진화한 액체수소 엔진 GR코롤라, 슈퍼 다이큐 레이스에 도전

토요타자동차는 25일부터 26일까지 양일 간 개최되는 ‘ENEOS 슈퍼 다이큐 시리즈 2024 ‘제2 라운드 후지 슈퍼 다이큐 24시간 레이스에 액체수소를 연료로 탑재한 “#32 ORC ROOKIE GR Corolla H2 Concept” (이하, 수소 엔진 코롤라)로 출전한다.
토요타는 앞으로도 모터스포츠의 혹독한 환경을 통해 자동차와 사람을 단련하고 탄소 중립의 실현을 위해 동료들과 함께 진화를 계속해 나갈 계획이다.

토요타는액체수소의 압력을 높여서 엔진에 보내는 ‘펌프’의 내구성을 대폭 개선해 부품의 교환 없이 24시간 레이스 완주를 목표로 하고 있다. (작년의 24시간 레이스에서는 2회 교환)

수소 엔진은 연료인 수소를 엔진 내부에 직접 분사해 연소시켜 동력을 얻는다. 액체수소 엔진 코롤라는 연료가 들어 있는 탱크에서 엔진으로 수소를 보낼 때 피스톤의 왕복 운동으로 기체를 압송하는(왕복동식) 펌프를 채용하고 있다. 이 펌프는 발생시키는 압력 범위가 높기 때문에, 왕복 운동을 회전 운동으로 바꿔 모터에 토크를 전달하는 ‘크랭크’의 베어링(축을 원활하게 회전시키기 위한 부품)이나 기어에 편중된 부하가 가해져, 마모나 열화가 발생되기 쉬운 상태였다.

이번에는 펌프의 내구성을 향상시키기 위해 듀얼-드라이브(Dual-Drive)라는 크랭크 메커니즘을 도입했다. 이를 통해 크랭크의 양 끝에서 모터 토크를 입력할 수 있어 균형 있게 승압 피스톤을 움직일 수 있게 됐다. 그 결과 펌프의 내구성을 크게 향상시키는데 성공했다.

차체에 탑재하는 액체 수소 탱크의 형상을 ‘원통형’에서 ‘타원형’으로 개량함으로써 액체 수소의 탑재량이 증가하고 항속 거리를 연장할 수 있었다.
기체수소 연료에서는 높은 압력을 균등하게 분산시킬 수 있도록 원통형 탱크를 사용한다. 하지만, 액체수소는 기체수소보다 압력이 낮아서 탱크의 형상을 변경할 수 있다. 이에 따라 수소탱크를 타원형으로 개량함으로써 차량 내부 공간을 효율적으로 활용할 수 있게 되었다. 그 결과, 원통형 탱크 채용시에 비해 탱크의 용량이 1.5배 증가됐다. 또한, 2022년까지의 70MPa 압력의 기체수소를 사용하던 경우와 비교해 2배 이상의 수소 탑재량(항속 거리)을 얻을 수 있었다.
CO2 회수 기술이란, 내연 기관의 특징 중에서 ‘대기를 대량으로 빨아들이는 것’과 ‘연소로 발생하는 열’을 활용해, 엔진 룸에 CO2 회수 장치를 장착, 대기 중의 CO2를 회수하는 기술을 말한다.

구체적으로는 에어 클리너 입구에 CO2를 흡착하는 장치를 설치하고 그 옆에는 엔진 오일의 열에 의해 CO2를 이탈시키는 장치를 설치하게 된다. 이탈된 CO2는 흡착 용액으로 채워진 소형 탱크로 회수된다. 2023년의 레이스 최종 후지 라운드에서는 CO2의 흡착과 이탈의 공정을 메카닉이 수동으로 전환했지만 올해부터는 주행 중에 CO2 흡착 필터를 천천히 회전시킴으로써 흡착과 이탈의 공정 전환을 자동으로 반복하는 메커니즘을 채택했다.

일본 SUPER GT와 슈퍼 포뮬러의 감독을 맡고 있으며 슈퍼 포뮬러를 운영하는 JRP의 회장도 맡고 있는 콘도 마사히코 선수와 TGR-WRT 팀 대표인 야리 마티 라트발라 선수 등이 후지 24시간의 드라이버로 참여해 모리조 (MORIZO)와 함께 액체수소 코롤라로 새로운 도전에 나선다.

김태진 에디터 tj.kim@carguy.kr