ECO start/stop 과 터보차져 그리고 후열

이전 블로그 "Turbochargers"에서 정리되지 못했던 ECO start/stop 과 터보차져 그리고 후열의 관계에 대해 정리해 보았습니다. 

ECO start/stop (auto start-stop)

Benz 차량 중 많은 모델에 장착된 7G-Tronic Plus 변속기와 BMW의 차량 중 많은 모델에 장착된 ZF-8HP 변속기는 연비를 향상시키기 위해 정차 중 시동이 꺼지는 ECO start/stop ( BMW에서는 auto start-stop) 기능이 들어가 있습니다. 특히 Benz는 ECO start/stop 로 인해 향상되는 연비를 4%로 공개했습니다. 

정지 신호에 걸려 자동차가 멈추면 엔진이 자동으로 꺼진다! 사실 오래전부터 많은 사람들이 생각해 본 연비절감 방식 중에 하나이지만 시동을 껐다 켠다는 것이 지연시간이 발생하고 또 자주 껐다 켜면 차에 무리가 간다는 생각에 자동차 오너들은 쉽사리 실행에 옮기지는 않았는데요 이미 자동차 메이커들은 이 점을 개발해왔고(기술 자체는 꾀 오래된 기술입니다) 몇 년 전부터 Benz와 BMW가 터보차져와 함께 야심차게 추진하고 있는 기능 중 하나입니다. 놀랍게도 이 기능으로 인해 차가 멈추었다가 다시 시동이 걸리는 것은 1초가 안 걸립니다. 브레이크를 때는 순간 혹은 악셀레이터를 밟는 순간 정지되어 있던 엔진이 다시 돌아가면서 정상 주행을 시작합니다. 

ECO start/stop (auto start-stop) 의 단점 

이렇게 좋은 ECO start/stop (auto start-stop) 기능도 시동이 꺼지고 켜질 때의 지연시간(비록 1초 내외라 하더라도...)이 생기고 진동과 소음이 발생하는 문제점이 있습니다. 마치 바닥에 철퍼덕 앉은 아이가 일어나기 위해 엉덩이를 털듯이 시동이 켜지는 순간 (솔직히 좀 민망할 수도 있는) 저렴한 떨림과 소음이 발생합니다. 

그래서 이 기능을 달가워하지 않는 오너들이 많이 있는데요 Benz의 경우 이 기능은 시동을 켜면 자동으로 켜지기 때문에 사용하지 않으려면 매번 시동 후 버튼을 눌러 꺼줘야 하는 단점이 있습니다. 머 사실 이건 ECO start/stop (auto start-stop) 의 단점이라기 보단 이 기능을 싫어하는 오너들만의 단점이 되겠군요. 

두 번째의 단점이 바로 터보차져와의 연동 문제입니다. 터보차져에 관해서는 "Turbochargers"를 참고해 주시기 바랍니다. 최근 독일의 자동차 메이커들은 앞다투어 터보차져가 들어간 다운사이징된 엔진을 내놓고 있는데요 고연비, 고효율, 저배기가스의 일석삼조 효과를 제공해주기 때문입니다. 그런데 터보차져의 단점 중에 하나는 고온 고열에 취약하다는 것인데 만약 ECO start/stop (auto start-stop)으로 인해 엔진이 멈추면서 터보차져의 쿨링 시스템이 갑자기 멈춰버린다면... 최악의 경우 고장이 나겠지만 고장이 나지 않더라도  터보차져의 수명은 나날이 줄어들 수 있습니다. 그리고 몇 년 후에는 폭탄 수리비를 맞을 지도 모르죠. 

수냉식 펌프

하지만 자동차 메이커들은 이점을 간과하지 않았을 겁니다. 그래서 ECO start/stop에 의해 엔진이 정지하더라도 냉각수와 엔진오일은 정상적으로 순환되도록 만들었을 확률이 높은데요 확신할 수 없는 이유는 어떤 자동차 메이커도 이 부분에 대한 직접적인 언급이 없습니다. 단지 해외 사용자 포럼과 같이 보다 전문적인 이야기들이 오가는 포럼에서 나오는 이야기를 종합해 유추해 볼 수 있을 뿐이죠. 

모든 자동차에는 냉각장치가 달려있습니다. 모든 부품은 고온 고열이 되면 강도가 떨어지기 때문에 장시간 고온 고열에 방치되면 고장의 원인이 됩니다. 이를 막기 위해 모든 자동차에는 라디에이터(Radiator)와 워터 펌프(water pump)등과 같은 냉각장치가 장착되어 있습니다. 

냉각장치의 기본원리는 열사이펀(Thermosiphon) 원리인데요 그 원리는 간단합니다. 온도가 높은 지점과 온도가 낮은 지점을 물이든 파이프로 연결을 해 놓으면 높은 온도의 물은 낮은 온도 쪽으로 이동하고 낮은 온도의 물은 높은 온도 쪽으로 이동합니다. 그러므로 엔진과 본네트 아래 앞 범퍼 안 쪽에 라디에이터를 워터 파이프로 연결 후 그 안을 열 전달률이 높은 냉각수를 채우면 엔진은 자연스럽게 냉각이 되게 됩니다. 그런데 이 방식만으로는 운행중에 발생하는 열을 모두 잡을 수 없기 때문에 보다 빠른 냉각을 위해 워터펌프로 물을 강제 순환시키고 라이데이터에는 팬이 달려있습니다. 

이 방식은 전통적인 자동차 냉각 시스템이고 지금도 거의 모든 자동차들이 사용하는 방법인데요 시동이 꺼져도 위의 원리로 인해 비록 느리긴 하지만 엔진은 천천히 냉각이 되는 것이죠. 

BMW의 엔진의 경우 터보차져의 쿨링을 위해 electric water pump 즉 전자 수냉식 펌프가 연결되어 있는데요 이 펌프는 엔진이 auto start-stop 에 의해 멈춘 경우에는 베터리의 힘으로 정상동작한다고 합니다. 그리고 목적지에 도착해 시동을 끄는 경우는 열사이펀 원리로 인해 자연스럽게 냉각이 됩니다. 일부 오너들은 시동을 꺼도 펌프가 동작한다고 말하지만 확인할 방법이 없네요... 

위의 사진은 Benz C220(W204)에 들어가는 워터 펌프입니다. 최근 기술들은 거의 비슷하죠. 안드로이드 OS 스마트폰이 애플의 그것과 유사하게 발전하듯 기술은 비슷하게 진보합니다. 이런 차원에서 Benz도 BMW와 같이 전자식 워터 펌프를 이용해 유사한 쿨링 방식을 유자할 거란 생각이 듭니다. 확인할 방법은 없지만... 물론 열사이펀을 이용한 쿨링은 당연히 모두 있는 것이고요 ;=) 

ECO start/stop 과 터보차져 그리고 후열 

앞 서 정리한 것처럼 수냉식 펌프와 열사이펀을 이용한 추가적인 수냉식 냉각기를 이용해 엔진과 터보차져 그리고 엔진 관련 모듈들이 냉각되고 있습니다. 물론 엔진오일도 윤활기능 뿐만 아니라 냉각기능도 수행합니다. 이런 냉각기들이 분명 우리가 ECO start/stop(auto start-stop) 과 터보차져로부터 발생할 수 있는 엔진 급정지에 따른 고온으로 인한 장비 파손을 충분히 보호할 것으로 생각합니다.  

잠깐 엔진오일에 대해 한 가지 알려드리면 엔진오일을 광유(mineral oil) 에서 합성유(synthetic oil)로 변경하면 광유보다 합성유가 엔진의 정상동작을 유지해 줄 수 있는 온도가 높기 때문에 보다 윤활과 냉각 수명이 깁니다. 또한 오일의 한계점이 높아 노킹 등과 같은 문제가 발생해 내부 온도가 급격히 올라가도 좀 더 버틸 수 있습니다. 노킹에 대해서는 "고급 휘발유 써야 하나?"를 참고하세요. 그런데 오일은 불연소된 기름에 오염되게 되는데요 이로 인해 정상 동작 온도는 시간이 지나면서 점점 낮아지게 됩니다. 사실 이 점이 우리가 자동차의 엔진오일을 주기적으로 교환하는 이유 중에 하나인데요 이 때, 디젤 엔진이 가솔린 엔진보다 유리하다고 합니다. 왜냐하면 디젤의 경우 불연소된 기름에 의해 오일을 오염시키는 일이 거의 없기 때문입니다. 

터보차져에 대한 후열, 정말 필요할까? 사실, 전 아직도 후열이 필요하다고 믿고 실천하고 있습니다. 이유는 기계라는 것은 수명만 있는 것이 아니라 품질도 있기 때문인데요 위의 냉각기능들로 인해 부품의 수명은 보장될 지 모르지만 품질은 떨어질 수 있습니다. 품질이 떨어지면 잡소리, 진동, 소음 등이 커진다는 것이고 신경이 쓰이겠죠. 수명은 냉각기들이 보장하고 품질은 오너 본인이 보장한다는 것이죠! 그리고 살아가면서 주차장에 30초 정도 멈춰있을 여유는 있으니까요. ;-)

물론 무리한 후열은 금물입니다!! 후열 방법은 "OM651 디젤 엔진의 예열과 후열"를 읽어 보세요. 

<Reference>

http://x3.xbimmers.com/forums/showthread.php?t=659990

http://www.delica.ca/forum/turbo-timer-10124.html

http://www.ebay.com/itm/OEM-Mercedes-Benz-Engine-Water-Pump-A-2722000901/150750614296#ht_624wt_1112

http://www.isringhausen.com/News/NewsDetails.aspx?i=1082

http://en.wikipedia.org/wiki/Thermosiphon

http://mbworld.org/forums/m-class-w164/443127-necessary-turbo-timers-diesel-engine.html

http://media.daimler.com/dcmedia/0-921-614820-1-826846-1-0-0-0-0-1-11702-614318-0-1-0-0-0-0-0.html

http://media.daimler.com/dcmedia/0-921-1403831-1-1428473-1-0-0-0-0-0-11702-854934-0-1-0-0-0-0-0.html