[닛산] CO2 배출량을 저감한 e-POWER 시스템 발표

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Nissan’s 100% electric motor-driven e-POWER technology reaches global milestone

 

닛산 자동차가 지난 26일 엔진의 열효율을 50%까지 끌어올리는 기술 개발에 성공했다고 밝혔습니다. 이 기술은 다음 세대 e-POWER 시스템에 적용될 예정입니다.

닛산의 e-POWER 시스템은 차량의 가솔린 엔진이 전기 에너지를 배터리팩에 전달하도록  합니다. 현재 자동차 업계에서 열효율 수치는 평균적으로 40%에 정도입니다만 닛산은 이를 50%까지 증가시켜 CO2 배출량을 더 줄일 수 있게 되었습니다. 닛산 연구소의 파워트레인과 전기차 엔지니어링 부회장 히라이 토시이로는 다음과 같이 말했습니다.

"2050까지 제품 라이프사이클에서 탄소 중립을 달성하기 위해, 닛산은 주요 시장에서 2030년부터 출시되는 모든 신차를 전동화시키는 전략을 갖고 있습니다. 닛산의 전동화 전략은 전동화 파워트레인과 고효율 배터리 개발을 중심으로 하는데, e-POWER는 또 다른 핵심 전략으로서 역할이 있습니다."

 

닛산의 e-POWER 시스템

e-POWER는 2016년 처음 소개됐습니다. 핵심은 완전 전기차인 닛산 리프에 사용되는 모터 기술과 같습니다. 이 시스템은 가솔린엔진(+파워 제너레이터, 인터버, 배터리)와 전기 모터의 조합으로 구성됩니다.

기존 하이브리드 시스템과 달리, e-POWER는 차량의 엔진을 전기 발전을 위해서만 사용할 수 있습니다. 2020년 12월말, 닛산은 일본 시장에서의 신형 NOTE 모델을을 발표했습니다. 이 NOTE 모델은 e-POWER만 탑재하고 있고 이미 2만대 이상의 주문을 받았습니다. 이 모델은 향후 닛산의 글로벌 시장에서도 중요한 역할을 해줄 것으로 보입니다.

 

에너지 효율 증가를 향한 노력

전통적인 내연기관 엔진은 다양한 RPM 및 부하 구간에서 힘과 성능이 요구되었습니다. 이 기본적인 요구사항이 의미하는 것은 전통적인 엔진은 항상 최적의 효율을 유지할 수 없다는 것입니다. 하지만, 닛산의 e-POWER 시스템은 차량의 엔진이 시스템의 전기 공급자로서의 역할만 하게합니다. 엔진은 가장 효율적인 범위내에서만 작동하도록 제한되고, 엔진의 전기 발생 및 배터리에 저장된 에너지량을 적절하게 관리하게 됩니다.

이러한 방식, 그리고 배터리 기술의 혁신과 에너지 관리 기술로써, 닛산은 열효율을 지금 수준 이상으로 끌어올렸습니다. 차세대 e-POWER 시스템의 개발은 이런식으로 에너지 효율을 계속 높여나가면서 e-POWER 전용 엔진을 만들어낼 것입니다.

 

STARC 컨셉

50% 열효율을 달성하기 위해, 닛산은 STARC라고 부르는 컨셉을 만들었습니다. STARC은 Strong, Tumble and appropriately stretched robust ignition channel의 줄임말입니다. 이 컨셉은 엔진 실린더 안의 가스 유동(실린어 안으로 들어간 공기와 연료 혼합물의 유동)과 점화를 강화하고, 고압축비에서 더 농축된 공기와 연료 혼합물을 연소시키는 방식입니다.

전통적인 엔진에서는 수시로 바뀌는 주행 부하에 대응하기 위해 공기와 연료 혼합물의 농도를 제어하는데 제한이 있었고, 예를들면 실린더 내에서 가스의 유동, 점화 방식,압축비와 같은 트레이드오프 조건이 있어서 출력을 내기 위한 효율을 떨어트리는 경우가 있었습니다.

하지만, 최적의 속도 및 부하 구간에서만 작동하여 전기 발전을 하는 새로운 전용 엔진은 열효율을 획기적으로 개선할 수 있습니다.

자체 시험 결과에 의하면, EGR 딜루션 방법을 썼을 때는 43%, 다중 실린더 엔진으로 Lean Combustion*를 했을 때는 46%의 열효율을 기록했습니다. 50%라는 수치는 엔진을 고정된 RPM과 부하에서만 작동시키고 폐열 회수 기능을 같이 사용했을 때 달성했습니다.

* Lean Combustion : 이론 공연비(람다=1) 보다 공기량을 더 증가시켜 연소시키는 것. 람다=2 초과를 가정.