Timothy White 수석 엔지니어는 쏘나타 GDI터보엔진 개발에서 저속에서의 응답성과 최대성능과의 조화를 이루는 것이 어려운 점이었다고 합니다. 고압의 터보엔진은 언제든 노킹을 맞을 위험에 노출되 있기 때문이죠.
일단, 옥탄가 87의 일반유에서 충분히 제성능이 나오도록 개발됬다는 것이 핵심이며
다음은 대략적인 기술적 사항입니다.
1. 완전한 전자식 웨이스트게이트 엑츄에이터(Fully Electronic Wastegate Actuator)
- 정교한 부스트압의 조절이 가능
- 웨이스트게이트를 냉간시에도 열어놓음으로써, 빠른 촉매활성화(light-off)가 이루어지며
삼원촉매를 터보차저로부터 떨어뜨려 배치하는 게 가능해짐으로써,
배압(backpressure)을 줄여 응답성과 출력 상승.
특히, 일반유에서 고출력을 뽑기 위해서는 배압 감소가 필연적이라고 하네요.
- 부분적 스로틀 개방시 전자식 스로틀과 부스트 조정으로 펌핑로스가 감소됨으로써 연비 향상.
2. 수석엔지니어 한동희 씨 에 의하면, 개발팀은 30개의 터보차저들 중에 미쯔비시 TD04-19T을 도입하기로 결정했다고 하네요.
여기에 추가로 응답성과 내구성을 향상시키기 위해 골몰했다고 합니다. 터빈 날개의 숫자를 12개에서 11개로 줄여서 회전관성을 줄였다고 하죠.
3. 배기 매니폴더와 합체된 터빈 하우징은 섭씨 950도 정도의 배기온을 견딜 수 있는 오스테나이트계(Austenitic) 스테인레스강으로 만들어져, 농후한 공연비로 엔진을 냉각해야 할 필요를 없앰으로써 연비향상에 기여를 하게 됩니다.
4. 현대는 단순히 세타2엔진에 터보를 부착만 한 게 아니라, 터보엔진의 가혹한 조건들을 견딜 수 있도록 엔진 자체도 많이 바꿀 수 밖에 없었습니다. 강화 알루미늄 블록, 더 굵어진 커넥팅로드(2.4L엔진과는 다른 합금으로 만든), 두터워진 피스톤링, 오일분사구, 새로운 밸브 및 밸트시트를 채용함으로써 높은 온도를 견딜 수 있게 됬죠.
새로운 피스톤은 압축비를 9.5대 1로 낮추고, 부스트압은 1750rpm에서 17.2psi (1.17바), 5500rpm에서는 14psi(0.95바)이며, 그 이후 부스트압은 낮아져 배압을 방지하고, 터빈회전수를 낮춥니다.
5. 노킹방지를 위해 실린더헤드 냉각에도 각별히 신경썼습니다. White 엔지니어는 다수의 작은 것들을 더해 결합하는 게 문제해결 방법 중 하나였다고 합니다. 실린더헤드의 냉각수 통로는 작은 직경의 스파크플러그 덕분에 크게 만들 수 있었고, 전면 공냉식 인터쿨러에는 전용 덕트를 달았다고 합니다. 직분사 시스템은 당연히 엔진냉각효과에 결정적이며, 세심한 매니폴드 튜닝으로 고온의 배기가스가 내연실에서 정체되는 현상을 최소화했다고 합니다.
엔진테스트는 300시간 스로틀 완전개방(Wide-open throttle, 소위 풀악셀), 그리고 6700rpm에서 20시간을 유지하는 것으로 실시됬다고 합니다(물론 양산차의 엔진은 6600rpm에서 회전수제한)... 당연히 이 가혹테스트에는 옥탄가 87의 일반유를 사용했습니다. 엔지니어들은 이 엔진의 보정만으로 고급유의 이점을 취할 수 있을 거라고 합니다. 대략 10마력 정도 상승을 볼 수 있다고 하며, 최대토크 자체는 고급유에 의해 변하지 않지만, 토크곡선이 더욱 두터워지는 효과를 볼 수 있다고 합니다.
