G2X에 들어간 심장이 바로 이엔진이다... 과연 어떤 엔진인지 살펴봅시다~! - Jaey
에코텍(ECOTEC) 2.0리터 직접 연료 분사식 터보 엔진
첨단 연소 기술로 더욱 향상된 2007년형 폰티악 솔스티스 GXP(Pontiac Solstice GXP)의 파워와 효율성 (참고로 솔스티스와 G2X는 같은 플랫폼에 같은 PT를 쓰는 차량입니다. 물론 G2X는 saturn SKY Redline으로 고성능 버젼 즉, 솔스티스 GXP와 같다고 보시면 됩니다. 물론 Opel GT도 같구요.)
미시건주 폰티악 – 제너럴 모터스는 2007년형 폰티악 솔스티스 GXP에 에코텍(Ecotec) 2.0리터 터보 엔진을 탑재하여 북미에서 GM 최초의 직접 연료 분사식 차량을 선보인다. 가솔린 직접 연료 분사 기술을 이용하여 배출 포트가 작은 엔진이 보다 적은 연료를 소모하면서도 훨씬 강력한 파워를 발휘할 수 있도록 에코텍 엔진을 지원한다. 260마력(194kw)과 260lb.-ft. 토크(353Nm)*를 뿜어내며, 입방 인치 당 2.1마력의 배기량(리터당 130마력/97kw)으로 GM 최고의 특정 출력 엔진이자 에코텍(Ecotec) 제품군에서 생산된 가장 강력한 엔진이다.
에코텍(Ecotec) 2.0리터 터보 엔진의 성능을 최적화시키기 위해 가변 밸브 타이밍(variable valve timing, VVT)과 인터쿨러 장착 트윈 스크롤 터보 차저 시스템이 사용된다. 이것은 일부 유럽 출시 차량들에 탑재된 자연 흡입 방식의 에코텍(Ecotec) 2.2리터 직접 연료 분사식 엔진과 이미 생산중인 2.0리터 터보 차저 장착 엔진으로부터 전문적인 기술을 추출하여 미국과 유럽 GM 파워트레인의 전세계 인적 자원들이 함께 개발한 것이다.
직접 분사 방식을 이용하면, 연료가 직접 연소실로 배달되어 공기/연료 혼합물이 보다 완전하게 연소하게 된다. 일반적인 포트 분사식 연소 시스템에서 같은 마력을 출력하는데에도 연료 소모가 적으며, 특히 보통 크루즈 속도에서 연료 절약 효과가 뛰어나다.
에코텍(Ecotec) 2.0리터 터보 엔진 보조 수석 엔지니어인 에드 그로프(Ed Groff)는 “직접 연료 분사 기술은 터보 차저와 잘 맞습니다. 그리고 파워와 경제성 면에서 탁월한 균형을 제공해 줍니다. 에코텍(Ecotec) 2.0리터 터보 엔진은 V-6 엔진에서 기대할 만한 파워를 산출하지만 훨씬 작고 효율적인 패키지입니다. 운전 응답성에 있어서는 그저 놀라울 뿐이지요.”라고 말했다.
경량의 터빈을 장착한 듀얼 스크롤 터보차저는 거의 즉각적인 파워를 제공하며, 에어 투 에어 인터쿨링 시스템은 주입구 온도를 줄여 터보의 성능을 상승시킨다. 듀얼 캠 위상은 최상의 터보 응답성과 신속한 엔진 토크 생성 시간을 위해 저rpm에서 밸브 타이밍을 최적화하여 터보 차저 시스템을 보완해 준다.
에코텍(Ecotec) 2.0리터 터보 엔진은 훨씬 강한 “젠 II(Gen II)” 에코텍 엔진 블록을 이용했는데, 향상된 마력과 토크를 지원하기 위해 레이싱 경험에서 비롯된 의견을 바탕으로 개발된 것이다. 주 베어링 캡이 부착되는 부분인 실린더 블록 벌크헤드와 내경 벽은 견고함을 위해 더 크게 확장되었다. 다른 엔진 부분들은 구조를 강화하기 위해 향상되었고 워터 재킷은 더 깊어져서 추가적인 냉각 용량과 향상된 실린더 내경 진원도를 제공한다. 이 아키텍쳐는 폰티악 솔스티스 로드스터(Pontiac Solstice)에서 데뷔한 2.4리터 에코텍 엔진과 공유된다.
에코텍(Ecotec) 2.0리터 터보 엔진 하일라이트는 다음과 같다.
* 강철 크랭크샤프트
* 단조 연결대
* 단조 오일 통로 피스톤
* 제트 스프레이 피스톤 냉각
* 9.2:1 압축비
* 소듐 충전 배기 밸브를 포함한 알루미늄 실린더 헤드
* 고압 엔진 추동 연료 펌프
* 가변 압력 연료 레일
* 듀얼 스크롤 터보 차저
강철 크랭크샤프트, 단조 연결대 및 단조 피스톤과 같은 구성 요소들은 견고함과 향상된 내구성을 제공하는 고강도 제품들이다. 제트 스프레이 오일 냉각은 직접 오일 통로 피스톤을 향해 있어 피스톤 온도를 낮추는데 도움이 된다. 이 시스템은 압축된 공기의 압력으로 지속적으로 오일을 투여하여 피스톤 윤활과 냉각 역할을 함으로써, 마찰과 소음을 줄이고 보다 강력한 엔진 파워 레벨에서도 내구성을 보증해 준다. 연소를 향상시키기 위해 피스톤 탑은 주입된 연료를 점화 플러그 쪽으로 비껴가도록 해 주는 접시 모양을 띄고 있다.
직접 연료 분사 시스템을 적용하기 위해 에코텍(Ecotec) 2.0리터 터보 엔진은 독특한 실린더 헤드와 흡기 매니폴드를 채택했다. 실린더 헤드는 연료 주입구를 위해 장착 위치를 통합시켰는데, 보통은 흡기 포트나 포트 주입 엔진의 흡기 매니폴드에 장착된다. 고압 연료 펌프는 가변 압력 연료 레일로 연료를 공급한다. 연료는 정밀한 다중 구멍 연료 주입구를 통해 연소실로 들어간다. 연료 펌프, 연료 레일 압력, 연료 주입 타이밍, 주입 기간 등이 엔진 제어 모듈에 의해 제어된다. 이런 방식으로 연료는 미세하게 분무되는 스프레이로 측정되고 공급된다.
연료 주입구의 장착 위치 뿐 아니라 실린더 헤드에도 일반적인 포트와 연소실 디자인이 갖추어져 있다. 양쪽 모두 직접 연료 분사와 고가속 압력에 최적화되어 있다. 소듐 충전 배기 밸브와 스테인레스 스틸 배기 매니폴드는 내구성이 뛰어난 구성 요소로서 엔진의 고성능 역량을 지탱할 수 있도록 설계되었다.
독특한 실린더 헤드, 연료 시스템, 피스콘, 흡기 매니폴드 및 듀얼 스크롤 터보 차저는 2.0리터 터보 엔진을 다른 에코텍 엔진 패밀리와 차별화시키는 유일한 주요 구성 요소들이다. 모바일 1(Mobil 1) 합성 엔진 오일이 공장에서 설치된다. 합성 오일은 마찰 감소 능력과 고온 고성능 능력을 위해 선정되었다.
직접 연료 분사 작동 방법
가솔린 직접 연료 분사는 일반적인 엔진의 연료 공급 과정과는 달리 연료가 직접 연소실로 공급되어 연소실로 흡입된 공기와 혼합된다. 일반적인 연료 주입 엔진의 연소 과정은 연소실로 공급되기 전에 이미 흡기 포트나 흡기 매니폴드에서 혼합된 공기와 연료를 사용한다. 직접 주입은 연료 공급 포인트가 연소 위치에 좀더 밀접하게 다가가는 혁신적인 과정의 지속으로 향상된 제어력을 제공한다.
에코텍(Ecotec) 2.0리터 터보 엔진으로 연료는 흡기 스트로크 중에 직접 연료실로 공급된다. 피스톤이 탑 데드 센터(top-dead center)에 접근할 때, 혼합물이 점화 플러그에 의해 점화되기 때문에 스파크 점화식 직접 연료 분사(spark ignition direct injection, SIDI)라고 부른다. 연료 주입구는 흡기 포트 밑에 위치해 있다. SIDI는 보다 적은 연료에 더 많은 공기가 혼합되기 때문에 “한결 날씬한” 혼합물로 풀 파워를 산출해 낼 수 있다. 또한 SIDI는 연료가 일반적인 연료 주입구에서 공급될 때보다 압축비가 약간 더 높아도 된다. 결과적으로 부분 트로틀과 전 트로틀에서 연료 소모가 더 효율적이 된다. 이 엔진은 다른 에코텍(Ecotec) 엔진처럼 일반적인 점화 플러그를 사용한다.
또한 비회귀성 고압 연료 시스템이 채택된다. 이 시스템은 가변 압력 연료 레일에 공급되는 고강도 스테인레스 스틸 연료 라인을 특징으로 한다. 직접 연료 분사는 일반적인 연료 주입 엔진보다 연료 압력이 더 높아야 하며, 엔진 추동 고압 연료 펌프를 이용하여 최고 1,276psi(150바)의 압력까지 공급된다. 이 시스템은 약 752psi(50바) 정도로 유휴시 연료 저압력을 규칙적으로 조정해 주며, 트로틀 최대 개방시에는 고압력을 조정해 준다. 캠 추동 고압력 펌프는 일반적인 연료 탱크 장착 공급 펌프와 함께 작동한다.
직접 연료 분사의 정밀한 연료 공급은 좀더 확실한 완전 연소를 가능하게 함으로써 대부분의 엔진 배기량이 일반 수준으로 생성될 때, 특히 냉시동 시에, 배기량을 줄여 준다. 또한 직접 연료 분사는 연비에 긍정적인 영향을 주는 엔진의 압축비를 더 높여준다. 배기량이 더 큰 자연 흡입 엔진과 비교해 볼 때 특정 파워 레벨에서 상승된 SIDI 엔진은 연비상으로 현저한 혜택을 제공해 줄 수 있다.
터보 차저 시스템
고유의 듀얼 스크롤 터보 차저가 에어 투 에어 인터쿨링 시스템과 짝을 이루어 최고 약 20psi(1.25바)까지 파워를 향상시킨다. 듀얼 스크롤 터보 차저는 엔진에서 터빈 하우징까지 이어지는 듀얼 배기관이 배기가스를 터빈으로 보낼 때 거의 즉각적인 반응을 보인다. 따라서 저rpm에서 랙 타임, 즉 부스트가 순간적으로 올라가기 시작하는 시점(spool-up)을 단축시킨다.
그로프는 “이 시스템에서는 사실상 랙 타임이 없습니다. 트로틀 반응은 즉각적입니다. 이 엔진은 배기량이 더 큰 엔진처럼 작동합니다.”라고 말했다.
터보 차저는 엔진의 배기량과 성능 목표에 부합된다. 에어 투 에어 인터쿨링 시스템의 지원을 받아, 신선한 공기가 열 교환기를 통해 흡입됨으로써 터보 차저의 흡기 시스템을 통해 주입되는 더 따뜻한 압축 공기의 온도를 낮춰준다. 주입구 온도는 약 212도(섭씨 100도)만큼 낮춰지고 성능이 향상된다. 공기가 서늘할수록 밀도가 높아 최적의 연소가 가능하기 때문이다.
듀얼 캠 위상
에코텍 2.0리터 터보 엔진의 캠샤프트에는 지속적으로 가변 흡기와 배기 밸브 타이밍을 지원하는 위상이 있다. 또한 캠 위치 센서가 있어 엔진 컨트롤 모듈이 정확하게 밸브 타이밍을 컨트롤한다. 크랭크샤프트와 캠샤프트 위치 세서는 디지털이다. 새로운 엔진 컨트롤러는 엔진에 따라 다른데, 엔진의 성능 매개 변수를 감지하고 컨트롤하는데 사용된다.
가변 흡기 및 배기 타이밍은 가솔린 직접 연료 분사와 터보 차저 시스템 모두와 서로 상승 작용에 의해 작동한다. 캠 위상으로 가변 엔진 타이밍이 가능해지고, 이로써 연소 과정을 최적화시킬 수 있다. 또한, 컨트롤러가 저rpm에서의 밸브 “오버랩”을 조절함으로써 터보 차저의 응답을 증가시켜 좀더 즉각적인 느낌의 파워를 제공한다.
에코텍(Ecotec) 제품군의 특성
에코텍(Ecotec) 2.0리터 터보 엔진은 처음부터 넓은 범위의 성능과 연소 능력을 위해 설계된 글로벌 플랫폼을 바탕으로 제조된다. 젠 II(Gen II) 블록은 엔진의 고성능 요구를 지원하지만, 오리지날 에코텍 아키텍쳐를 강화한 버전일 뿐이다. 예를 들어, 오일 펌프는 다른 모든 에코텍 엔진에 사용하는 것과 동일한 것이다. 이것은 원래 미래 엔진의 고성능 적용을 지원하기 위해 설계되었다.
그로프는 “2.0리터 터보 엔진은 현재까지의 에코텍 성능의 최고봉입니다. 물론 추가적인 성장 계획이 마련되어 있습니다. 그 성능을 위한 기초 작업은 에코텍 개발이 처음 시작될 때 드로잉 테이블에서 이루어집니다. 준비 작업과 엔진 설계에 대한 좀더 깊은 연구 덕분에 GM은 계속해서 훨씬 신속하고 정확하게 전세계 시장의 요구에 응답할 수 있는 것입니다.”라고 말했다.
또한 이 새로운 에코텍 패밀리의 제품은 내구성과 정교함이라는 명성을 얻게 해 준 다음과 같은 특성들을 갖추고 있다.
* 듀얼 오버헤드 캠샤프트(DOHC)와 실린더 당 밸브 4개
* 부드러운 조작을 위한 트윈 카운터 롤링 밸런스 샤프트
* 전자 제어 트로틀(ETC) 기능
* 유압식 밸브 간극 조절기가 장착된 저마찰 롤러 핑거 팔로워 밸브 트레인
* 캠샤프트를 위한 유지보수가 간단한 체인 드라이브 방식
* 58배속 크랭크샤프트 포지셔닝
* 일반적인 소음과 진동의 출처를 줄이거나 제거하는 직접 장착 액세서리
* 소음 및 진동을 줄여주는 원형 트랜스미션 마운트
* 오일 교환 빈도수를 줄일 수 있는 GM 오일 수명 시스템(Oil Life System)
* 오일 교환을 위해 차량 밑으로 기어들어갈 필요가 없이 사용한 오일이 들어있는 일회욜 오일 필터 캔을 제거하기만 하면 되는 혁신적인 주물 오일 필터 하우징
다른 에코텍 엔진들처럼 2.0리터 터보 엔진 또한 냉시동 중 소음을 줄여주는 피스톤의 폴리머 코팅 및 스커트 디자인 등 부드럽고 조용한 조작을 위해 설계된 프리미엄 기능을 보유하고 있다. 또한 자동 유압식 텐셔너가 타이밍 체인의 텐션을 최적으로 유지해 줌으로써 소음과 진동을 줄여준다.
제너럴 모터스(General Motors Corp., NYSE: GM)는 세계 최대의 자동차 제조회사로서 1931년 이래 전세계의 자동차 업계 판매 리더의 자리를 지켜 왔다.GM은 1908년에 설립되어 현재 전세계적으로 약 32만 5천명의 직원을 고용하고 있다. 32개국에서 제조 설비를 운영하고 있으며 200개국에서 차량을 판매하고 있다. 2004년 GM은 전세계적으로 거의 9백만대의 승용차와 트럭을 판매하여, 4퍼센트의 판매 성장과 더불어 회사 역사상 최고 2위의 실적을 올렸다. GM의 본사는 디트로이트에 소재한 GM 르네상스 센터(GM Renaissance Center)에 있다. GM에 대한 더 자세한 정보는 www.gm.com을 찾아주십시오.
*미국 자동차 공학 협회(SAE) 임시, 인증 출원중. 미국 자동차 공학 협회(SAE) 엔진 시험 방법(Engine Test Code) 위원회가 개발한 새로운 자발적 파워 및 토크 인증 절차가 2005년 3월 31일 승인되었습니다. 이 절차(J2723)는 제조업체가 제3자의 입회 시험을 통해 엔진을 인증할 수 있도록 함으로써 마력 및 토크 등급이 공정하고 정확한지 확증해 줍니다. GM은 이 절차를 이용하기 시작한 최초의 자동차 제조업체였으며, 앞으로 새로 등급을 매기는 모든 엔진에 이용할 예정입니다.
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연락처:
Tom Read
GM Powertrain Communications
전화: 248-857-4006
이메일: tom.read@gm.com
#출처 : http://www.clubg2x.co.kr/147386
