를 사용한다. 전기모터는 하모닉 드라이브에 '컨트롤 암'으로 연결된 형태다.
하모닉 드라이브가 회전할 때 엔진 하부의 컨트롤 샤프트가 회전해 엔진의 멀티링크 시스템을 움직인다. 멀티 링크의 암 각도가 변화하면서 피스톤의 상사점과 하사점을바꾸어 압축비가 달라지게 된다.
이 외에도 VC-터보 엔진에는 모든 주행 조건에서 더욱 우수한 출력과 연비를 제공하기 위한 최신 엔진 기술들이 탑재됐다. 실린더 헤드에 통합된 배기 매니폴드로 터보 반응성이 개선됐으며 이를 통해 촉매 변환기가 더욱 빨리 가열돼 배기가스를 이전 보다 적게 배출한다. 또한, 저마찰 미러 보어 코팅은 실린더 마찰의 44 %를 감소 시켜 엔진이 보다 원활하게 회전 할 수 있도록 한다. 이 뿐만 아니라, VC-터보 엔진은 가변성 향상을 위해 압축비 변화에 따라 분사, 윤활, 냉각 특성이 변화한다. 먼저, 다분사 방식과 직분사 방식의 두 가지 연료 분사 방식을 모두 활용해 모든 조건에서 효율성과 출력의 밸런스를 맞춘다.
직분사 가솔린 시스템은 연소효율과 성능을 개선시키며 높은 압축비에서 엔진의 노킹현상을 막아주는 한편, 다분사 방식은 연료와 공기를 더 일찍 결합시켜 연소실에서 완전 연소가 일어나게 해 엔진 부하가 낮은 상황에서 효율을 높여준다. 여기에 전자식 가변 밸브 타이밍으로 앳킨슨과 일반 연소 사이클 간 변환이 가능함에 따라, 압축비 변화에 맞는 우수한 효율성과 최적의 성능을 제공한다.
VC-터보 엔진의 또 다른 특장점은 콤팩트한 패키징과 경량화 기술이다. 엔진 블록과 실린더 헤드는 경량 알루미늄 합금 소재로 완성됐다. 멀티 링크 부분은 고탄소강 합금 소재로 제작됐다. 기존 닛산의 3.5리터VQ V6 엔진과 비교했을 때, 2.0 리터 VC-터보 엔진의 무게는 약 18kg 정도 더 가볍고, 엔진 베이 내 공간점유율도 더 낮은 편이다. 또한 VC-터보의 멀티링크 시스템은 연결봉의 가로방향 움직임을 줄여 진동 소음수준을 최소화해 더욱 뛰어난 정숙성을 보여준다. 닛산의 VC-터보 엔진이 적용된 6세대 신형 '알티마'는 올 여름 국내 출시될 예정이다.
박태준 자동차 전문기자 gaius@etnews.com
