TJI 엔진을 이용한 전기 자동차용 보조 엔진

 (Credit: Mahle)

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독일의 자동차 부품 제조사인 말레 (Mahle)가 전기자동차를 위한 소형 내연 기관 발전기를 뮌헨에서 열린 IAA 모빌리티쇼 (IAA Mobility Munich show)에서 공개했습니다. 이들이 개발한 내연 기관은 주행거리 연장 시스템 (range extender)로 주행거리가 상대적으로 짧고 충전 시간은 긴 전기 자동차에 탑재하는 내연 기관입니다. 하이브리드 자동차와 다른 점은 내연 기관이 발전기에만 연결되어 있고 동력 시스템에는 연결되지 않았다는 점입니다. 따라서 보통 연료 효율이 높고 작은 내연 기관이 사용됩니다.

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말레의 엔진이 지닌 특징은 Turbulent Jet Ignition (TJI) 혹은 제트 점화 (Jet Ignition)이라고 불리는 형식의 엔진이라는 것입니다. 본래 이 기술은 포뮬러 1에서 페라리와 메르세데스-벤츠가 처음 사용된 기술입니다. 이 가운데 벤츠는 독자 개발이고 페라리는 말레에서 기술을 전수받은 것입니다.

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TJI의 원리를 간단히 설명하면 다음과 같습니다. 우선 연료 주입기 앞에는 작은 공간인 Pre-Chamber(예연소실)이 있는데 여기에 연료를 분사하면 연료의 97%가 엔진 안으로 들어가고 3%는 남게 됩니다. 그후 연소가 시작되면 예연소실에 있던 연료가 먼저 점화된 후 화염의 제트가 엔진 실린더 내부 사방으로 퍼져 나가면서 연료와 공기가 거의 동시에 점화되는 방식입니다. 디젤 엔진의 압축착화 방식처럼 연소가 균일하게 일어나면서 고압으로 압축할 필요가 없어 효율이 우수합니다. 말레의 제트 점화 엔진은 효율이 42%에 달해 내연 기관 가운데 가장 우수한 편에 속합니다.

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(동영상)

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이 제트 점화 엔진은 85kW의 전력을 지속적으로 생산할 수 있으며 97% 효율의 발전기와 연결되어 있습니다. 기존의 하이브리드 엔진보다도 효율이 우수해 최대 주행거리를 1350km까지 늘릴 수 있다는 게 제조사의 주장입니다. 하지만 그보다는 배터리 용량을 대폭 줄여 무게를 줄이고 엔진과 연료를 탑재하는 편이 가격면이나 효율 면에서 더 나을 수 있습니다. 예를 들어 400km 주행 배터리 대신 100km 주행 배터리 + 보조 엔진 같은 경우입니다. 배터리 무게와 비용을 줄이고 연비도 개선할 수 있습니다.

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42%나 되는 높은 효율을 생각하면 사실 기존의 디젤 및 가솔린 엔진을 대체해도 되지 않을까 하는 생각이 들지만, 현시점에서는 엔진이 소형이고 출력에 한계가 있는 게 아닐까 생각해 봅니다. 아무튼 하이브리드 자동차이 미래는 앞으로 이런 형태나 완전 전기차가 될 것으로 예상합니다.

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참고

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https://newatlas.com/automotive/mahle-jet-ignition-range-extender/

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https://namu.wiki/w/Turbulent%20Jet%20Ignition

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https://newsroom.mahle.com/press/en/press-releases/mahle-is-set-for-the-future-production-ready-innovations-for-sustainable-mobility-110144#