[Tech Review] AMG C 63 S E는 어떻게 4기통으로 680마력을 낼까?

메르세데스-AMG가 6세대 C-클래스를 바탕으로 한 C63 S E 퍼포먼스(C63 S E PERFORMANCE)를 공개했다. AMG는 자사의 55년 역사를 바꿀 게임 체인저라고 말한다. 출력은 무려 680마력, 최대토크 104kgf·m를 만들어낸다.

엔진은 4기통 2.0리터 가솔린 터보다. 배기쪽의 터빈 휠과 흡기 쪽의 컴프레서 휠 사이에 약 4cm 두께의 전기모터가 직접 통합된 구조로 설계됐다. 운전자가 가속페달을 밟으면 터보차저가 작동하기 전에 전기모터가 먼저 돌며 터보차저의 빠른 회전을 유도한다. 덕분에 가속페달을 밟았을 때 뜸 들이는 느낌 없이 바로 큰 힘을 느끼게 한다.

터보차저도 진화했다. AMG C43 혹은 SL 43 모델에 탑재된 터보차저 대비 사이즈가 커져 보다 큰 힘을 발휘할 수 있도록 했다. 터보차저를 단번에 15만 rpm까지 회전시키는 전기모터도 과거의 48V 시스템을 벗어나 400V 시스템을 기반으로 작동하게 됐다.

전기모터는 후륜축에 달린다. 단순히 전기모터만 추가된 것이 아니라 모터 구동용 2단 변속기, 전자제어 방식의 LSD가 하나의 모듈로 설계됐다. 이러한 구조를 갖는 것을 P3 하이브리드라고 부르며, 벤츠에서는 EDU(Electric Drive Unit)라고 부른다. 모터는 연속 출력 70kW(94마력)를 발휘하며, 10초라는 제한적인 시간 동안 최대 150kW(201마력)을 낼 수 있다.

배터리는 후륜축 위에 놓인다. 용량은 6.1kWh이며, 무게는 89kg에 불과하다. 새로운 냉각 시스템을 사용한 덕분에 무게는 절반 가까이 줄였다. 유럽 기준 1회 충전 주행거리는 13km 수준이며 전기모터만으로 도달 가능한 최고 속도는 130km/h까지다.

400볼트 배터리는 AMG에서 자체적으로 개발했다. 이 배터리의 가장 큰 특징은 간접 냉각 방식이 아닌 직접 냉각(Direct cooling) 시스템을 사용한다는 것이다. 배터리 전용 냉각수가 560개에 이르는 배터리 셀 사이를 흐르며 개별적으로 냉각을 시켜주도록 했다. 온도가 너무 높거나 낮으면 제 성능을 발휘하지 못하기 때문이다. 현재 각 셀의 에너지 밀도가 갈수록 높아지고 있어 배터리의 온도 제어의 중요성도 높아지고 있다. 기존의 공기나 냉각수를 활용해 간접적으로 냉각하는 방식으로는 금방 한계에 도달할 수밖에 없다. 이에 배터리 셀 자체를 개별적으로 냉각시켜줄 수 있는 방식을 고안한 것.

직접 냉각을 위해 AMG는 두께가 mm 단위로 이뤄진 새로운 냉각 모듈을 개발했다. 약 14리터 용량의 냉각수가 위에서 아래로 순환하며 각 셀을 지나고 열교환기를 통과하도록 만들었다. 여기서 모인 열은 2개의 LT(Low- Temperature) 냉각 시스템으로 열을 전달하며, 차량 전면에 자리한 냉각 장치를 통해 외부로 방출된다.

덕분에 배터리는 충전이나 방전과 관계없이 평균 45도의 온도를 유지할 수 있다. 고속으로 주행하는 환경에서 배터리 온도가 상승할 수 있지만 직접 냉각 시스템을 통해 바로 정상적인 온도로 내릴 수 있는 능력을 갖는 것이다. 서킷 주행을 통해 배터리 방전과 충전이 빠르게 이뤄져도 동일한 성능 발휘가 가능하다.

전기모터는 후륜을 직접 구동 시키지만 4륜 시스템을 통해 전륜으로도 구동력을 보낸다. 구동 즉시 최대토크가 발휘되는 모터 특성상 보다 빠른 반응과 더불어 엔진 구동이 가능한 것이다. LSD까지 갖추고 있는 만큼 좌우 고른 구동력을 노면으로 전달 시키는 것도 가능하다. 전기모터용 2단 변속기는 140km/h의 속도에서 2단으로 변경되어 빠른 속도에서도 전기모터가 최대한 동력을 지원할 수 있도록 했다. 전기모터는 최대 1만 3500rpm까지 회전한다.

에너지 회생 기능은 4단계로 설정 가능하다. 레벨 0은 일종의 중립 주행과 거의 유사한 환경을, 레벨 1은 일반 내연기관 엔진이 가속페달을 떼는 수준으로 감속되며 에너지를 회수한다. 레벨 2는 시내 주행 시 브레이크 페달을 거의 밟을 필요가 없는 강력한 회생 제동이 이뤄지며, 레벨 3는 100kW 이상의 에너지를 회수할 수 있을 정도의 강력한 회수와 원페달 주행을 지원한다.

만약 레이스 모드를 선택하면 어떻게 될까? 이때는 에너지회수보다 직관적이고 빠른 드라이빙을 하는 것이 목적이기 때문에 에너지 회수 레벨은 1단계로 자동 변경된다.

400V 일렉트릭 터보차저를 사용하는 4기통 2.0리터 엔진은 6725rpm에서 476마력을 만들어낸다. 5250~5500rm 구간에서 생성되는 최대토크는 55.6kgf·m.

여기에 벨트 구동 스타터 제너레이터(RSG, Belt-driven Starter-Generator)를 사용해 엔진 부하를 줄여준다. 일반적인 벨트 구동 스타터 제너레이터와 달리 2세대로 진화된 시스템 덕분에 부분적인 하이브리드 역할을 겸한다.

엔진과 전기모터의 조합을 통해 AMG C63 S E는 출력은 무려 680마력, 최대토크는 104kgf·m를 만들어낸다. 정지 상태에서 시속 100km까지 3.4초 만에 도달하며, 최고 속도는 280km/h에서 전자적으로 제한된다.

주행모드는 일렉트릭, 컴포트, 배터리 홀드, 스포트, 스포트+, 레이스, 슬리퍼리, 인디비주얼로 총 8가지를 선택할 수 있다. 시동을 걸면 기본적인 주행모드는 컴포트 모드로 시작한다. 엔진은 가동되지 않기 때문에 계기판에 “Ready” 정도만 표시된다. 일상 주행은 전기차처럼, 필요할 때 강력한 고성능 세단, 서킷에서는 누구보다 빠른 스포츠카로 변신할 수 있는 것이다.