폭스바겐 그룹 TDI 엔진 (Turbocharged Direct Injection)

<TDI엔진 이야기>

TDI는 Turbocharged Direct Injection의 머리말을 따온 약자입니다. 폭스바겐 그룹이 승용차와 일부 상용차에 사용하고 있는 디젤 엔진의 통칭이죠. TDI는 원래 보통명사였다가 폭스바겐 그룹이 상표등록을 낼름 해 버렸습니다. 

<간단히 살펴보기>

TDI 엔진은 직분사 엔진입니다. 연료 인젝터가 입자화된 연료를 각 실린더 내부의 연소실로 바로 분사하는 방식이지요. TDI엔진에는 꼭 필요한 단짝이 있는데 바로 터보차저입니다. 통칭 터보라고 하지요. 엔진 실린더에 공기를 주입하기 위해 필요한 장치로, 이넘은 인터쿨러(Intercooler)와 단짝을 이룹니다. 인터쿨러는 온도를 낮추어 터보가 공급한 공기의 팽창을 억제해 공기 밀도를 높여주는 역할을 하지요. 인터쿨러가 온도를 낮추어 줌으로 해서 연료와 공기의 밀도가 적정한 비율로 연소실로 직행하게 되는 겁니다.

 

[연료 직분사(연료)] + [터보 과급기(공기)] + [인터쿨러(밀도유지)] = 엔진 성능 향상

 

이를 통해서

 

1) 디젤의 특성인 불완전 연소를 차단

2) 휘발유 대비 토크 증가

 

를 이룩하게 된 겁니다.

 

이런 기술은 다른 메이커들 디젤엔진도 대동소이하지만 'TDI'란 용어는 폭스바겐의 디젤엔진에만 붙이는 이름이지요. 물론 폭스바겐 그룹에는 터보 없는 자연흡기 SDI(Suction Diesel Injection, 흡기분사 엔진)도 있습니다. TDI엔진의 특징은 열손실을 크게 줄였다는 점이지요. 이를 통해서 엔진 효율성을 크게 높였다는 것이 장점인데, 대신 연소 시 소음이 크게 증가했습니다. 뭐, 얻는 게 있으면 잃는 게 있는 법이라는 건데요. 직분사 엔진이 가지는 장점 중 하나는 기존 디젤엔진에 비해서 추울때 시동이 잘 걸린다는 것이지요. 물론 엔진 구조가 추위에 더 강하게 설계된다는 점과 연료가열기(Glowplug)를 사용한다는 점이 있긴 하지만.

 

<역사>

TDI엔진의 첫 모델은 1989년 출시된 아우디 100입니다.

<아우디100 쿠베 2도어 버전.... 지금도 멋집니다만... TDI 원년 멤버입니다.>

 

2.5리터 직렬 5기통 엔진이었죠. TDI엔진의 구조는 터보 기술의 진보와 더불어 점차 변향되어갑니다. 터보의 효율이 높아질수록 분사되는 연료의 압력도 커 질 수 있게 되었고, 또한 좀더 정확한 타이밍에 연로를 제때 분사할 수 있게 되면서 부터입니다.

TDI엔진은 몇 개의 [세대]로 나눌 수 있습니다. 예전 세대 모델은 흔히 “VE” 엔진으로 부릅니다. 2000년부터 PD엔진 (Pumpe Düse, 펌프 노즐, 혹은 유닛 인젝터, 펌프 인젝터 등으로 번역되지요)이 유럽에 등장하기 시작합니다.

 

<초창기 Pumpe Düse, PD입니다.>

 

PD 설계는 커먼레일 시스템의 등장에 대항한 폭스바겐 그룹의 저항의 산물이기도 합니다. 커먼레일 시스템에 대한 로열티 지급을 주저한 폭스바겐은 자체 기술로 커먼레일의 엔진 성능에 도전하기로 합니다. 하지만 초창기에는 커먼레일 기술과 PD기술이 거의 비슷한 능력을 보여주었지만, 후기형 커먼레일 기술에는 결국 손을 들고 말지요. 우선, PD 방식은 연료분사의 세밀한 조정에 한계가 있기 때문에 (공해물질 배출과 연관이 있지요) 폭스바겐 그룹은 결국 PD방식을 포기하고 2009년형 모델부터 피에조 분사기를 장착한 커먼레일 계열에 투항하고 맙니다.

즉 연료분사 방식에 의해 VE-PD-CR 로 이어지는 세대 구분이 가능하지요.

 

<수상기록>

2006년, 세브링 12시간 레이싱과 르망 24시간 레이싱에서 아우디 R10 TDI로 폭스바겐 그룹은 디젤 엔진 첫 레이싱 우승을 차지합니다. 비결은 쉘에서 공급한 합성 디젤연료와 디젤의 연비에 따른 주유시간 단축이었죠. 

TDI엔진의 주요 수상 기록은 1999년 올해의 엔진상 수상 기록에서 나옵니다. 폭스바겐 3개, BMW 2개, 아우디 1개, 총 12개 엔진 분야에서 6개가 TDI계열 엔진으로 채워졌지요. 물론 폭스바겐 1.2 TDI는 토요타 프리우스를 제치고 “가장 경제성 있는 엔진”으로 선정되기도 했습니다.

 

<튜닝>

TDI엔진은 튜닝이 쉬운 엔진으로 정평 나 있지요. 약간의 하드웨어 교체와 ECU 조정을 통한 퍼포먼스 향상은 비용대비 효과 측면에서 다른 엔진들을 압도합니다. TDI엔진은 주물 엔진으로 튼튼하지요. 때문에 디젤 연소의 고압과 토크를 커버할 수 있습니다.

예를 들어 TDI엔진 리맵핑은 영국에서 400파운드 정도 하는데, 이를 통해서 엔진 파워는 30% 정도 늘어납니다. (140마력에서 180마력으로 증가). 휘발유 엔진이 이정도 파워 증가를 노리려면.... 대략 내부 부품교체와 엔진을 거의 들어내는 수준의 비용이 들게 되지요. 휘발유 터보엔진이나 디젤 터보엔진의 튠은 거의 비슷한 수준입니다만, 폭스바겐 TDI엔진은 유지관리와 연비 절감에서 독보적인 수준입니다.

연료 저항장치 (Fuel Registor)를 손보면 마력이 증가하기도 하는데, 연료 온도계 센서를 속여서 디젤 연료를 계속 가열하게 만드는 방법이지요. 싸기도 하고, 손으로도 금세 할 수 있어서 비용도 별로 추가되지 않습니다. OBD2(자가진단장치)에 연결하는 튠 박스 같은 것도 팔리고 있는데 보증기간동안에도 튜닝을 할 수 있다는 장점이 있지요. 떼버리면 되니까. 가끔 엔진이 가진 최대 파워를 끌어내기 위해 풀 튜닝을 하는 경우도 있습니다. 이럴 경우 터보와 인젝터를 업그레이드하기도 합니다.

 예를 들어 PD105엔진(105마력)을 가진 골프나 스코다 옥타비아 같은 차를 만지면 리맵핑으로 130마력까지 나오고, 인젝터와 터보를 PD150엔진 계열로 바꾸고 리맵핑하면 200마력 가까이까지 튠이 가능합니다. 토크와 마력이 두배가 됩니다. 물론 엔진 부속의 종류에 따라 엔진마다 튠이 가능한 마력수가 달라지긴 합니다만.

[출처] TDI엔진 이야기. (폭스바겐 TDI 클럽) |작성자 테디