가솔린 2.5 터보 하이브리드 엔진 등 공개…팰리세이드 최초 탑재
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현대자동차그룹은 10일 오전 서울 중구 크레스트72에서 차세대 하이브리드 시스템 테크 데이를 열었다. /최의종 기자 |
[더팩트ㅣ최의종 기자] "하이브리드가 더 이상 친환경 파워트레인(동력장치)에서 국한되지 않고 메인 볼륨 파워트레인으로 확장될 수 있다고 판단했다. 현대자동차그룹은 시스템 자체 성능 개선과 함께 엔진과 전기 모터의 매칭 확대에 집중했다."
강동훈 제품권역전략팀 파트장이 지난 10일 '현대차그룹 차세대 하이브리드 시스템 테크 데이'에서 밝힌 말이다. 현대차그룹은 전기차 캐즘(일시적 수요 정체) 기간을 고려해 차세대 하이브리드 기술을 선보이며 글로벌 완성차 시장 입지를 굳히겠다는 의지를 드러냈다.
현대차그룹은 이날 오전 서울 중구 크레스트72에서 차세대 하이브리드 시스템 테크 데이를 열고 △e-AWD △e-VMC 2.0(Electrification-Vehicle Motion Control) △스테이 모드 △V2L △스마트 회생 제동 등 전동화 특화 기술을 공개했다.
강동훈 파트장은 '동력과 효율의 완벽한 조화, 하이브리드 그 이상의 전동화 경험(Well Balanced High Tech & Expanded xEV Experience)'을 차세대 하이브리드 기술 콘셉트라고 설명했다. 구조적으로는 모터를 집결해서 성능을 개선하고, 변속 모듈 설계를 반영했다.
전기차에서 제공되는 유용한 특정 기술과 편의 사양을 하이브리드에 적용했다고 말했다. 시스템에 탑재된 모터와 배터리를 적극적으로 활용해 전기차에서만 경험할 수 있는 다양한 기술을 하이브리드에서도 제공했다는 것이 강 파트장 설명이다.
◆신규 변속기, 2개 모터 내장…"동력 성능·효율 확보"
모터는 탑재 위치에 따라 P0부터 P4까지 구분할 수 있다. 각 위치에 서로 다른 역할을 한다. 기존에는 엔진과 벨트로 연결된 P0로 시동 모터가 엔진 시동과 발전기 역할을 하고 엔진과 변속기 사이 적용된 팀프 모터가 구동과 회생 제동 역할을 했다.
하지만 기존 시스템은 P0 모터에 벨트만 차도 손실이 발생하고, 구동은 오직 P2 모터가 담당해 연비와 동력 성능을 높이는 데 한계가 있었다. 현대차그룹은 'P1+P2 병렬형 구조'를 완성해 한계를 개선하고 성능을 올렸다.
현대차그룹은 차세대 하이브리드 시스템 변속기에 구동·회생 제동을 담당하는 구동 모터(P2) 외에 시동·발전, 구동력 보조 기능을 수행하는 시동 모터(P1)를 새로 추가해 병렬형 구조를 만들었다. P1 모터는 구동력을 보조해 연비와 동력 성능을 개선한다.
현대차그룹은 변속기 허용 토크를 기존 37.4kgf·m에서 46.9kgf·m로 약 25% 올려 고배기량 터보 엔진에 결합하면 최대 토크를 자연스럽고 강력하게 발휘할 수 있도록 했다고 강조했다. 무엇보다 소형부터 중대형까지 다양한 차급에 탑재할 수 있다.
유홍식 전동화구동설계팀 책임연구원은 "강력한 파워가 필요할 때는 적극적으로 구동력을 더해 동력 성능까지 개선됐다"며 "엔진 최저점에서 구동할 수 있는 장점을 가진 다단 변속 시스템을 기존과 동일하게 적용했다"고 설명했다.
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차세대 하이브리드 시스템인 2.5 터보 하이브리드 엔진은 현대차 팰리세이드 하이브리드에 최초 탑재된다. 현대차 디 올 뉴 팰리세이드. /현대차 |
◆가솔린 2.5 터보 하이브리드 엔진 개발…동력 손실 최소화
현대차그룹은 차세대 하이브리드 시스템 첫 파워트레인으로 가솔린 2.5 터보 하이브리드 엔진을 개발했다. 기존 엔진 설계와 제어 기술을 개선해 효율을 극대화했다고 강조했다. 변속기와 엔진 사이 P1 모터가 추가돼 분산되던 동력 손실을 최소화했다.
내연기관은 흡입·압축·폭발·배기를 통해 동력을 얻는다. 새 기술은 압축 행정 시 흡기 밸브를 의도적으로 늦게 닫아 실린더 내부로 들어온 혼합기 유효 압축비를 낮췄다. 폭발에서 높은 팽창비를 유지하는 '과팽창 사이클'을 적용했다. 압축 소모 동력은 줄여 효율이 개선됐다.
하이브리드 최적 고효율 사이클을 적용 시 약화할 수 있는 혼합기 흐름을 보완하기 위해 피스톤 상단 형상을 그릇 모양으로 최적화했다. 기존 엔진 대비 제어 영역을 고효율 영역까지 확장했다. 연소 속도를 향상하고 안정성도 확보했다는 것이 현대차그룹 설명이다.
박종국 전동화구동시험1팀 책임연구원은 "강력한 동력 성능, 우수한 연비, 강화되는 환경 규제에 대응했다"며 "하이브리드 특성에 맞춰 전기 모터와의 조화를 고려한 최적 세팅으로 동력 성능과 효율을 균형 있게 확보했다"고 강조했다.
◆변속감과 정숙성까지 잡은 차세대 시스템…저감기술 강화
현대차그룹은 P1+P2 병렬형 구조에 따른 변속기와 엔진 개선으로 연비와 동력 성능을 개선하고 변속감과 정숙성이 향상됐다고 강조했다. P1 모터를 통해 엔진 시동에 걸리는 시간을 줄였다. 연료 소모량도 줄였다. 엔진이 고효율 영역에서 운전하도록 했다.
대형 스포츠유틸리티차량(SUV)에 탑재하는 가솔린 2.5 터보 하이브리드는 최고 연비 14.1km/ℓ, 시스템 최고 출력 334마력, 최대 토크 46.9kgf·m 성능을 갖췄다고 강조했다. 이는 동급 2.5 터보 가솔린 모델 대비 연비는 약 45%, 최고 출력과 최대 토크는 각각 약 19%, 9% 높다.
가솔린 1.6 터보 차세대 하이브리드는 중형 SUV 기준 연비가 기존 대비 약 4.3% 향상됐다. 변속기 허용 토크는 37.4kgf·m에서 38.8kgf·m으로 증대됐다. 하이브리드 변속 로직 ASC에 P1 모터를 추가로 활용해 부드러는 변속 성능을 구현했다. EV 모드로 이질감도 줄였다.
최재영 MLV전동화운전성시험팀 PL은 "NVH(소음·진동·마찰) 측면에서 주행 중 엔진 진동 등을 저감하는 기술을 한층 강화해 작동 범위를 넓혔다"며 "정차 상태에서 엔진 구동으로 배터리를 충전할 때 발생하는 진동 등을 저감하는 기술로 정숙성을 강화했다"고 말했다.
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한동희 현대차그룹 전동화개발담당 부사장이 10일 오전 서울 중구 차세대 하이브리드 시스템 테크 데이에서 취재진 질문에 답하고 있다. /최의종 기자 |
◆전기차만 경험하던 편의 기능 '장착'…스마트 회생 제동 등
현대차그룹은 다양한 전동화 특화 기술을 하이브리드에 적용했다고 설명했다. e-AWD는 전자식 사륜구동 시스템으로 전륜 기반 하이브리드 차량 후륜 구동축에 구동 모터(P4)를 추가해 주행 성능과 가속 응답성을 향상했다.
e-VMC 2.0은 e-AWD 기반 하이브리드 차량에 적용된다. 전·후륜 구동 모터 독립적인 토크 제어로 주행 안전성과 승차감을 높인다고 강조했다. 스테이 모드는 고전압 배터리를 활용해 전기차 유틸리티 모드를 적용한 사양이다.
V2L은 엔진 가동 시 지속해 사용할 수 있게 한다. 엔진이 작동하지 않는 스테이 모드는 배터리 용량 최대 50%까지 사용할 수 있다. 계층형 예측 제어 기술 HPC와 스마트 회생 제동으로 연비를 더욱 향상한다고 강조했다.
이용주 차량에너지제어개발팀 연구원은 "전기차에서만 경험할 수 있었던 특화 편의 기능을 하이브리드에서도 경험할 수 있도록 개발했다"며 "전기차에서만 누릴 수 있었던 다채로운 전동화 경험을 하이브리드에서도 미리 경험해 보기를 바란다"고 강조했다.
◆기존 시장에 나온 시스템과 '차별화'…"뛰어난 역량 갖춰"
현대차그룹은 소형과 대형, 럭셔리 등 다양한 하이브리드 차량을 선보일 계획이다. 하이브리드 파워트레인은 현재 3종에서 5종으로 증가한다. 2.5 터보 하이브리드 엔진은 현대차 팰리세이드 하이브리드에 최초 탑재된다.
현대차그룹은 내년 후륜구동용 2.5 터보 하이브리드를 선보이고 제네시스 주요 모델에 차례로 탑재해 하이브리드 라인업을 럭셔리 브랜드까지 확장한다는 방침이다. 다양한 전동화 특화 기술을 차급과 차량 특성, 지역별 시장 환경 등에 맞춰 적용한다.
한동희 전동화개발담당 부사장은 이날 토요타 등과의 차별화한 장점을 묻는 말에 "시장에 나온 여러 시스템과 차별성을 갖춘 부분이 있다"라며 "현대차그룹은 지난 20여년간 복잡한 제어 기술을 충분히 잘 개발해 왔다. 역량이 있었기에 뛰어난 기술을 개발했다"고 답했다.
강 파트장은 "당분간 기존 하이브리드 시스템과 공존할 예정이다. 차세대 시스템은 물리적인 이유로 순차 적용할 예정"이라며 "기존 시스템이 갖는 고유의 장점이 있다. 차세대 위주로 확대해 전개하겠지만, 적합한 상품성을 구현할 것"이라고 강조했다.
bell@tf.co.kr
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