More Power, More Speed Diesel Power Tuning
  
최근 애프터마켓에서는 CRDi로 잘 알려진 커먼레일 디젤 엔진,
나아가 기존 CRDi 타입보다 출력을 높인 VGT 엔진까지 디젤 엔진에 대한 튜닝이
활발하게 이루어지고 있다. 디젤에서도 더 높은 파워와 스피드를 요구하는 오너들이 그만큼 늘어나고 있다는 의미다. 이번 호에서는 디젤 파워 튜닝에 대한 내용들을 알아보았다.

어떤 튜닝이든 마찬가지로 기본적으로 하드웨어적인 접근과 소프트웨어적인 접근이 있다. 가솔린 엔진의 경우 비율상 흡·배기를 시작으로 하이캠이나 터보차저의 추가 또는 업그레이드 및 블록과 헤드 포팅 등 하드웨어적인 튜닝이 우선시 되고 이에 맞춰 소프트웨어(ECU)를 튜닝하는 방법이 많았다.
물론 디젤 엔진의 경우도 터빈을 일반적인 저널 베어링에서 볼 베어링으로 바꾸는 식으로 업그레이드 하는 경우도 있지만, 최근 출시되는 디젤 엔진들이 대부분 터보차저가 부착되어 있고 소비자들의 접근과 이해가 쉽고 비용도 적게드는 소프트웨어적인 튜닝이 주류를 이루고 있다. 따라서 본지에서도 주로 소프트웨어적인 튜닝에 대해 자세히 알아보기로 한다. 참고로 국내의 디젤 엔진은 아직 1600바 수준에 머물고 있는데, 유로4에 대응하는 최신 디젤 엔진은 연료압력이 2000바에 이르는 것도 있고, 피에조 타입을 사용해 2,500바까지 올린 것, 그리고 차세대 보쉬와 델파이의 디젤 엔진은 3,200바까지 높인 시스템이 개발된 상태라고 한다. 이는 디젤 엔진의 연비와 유해 가스를 줄이기 위한 것으로 압력과 제어 성능을 더욱 향상시킨 것이다.
본론으로 들어가서, 디젤 엔진의 파워를 높이는 핵심은 연료 분사량이 가장 크다. 가솔린의 경우 연료를 많이 넣는다고 무조건 출력이 올라가지 않고 최고출력이 나오는 공연비 시점을 맞춰야 하는 것이 키 포인트(그 시점을 넘어서면 오히려 출력이 더 떨어진다). 하지만 디젤의 경우 일정 시점까지는 거의 1:1로 정비례해 출력이 상승한다.
예전에는 플런저(Plunger, 가솔린으로 치면 기계식 카뷰레터) 사용하는 디젤 엔진에서도 연료량을 늘리는 것이 기본적인 튜닝 방법이었으나, 플런저를 변경하는 것은 엄연히 불법이고, 이때도 연료량이 과다할 경우 시커먼 매연이 더 많이 난다. 하지만 디젤 엔진이 CRDi 이후 ECU와 고압 커먼레일을 기본으로 고압 인젝터와 고압 인젝션 펌프 등을 사용하는 전자식으로 바뀌면서부터 튜닝하는 방법도 가솔린 엔진의 ECU를 튜닝하는 것처럼 바뀌었다.
그렇다면 전자식 디젤 엔진은 어떻게 튜닝할까? 기본적으로 ECU로 들어가는 신호값을 속이는 것이다. 가장 널리 사용되는 방법으로는 일명 ‘CDRi Booster’라고 불리는 장치를 이용하는 것인데, 이는 가솔린 엔진 튜닝에서도 썼던 AFC와 비슷한 원리로 센서에서 ECU로 보내는 신호값을 바꿔 출력을 높이는 것이다.
처음에는 독일이나 스위스 등에서 수입한 제품들이 대부분이었으나 최근에는 국내 프로라인에서 개발한 CDRi MAX라는 제품도 출시되었다. 궁극적으로는 연료량을 바꿔야 출력이 향상되는 것이지만 이들 제품은 첫 번째로 레일 압력값을 속이는 역할을 하는 것이다.
그 이유는 다음과 같다. 압력이 높으면 고압분사가 이루어지는 과정에서 연료량을 정밀하게 제어할 수 있고, 혼합기가 더 잘 섞이게 된다. 그래서 디젤 엔진에서는 가솔린과 달리 연료 압력을 모니터링 한다. 그 센서를 연료 압력 센서라고 한다. 그런데 당연히 연료는 액체이기 때문에 압력이 변할 수 있다. 가령 급가속을 하게 되면 레일 안에 있던 연료의 압력이 순간적으로 낮아지게 되고, 이 값을 센서에서 ECU로, 다시 ECU에서는 압력을 높이라는 명령을 내리게 된다. 반대로 적정 압력보다 높다고 감지되면 ECU에서는 압력을 줄이라는 보정을 명령을 내려보내게 된다.
물론 커먼레일 자체가 찌그러진다거나 펌프의 오작동이나 불량 외에는 거의 압력이 높아서 문제가 되는 경우는 없다. 보통은 압력이 부족해 문제가 되는 경우가 많다(싼타페의 불량요인으로 지적되던 인젝터 노즐불량, 압력불량 등 대부분 펌프를 다 바꿔야 하는 경우도 이에 속한다). 디젤 튜닝에서 신호값을 속이는 것도 바로 그런 원리를 이용한 것이다.
예를 들어 EDC16 ECU를 사용하는 엔진에서 분사 기준시점의 최적 레일 압력이 1600바라고 가정하자. 센서에는 레일 압력에 대한 전압 값이 올라오는데, 이때 센서는 0∼1600바를 0∼5V 사이에서 전압 값의 단계를 쪼개 ECU로 보낸다. 그 전압 값을 원하는 출력을 감안해 낮추면 ECU에서는 레일 압력이 낮은 것으로 판단해 연료압을 더 올리는 것이다.
여기서 어느 포인트에서 얼마만큼 낮추는가(속이는가) 하는 것이 바로 디젤 파워 튜닝의 노하우다. 그런데 커먼레일 센서는 압력값을 상당히 민감하게 받아들인다. 가령 1600바에 센서 출력 전압이 2.5V라면 연료량 늘리기 위해 변조기 달아 그 값을 2.3V로 줄여버리면, ECU는 2.3V라면 1,400바이기 때문에 200바가 모자란다고 판단해 그만큼 연료 더 쏘라고 신호 보내고, 그만큼 연료가 더 들어가게 된다. 연료량 줄이는 것은 그 반대인데, 이른바 연비 모드로 갈 때를 의미한다.
기본 원리는 간단하지만, 가솔린 튜닝에서 쓰던 AFC처럼 전압 값을 변조할 수 있는 저항 하나만 달면 되겠다고 생각하면 오산이다. 요즘 디젤 엔진은 고전압 인젝터를 사용하기 때문에 차 전체에 노이즈가 많이 탄다. 가솔린 차에서 잘 작동되던 전기장치를 디젤차에 함부로 붙이면 작동을 하지 않을뿐더러, 당연히 디젤 튜닝에서는 노이즈에 대한 대책이 있어야 한다. 즉 단순히 저항 한 개만 달아서는 안 된다는 의미다.
두 번째는 압력 센서의 압력 선도를 변형하는 것이다. 이를 시프트라고 하는데 가솔린처럼 전체 값을 올리거나 내리면 안 된다. 어떤 특정 부분에서는 높이거나 내려야 하는 부분이 필요하다. 즉 얼마만큼 잘 속여서 압력 값을 정확하게 설정하느냐가 포인트.
특히 전압은 0∼5V이지만, 출력에 민감하게 대응하는 영역은 2V(2.5∼4.5) 구간이고, 이를 최소한 100등분(0.02V 단위로) 넘게 쪼개주면서 올릴 곳은 올리고, 내릴 곳은 내리면서 정확하게 계산해서 튜닝해야 된다. 그렇게 하려면 회로에 반드시 CPU가 들어가야 한다.
그런데 어려운 것은 엔진마다, ECU 메이커마다 센서와 ECU의 로직의 특성이 다르다는 점이다. 만약 싼타페에 맞게 한 변조기를 델파이 ECU나 최근 출시된 승용 디젤에 꽂았을 때 제대로 작동한다는 것은 아무도 보장 못한다. ECU 메이커마다 압력 센서가 다르고, 같은 보쉬도 지금까지 팔았던 일반 디젤과 EDC15(기존 CDRi, 1,350바), 델파이 1,450바, 프라이드와 아반떼XD의 ECU가 모두 다르기 때문. 파일롯 인젝션에서의 연료압력이나, ECU 맵핑 값까지 엔진마다 다르다.
즉 노이즈에 대한 노하우, 전압 폭을 사용하는 대역에서의 정밀 제어 자체도 엔진과 ECU마다 다르기 때문에 이를 잘 맞추어야 한다. 함부로 흉내내서는 안 된다는 뜻이다.
하지만 현재 독일이나 스위스에서 세팅해 들어온 제품들은 대부분 프로세서가 내장되어 있고, 이같은 제품 특성을 알고 있는 회사에서 만든 제품이라 큰 문제는 없을 것이다. 국내 수입되는 CDRi 부스터들은 주로 유럽의 3회사의 제품을 사용하는데, 유럽에는 이와 관련된 튜닝회사가 30개, 미국에는 20여 곳이 있다.
보통 수입 제품의 경우 한 개의 하드웨어를 이용해 여러 차종에 적용하도록 만들어야 가격 경쟁력이 있기 때문에 주로 프로그램을 미리 입력해 두고 해당 차종에 맞추어 데이터 입력값을 선택하게 만들어 놓는다. 다만 엔진 특성에 맞춰 얼마나 많은 실험을 했느냐에 의해서 성능의 좋고 나쁨이 결정되는 것이다. 참고로 EDC15를 사용하는 D2000은 싼타페, 투싼, 스포티지, A2500은 쏘렌토, 테라칸과 카니발은 델파이의 ECU를 쓴다. 이 가운데 EDC15는 생산 연령이 오래되어 샘플 로직도 가장 많이 들어와 있어 튜닝 데이터가 많은 편이다. 프라이드와 아반떼XD를 시작으로 향후 출시될 승용 디젤 엔진은 EDC16을 기반으로 하고 있다.
CRDi 부스터라는 아이템으로 단지 출력만 올리는 것은 아니다. 앞서 언급했듯이 연료량을 줄여 아예 연료절감기로 만들 수도 있고, 어떤 회사에서는 기능을 추가해 양산차 메이커의 ECU 리프로그래밍 캠페인용으로 제작하는 등 노선을 전환하는 경우도 있다.
다음으로는 가솔린 엔진의 튜닝에서도 자주 썼던 것처럼 아예 ECU 데이터 자체를 튜닝하는 방법도 있다. 재미있는 것은 CRDi ECU에서 전체 로직은 상당히 복잡하고 방대하지만, ECU 내에 토크 리미트(목표 출력)이 정해져 있어 리맵핑은 오히려 쉬워진다(물론 아는 사람에 한해). 연료량을 건드리는 방법에서도 초기 파일럿 인젝션은 보통 5번을 하는데 이 부분은 배출가스와 소음 절감을 위한 목적이므로 건드리지 않고, 압력에 따른 연료 보정값만 바꾸는 것이다. 그렇게 되면 CRDi 부스터와 같은 작용을 하는 셈이다.
다음으로 중요한 것이 분사 시점이다. 커먼레일 엔진에서 분사 시점이라고 하면 엔진 돌아가 TDC 기준으로 봤을 때 언제 시작해서 언제 끝내는가 인데, 디젤 엔진에서는 가솔린과 달리 분사시점에 따른 영향이 상당히 크다. 디젤차의 분사 시점 1도 변경하는 것은 가솔린에서 점화시기 5도와 맞먹기 때문이다. 부스트 맵도 조절한다. 특히 VGT의 경우 부스트를 전자식으로 컨트롤하는데, 디젤은 엔진 회전수에 한계가 있어서 가솔린 엔진처럼 출력이 한꺼번에 올라가는 효과는 적어도 최고 부스트를 올리면 아무래도 효과가 있기 마련. ECU 튜닝도 토종과 수입(?)의 두 가지로 나뉜다. 그동안 노하우를 쌓아온 국내의 몇몇 회사에서 내놓은 ECU 튜닝 프로그램도 있고, CRDi 부스터의 경우와 마찬가지로 독일이나 스위스의 튜너들과 연계해 해외 파트너가 보낸 튜닝된 데이터를 입력시키는 것이다.
CRDi 부스터는 대부분 센서값을 속여 연료 분사량만 조절하는 것이 대부분이지만, ECU 튜닝은 토크 리미트 풀고, 부스트 올리고, 분사시점까지 바꾸는 등 조절 범위가 넓다는 점이다. 그래서 수치적으로 보면 CRDi 부스터는 평균 20마력 정도 상승하는데 비해 ECU 튜닝은 최소 CRDi의 1.5배 이상 올라갈 수 있게 만들 수 있다는 점이다.
노하우에 많은 점수를 주어야 하는 만큼 가격도 당연히 ECU 튜닝이 비싸다. 글_김태천·황욱익


디젤 튜닝 아이템
AUTIO ECU 튜닝
아우티오의 ECU 튜닝은 독일 ECU 전문업체와 조인해 개발된, 프로그램 전송방식이다. 실시간으로 독일로 파일을 전송해 빠르게는 1시간 내, 길게는 하루 정도 튜닝 파일을 전송 받아 작업하는 방식이다. 이미 독일 및 유럽 각지에 지점을 두고 있는 FT튜닝업체와 파트너십을 맺고 있으며 현재 아우티오에 OEM 납품방식을 취하고 있다.
아우티오의 ECU튜닝은 아우토반에서의 안정성, 즉 독일의 아우토반에서의 장시간 고속주행에서도 안정성을 자랑하는 제품으로 ECU튜닝은 차량컴퓨터의 프로그래밍에 직접적인 변화를 줌으로써 차량의 잠재력을 이끌어 내는 방식이며 고도의 프로그래밍 기술을 요구로 하는 튜닝이다.
아우티오는 국내개발이 아닌 디젤 튜닝의 종주국인 독일의 데이터를 아무런 변화 없이 그대로 국내차량에 적용시켜 가장 안정적인 베이직을 만드는데 중점을 두고 있다. 또 안정적인 ECU튜닝을 기반으로 ECU튜닝과 파워클릭과의 매칭, 조합이 가능하며 밸런스가 무너지지 않은 한계 내에서 더 높은 출력을 가장 안정적으로 방식으로 튜닝 할 수 있는 데이터와 노하우를 가지고 있다.
예를 들어 뉴스포티지의 경우 통상 113마력에서 140마력 대 정도가 튜닝업체로선 한계점이라 할 수 있으나 아우티오 ECU튜닝 방식을 취할 경우 160마력이상을 안정성을 유지하면서 간단히 업그레이드가 가능하다.
이는 유럽의 뛰어난 프로그래밍 기술과 전자제어의 고난이도의 매칭, 조합작업으로서 가능하다.튜닝이 가능한 차종은 현재는 거의 모든 국내 및 외제디젤차량에 해당하며 성능과 고객 만족도는 상당히 우수하다는 평가를 받고 있다.

베테라우어
베테라우어는 퍼포먼스 ECU 및 에어로 파츠, 레이싱 서스펜션 킷 등을 주력으로 삼고있는 유럽 튜너로 유럽에 시판되는 현대·기아를 비롯한 아우디, 폭스바겐, BMW, 벤츠, 페라리 등 38개 브랜드에 맞춰 300여종 이상의 ECU를 개발해온 전문 업체이다.
인텔리전트 파워라 명명된 베테라우어의 출력 향상 프로그램(Power Advanced Program)은 ECU의 연료분사와 점화시기 맵을 섬세하게 최적화시켜 연료분사와 부스트 시기를 재조정, 토크를 향상시키고 토크와 출력밴드를 이상적으로 조정해 단순히 제원상 최고출력의 향상이 아닌 운전의 즐거움을 더해 준다.
특히 커먼레일 디젤 SUV와 승용차를 위한 베테라우어의 출력 향상 프로그램은 밸런스가 무너지지 않는 범위 내에서의 성능향상을 추구하는데, 높은 출력을 생각 할 수도 있지만 자칫 무리한 성능 짜내기로 인해 내구성과 안정성을 잃어버릴 수 있기 때문이다. 유럽의 까다로운 오너들 사이에서도 호평 받음은 물론 까다로운 독일의 공인 라이센스로 안정성을 검증 받은 베테라우어의 출력 향상 프로그램은 ECU 데이터의 완벽한 분석을 통해 완전히 새롭게 ECU를 리프로그래밍해 보다 철저하고 효율적으로 엔진을 제어하는 것으로 보조 ECU를 사용하는 방식과는 차이가 있다.
베테라우어는 유럽의 거대 튜너에 OEM으로 ECU프로그램을 공급하고 여기서 얻어진 노하우로 인해 16비트 ECU를 넘어 최고의 자동차 메이커들의 32비트 ECU조차도 쉽게 튜닝 할 수 있는 기술력을 갖추었다. 이런 노하우를 바탕으로 자동차의 핵심인 ECU 칩튜닝 거쳐 터보차저 탑재 엔진은 20%~40% 정도, N/A 기솔린 엔진의 경우보통 약 6~8 % 가량의 출력과 토크의 향상이 가능하다. 향상된 가속과 최고속에도 불구하고 줄어든 연료소비 등 동일한 운전조건에서 전반적으로 엔진 컨디션이 좋아진다.

디젤 파워 튜닝에서 주의할 점
차마다 또는 같은 차종이라도 연식에 따라 혹은 변속기에 따라서도 ECU 데이터가 다를 수 있다. 가령 현대자동차와 기아자동차에서 판매하는 디젤 엔진 자체는 종류가 몇 가지 안되는데도 불구하고 ECU는 제각각이다. 싼타페만 해도 8가지인데, 아마 두 회사의 디젤차 ECU의 버전을 합치면 60여 가지에 달한다고 한다.
따라서 디젤 파워 튜닝시 가장 주의할 것은 ECU 버전에 대한 정보다. CRDi 부스터나 ECU 튜닝 모두 버전 정보가 다르거나 데이터가 없는 경우 문제가 될 수 있기 때문이다. 만약 업데이트 전의 데이터를 기준으로 튜닝했을 경우 아이들링에서 시동이 꺼진다거나 트랜스미션과 매칭 등에서 트러블이 생길 수도 있다.
또한 어떤 엔진이든 현재의 기술수준에는 한계가 있기 마련이고, 그 한계를 넘어서면(목표 출력을 너무 과도하게 잡을 경우) 엔진 트러블이나 유해 배출가스의 과다 발생 등 다른 피해가 야기된다는 것을 잊지 말아야 할 것이다. 실제로 일부 제품 가운데 엔진 트러블을 일으킨 사례도 있는데, 되도록 인정받는 브랜드와 성능이 검증된 제품을 찾는 편이 좋을 것이다.