전기차 시대는 아직... 연비 개선 파워트레인 뜬다

전기차 시대로 가는 과도기적인 상황에서 글로벌 자동차 업계에 내연기관차의 연비·효율성 개선이 화두로 떠오르고 있다. 특히, 현대·기아자동차와 토요타가 차 연비 개선을 위한 엔진과 변속기 개발에 박차를 가하고 있는 가운데 하이브리드와 플러그-인 하이브리드 등 효율성 높은 내연기관이 속속 등장하고 있다.

우리나라를 비롯한 미국·중국·유럽 등은 자동차에 대한 환경 규제가 강화되고 있는 추세다. 친환경차가 이에 대한 대안책으로 제시되고 있지만, 당장 대체할 수는 없어 자동차업계는 연비 개선 문제에 골몰하게 됐다.

2020년까지 한국은 모든 자동차가 리터당 24.3㎞의 연비 규정을 맞춰야 한다. 중국은 리터당 20㎞, 미국은 리터당 21㎞, 유럽연합은 리터당 25.1㎞를 충족시켜야 한다. 온실가스 배출량의 경우 한국은 연비규정을 맞추거나 온실가스 배출량을 1㎞당 97g까지 줄여야 한다. 미국에서는 2017년 차량을 기준으로 2025년까지 1㎞당 89g, 유럽은 2021년까지 1㎞당 95g, 일본은 2020년까지 114g, 중국은 2025년까지 93g이다.

기아차는 이에 발맞춰 연비를 대폭 개선한 차세대 파워트레인을 개발했다. 기아차는 최근 출시한 ‘올 뉴 K3’에 차세대 파워트레인 ‘스마트스트림’과 ‘스마트스트림 IVT’ 변속기를 첫 적용했다. 올 뉴 K3는 이 조합을 통해 동일 차급을 뛰어넘어 경차급 연비에 준하는 수준인 15.2㎞/ℓ를 공식 인증받았다.

기아차는 5년간 엔진 및 변속기의 글로벌 기술 리더십 확보 차원에서 차세대 파워트레인 ‘스마트스트림’ 개발 프로젝트를 추진해왔다. ‘스마트스트림’은 심화하는 국가별 연비·환경 규제에 대응하고, 차량 성능에 대한 운전자의 다양한 기대 요구를 충족시키기 위해 개발됐다. 주로 연비 개선, 실용 성능 향상, 배출 가스 저감 등을 목표로 삼았다.

현대·기아차가 독자 개발한 듀얼 포트 연료분사 시스템(DPFI)이 적용됐다. 듀얼 인젝터를 통해 연료 분사 시기와 분사 비율을 최적화한 다양한 분사 전략을 구현함으로써 기존 싱글 인젝터 대비 연소 효율을 대폭 개선했다. 엔진 내 통합유량제어밸브에서 엔진 라디에이터, 변속기 오일워머, 히터로 냉각수를 분배해 다양한 냉각수 온도 제어가 가능한 △통합 열관리 시스템(ITMS)과 마찰 저감 밸브 트레인, 경량화 피스톤 등을 적용한 △마찰 저감 엔진 무빙 시스템(FOMS)은 엔진 마찰을 저감시켜 연비 개선에 도움을 준다.

일본의 토요타도 새로운 2000cc급 엔진과 변속기를 개발했다. 이를 통해 이전 대비 18%의 연비를 절감할 것으로 보인다. 최근 주요 외신과 토요타 등에 따르면 이 회사는 효율성을 대폭 개선한 파워트레인을 개발해 봄부터 양산차에 적용할 계획이다.

토요타는 자체 플랫폼인 TNGA(Toyota New Global Architecture)를 기반으로 한 배기량 2000㏄급 신형 파워트레인을 개발해 왔다. 연비는 이전의 같은 배기량 내연기관 엔진 모델보다 18%, 하이브리드 대비 9% 나아졌다.

토요타가 지난해 말 국내에 출시한 8세대 뉴 캠리는 토요타의 혁신 ‘토요타 뉴 글로벌 아키텍처(TNGA) 플랫폼’과 새롭게 개발된 2.5L 엔진 및 하이브리드 시스템이 적용됐다. TNGA 적용으로 차체 강성이 비약적으로 향상됐고, 저중심 설계를 바탕으로 뛰어난 주행안정성을 실현했다. 8세대 캠리를 통해 새롭게 적용된 2.5ℓ 다이내믹 포스 엔진과 새로운 하이브리드 시스템의 결합은 뛰어난 가속력과 우수한 연비를 구현했다. 뉴 캠리 하이브리드 모델의 시스템 총출력은 211마력으로 동급 최고 수준이며, 복합연비는 16.7㎞/ℓ(도심 17.1㎞/ℓ, 고속도로 16.2㎞/ℓ)로 연비 1등급을 달성했다.

트랜스미션은 ‘무단변속기’로 알려진 CVT와 6단 수동변속기 2가지를 내놨다. CVT는 2개의 원통형 감속기에 벨트를 연결, 엔진 회전수에 맞춰 굴림바퀴에 동력을 전달했다. 반면 토요타가 새로 선보인 CVT는 벨트 대신 유성기어를 맞물렸다. 동력 손실이 없고 빠른 가속과 높은 효율성이 장점으로 꼽힌다. 유성기어를 이용한 양산 CVT는 토요타가 세계에서 처음이다. 토요타는 “이전 CVT 대비 6%의 연료효율 개선을 기록했다”고 밝혔다.

유럽 시장을 겨냥한 6단 수동변속기는 설계를 개선해 이전보다 7㎏(약 15%)의 무게를 줄였다. 토요타는 올봄부터 출시되는 신형 모델에 이 파워트레인을 얹을 예정이다. 향후 보급이 늘어날 것으로 전망되는 플러그인 하이브리드와 일반 하이브리드에도 사용될 예정이다.