엔진 테크놀러지로 보는 BMW와 그 미래

이제는 기술력으로 살아가는 BMW의 엔진 테크놀러지를 보면서 앞으로 BMW가 갈 방향에 대해 이야기 해 보죠.

엔진 테크놀러지로 보는 BMW와 그 미래

BMW 다움을 위한 최신 테크놀러지와 그것이 보여 주는 BMW의 미래

BMW가 라인업하고 있는 엔진은 가솔린 엔진 사양만해도 20종류 가까이 된다. 그 수많은 엔진들은 지금도 계속 진화를 거듭하고 있다. 그 때문에 흔히들 “엔진의 BMW”라고 하는데 주저하지 않는다. 그런 BMW의 이미지에 착안에 최신 엔진의 테크놀러지를 통해 BMW가 어떻게 진화하고 있는 것인지를 살펴 보고자 한다.

잘 알려져 있다시피 BMW는 “달리는 즐거움”을 추구하는 자동차를 만드는 것으로 유명한 브랜드다. 이는 핸들링만이 아니라 엔진에 관해서도 마찬가지다. 회사 명칭(Beyerische Motoren Werke)에서도 알 수 있듯이 유달리 엔진에 대한 고집을 강하게 풍기고 있으며 그런 고집을 바탕으로 개발을 하고 있는 것이다.
BMW가 고집하고 있는 것 중 하나가 직렬 6기통이다. 이 엔진은 오랜 역사 동안 BMW의 핵으로 되어 왔다고 해도 좋을 정도로 뿌리가 깊다. 엔진 파워의 배리에이션도 다양하고 BMW라인업의 많은 차종에 탑재되어 활약하고 있다. 1995년에는 20만기였던 직렬 6기통의 생산량이 2005년에는 50만기를 넘어섰으며 머지 않아 60만기를 돌파할 것이라고 한다. BMW의 총 생산대수의 약 절반이 직렬 6기통 엔진을 탑재하고 있는 것이다.
세계적인 흐름은 6기통은 직렬에서 V형으로 이행하고 있는데 BMW는 직렬 6기통을 고집하는 자세를 여전히 견지하고 있다. 직렬 6기통의 완벽한 다이나믹 밸런스에 의해 회전수가 올라갈수록 부드럽게 도는 감촉은 BMW가 추구하는 달리는 즐거움을 잘 표현해 내고 있다. 그리고 그것은 BMW 이외에서는 맛볼 수 없는 것으로 알려져 오고 있다.
사실 BMW가 앞으로 얼마나 더 직렬 6기통 엔진을 사용하게 될지에 대해서도 의심의 눈초리를 보내는 사람들이 많았다. 하지만 2004년에 마그네슘 합금을 사용한 실린더 블록을 가진 직렬 6기통을 새로 개발함으로써 그런 의심의 눈초리를 보내는 사람들에게 직접적인 반박을 해 보이기도 했다.
BMW는 2002년형 모델부터 밸브트로닉이라고 하는 획기적인 흡기 컨트롤 시스템을 채용하고 있는데 이 새로운 시스템으로 인해 엔진 코드가 바뀌었다. 그때까지는 M으로 시작되는 코드를 사용했는데 신형 엔진에서는 N으로 바뀐 것이다. M은 Motor Lane 의 의미였으나 N은 New Generation을 뜻한다고 한다.
밸브트로닉은 인테이크 매니폴드에 있는 스로틀 버터 플라이에 의한 흡입저항을 줄여 연비를 좋게 하기 위해 개발한 획기적인 기구다. 피스톤이 내려가 공기를 흡입할 때 스로틀 버터 플라이가 조금만 열려도, 다시 말해 엑셀러레이터 페달을 조금만 밟아도 저항이 된다. 이 저항을 없애기 위해 BMW는 스로틀 버터플라이 자체를 없애 버렸다. 그것이 밸브트로닉의 목적인 것이다.
스로틀 버터 플라이 없이 흡입공기량을 컨트롤하는 것은 흡입 밸브의 리프트량과 열리는 시간이다. 엑셀러레이터 페달을 강하게 밟았을 경우 열려 있는 시간이 길다. 반대로 엑셀러레이터 페달을 조금 밟으면 흡입 밸브의 리프트량은 작아지고 열려있는 시간도 짧아진다. 이는 조기폐쇄라고 하는 상태로 흡입밸브가 열리는 타이밍은 같지만 그 후 빨리 닫히고 마는 것이다.
피스톤이 하강하고 있을 때에는 흡입 밸브가 닫히면서부터 저항이 되는데 피스톤이 상승할 때에는 그만큼 압축하지 않기 때문에 저항은 없어진다. 나아가 폭발할 때는 실제의 압축공정보다 긴 스트로크로 힘을 발휘할 수 있기 때문에 효율이 좋은 것이다.
인테이크 매니폴드 내에 스로틀 버터 플라이가 전혀 없는 것은 아니다. 실은 버터 플라이가 있다. 이는 엑셀러레이터 페달과 연동하고 있는 것은 아니라 보통은 수평으로 되어 있어 냉간시와 EGR용으로 닫기 위해 작동되는 것이다. 냉간시에는 쵸크와 같은 효율을 내며 EGR용에는 버터 플라이를 작동시켜 매니폴드 내에 부압을 만들어 EGR을 작동시켜 지나치게 상승한 연소온도를 내려준다. 연소온도가 높으면 NOx가 발생하기 쉬운데 이는 그 대책으로 되어 있는 것이다.
밸브트로닉 엔진에는 에어플로우 미터 등의 흡입공기량 측정장치는 없다. 이것도 획기적이다.
그러면 엔진을 제어하기 위해 어떻게 해서 흡입공기량을 측정하고 있을까. 실은 밸브트로닉의 개폐조절로 측정하는 것이다. 즉 엑셀러레이터 페달의 답량 조절에 따라 어느정도 흡입밸브를 열까는 컴퓨터가 판단하고 있는 것인데 그 여는 양으로 흡입공기량을 추측하고 있는 것이다. 그 오차는 6%정도에 불과하다고 한다. 더욱이 이그조스트 매니폴드의 A/F(공연비) 센서로 측정한 것을 즉시 피드백해 분사연료량을 컨트롤하기 때문에 아주 정확하게 된다는 것이다. 이 학습효과에 의해 정확한 연료분사가 가능해지는 것이다.
또한 노킹 센서도 없다. 점화플러그에 의한 이온 분자측정에 의해 노킹 연소상태를 모니터할 수 있기 때문이다. F1 엔진으로부터 피드백기술에 의해 BMW의 최신 엔진은 센서를 갖지 않고 연료분사량, 분사 타이밍, 점화 타이밍을 제어하고 있는 것이다.

절대적인 성능만이 아니라 감각적인 성능에서도 일보 진전

BMW의 엔진 개발 팀에는 ‘파워 디자인’이라고 하는 단어가 있다. 간단히 말하면 엑셀러레이터 페달을 밟았을 때 어느정도 가속력을 내는가 하는 것이다. 엑셀러레이터 페달을 조금 밟았을 때 운전자의 예상 이상으로 가속하면 정확히 조종할 수 없게 된다. 답량에 비례한 가속력을 만들어 낸다고 하는 것이 파워 디자인의 최종 목표다.
단지 카탈로그 데이터를 좋게 보이고자 출력과 토크를 내고 있는 것은 아니다. 얼마나 운전자의 기분에 충실하게 자동차를 움직이는가, 얼마나 매끄럽게 운전할 수 있는가? 파워 디자인은 ‘달리는 즐거움’을 중요한 팩터로 잡고 있는 것이다.
BMW의 엔진은 사운드 튜닝에 대해서도 열심이다. 이는 자동차에 따라 세밀하게 시행되어 그 자동차의 캐릭터에 맞는 사운드를 만들어낸다. 세단과 쿠페에서는 분명 쿠페쪽이 박력있는 배기음으로 되어 있다. 똑 같은 엔진으로도 배기계를 바꾸면서까지 음의 튜닝을 하고 있는 것이다. 북미 시장에서 인기있는 V형 8기통 엔진을 탑재한 X5는 과거 미국산 V8과 흡사한 사운드를 만들어 내고 있다.
BMW의 엔지니어는 흡기음의 튜닝까지 실시하고 있다. 이런 점으로 인해 다른 브랜드와의 차별화가 이루어지고 특히 일본차가 부러워하는 대목이기도 하다. 이에 대해 한 일본 자료에 따르면 일본차가 싱글 카뷰레터라고 한다면 BMW는 멀티 카뷰레터라고 할 정도의 차이가 있다고 설명하고 있다. 싱글 카뷰레터로 큰 에어클리너를 채용한 엔진에서는 흡기음은 들리지 않는다. 하지만 솔렉스 카뷰레터를 멀티로 장착하고 있는 엔진은 엑셀러레이터 페달을 밟으면 흡기음이 크게 들린다. BMW는 컴퓨터 제어의 연료분사 엔진으로 되어서도 이것을 만들어 내고 있다. Z4 등은 분명 오픈시에 살아나는 흡기음이 들리도록 튜닝되어 있다.
엑셀러레이터 페달을 밟은 직후부터 흡기음이 들린다면 아직 가속하지 않고도 드라이버는 가속하고 있는 것처럼 느낀다. BMW의 엔진은 회전수에 비례한 음을 만들지는 않는다. 그 때의 엔진 상태에 따라 엔진의 사운드를 들려주는 것이다.
BMW다움이란 다이나믹스이며 ‘달리는 즐거움’이고 높은 주행의 품질이다. BMW는 대량 생산 대량 판매를 추구하는 양산 메이커가 아닌 프리미엄 브랜드이기 때문에 바로 이런 BMW다움을 고집할 수 있다고 할 수 있다. 다시 말하면 예를 들어 실내가 좁다거나 가격이 비싸다거나 하는 이야기는 바로 이런 BMW다움을 모르고 하는 얘기라는 것이다.
그리고 그것은 앞으로도 변함이 없을 것이다. 철저하게 ‘달리는 즐거움’을 추구하는 브랜드로서의 길을 간다는 얘기다.

BMW 신형 엔진 라인업

N52B30A
2996cc 직렬 6기통 258ps/265ps

1998년부터 개발을 시작해 2004년 9월부터 양산이 시작된 것이 N52라고 하는 코드넘버를 가진 최신 직렬 6기통 엔진이다. M54에 대해 중량이 10kg 가볍고 연비가 12% 향상되었으며 출력이 20kW 증강되었는데 이를 위해 원점에서부터 시작해 디자인된 완전 신형 엔진이다. 마그네슘 합금과 알루미늄 합금의 복합 주조 실린더 블록이 주목을 끈다. 이는 무엇보다 1924년에 비행기용으로 개발된 직렬 6기통, V형 12기통 엔진에 채용되어 있다. 물론 자동차용으로서는 세계 최초다. 피스톤과 마찰하는 실린더 내벽과 물과 닿는 워터 자켓은 알루미늄 함금이지만 그것을 마치 플라스틱처럼 가벼운 마그네슘 합금으로 씌운다. 마그네슘 합금을 고정하는 나사는 알루미늄이다. 더블 VANOS의 완전 알루미늄화, 중공 캠 샤프트도 경량화에 공헌한다. 전동 워터 펌프, 가변 용량 오일 펌프는 손실을 없애고 저속 토크 향상과 고회전역에서의 고출력화에 성공하고 있다. 또 마이너 체인지된 신형 Z4로드스터에 탑재된 N52B30A에서는 최대 토크의 발생회전수를 낮추어 최고출력을 향상시키고 있다.

기사&사진 제공 : 글로벌 오토뉴스(http://global-autonews.com )