-두 개의 모터가 내장된 신규 변속기
 -구조 및 설계 최적화, 제어 기술 개선

 현대자동차그룹이 지난 10일 신규 하이브리드 시스템을 공개했다. 파워트레인 구조적 변화를 통해 성능과 효율을 동시에 잡았고 폭넓은 차급에 적용할 수 있도록 유연성도 확보했다.

 구체적으로 살펴보면 차세대 하이브리드 시스템 변속기에 구동 및 회생 제동을 담당하는 구동 모터(P2) 외에도 시동 및 발전, 구동력 보조 기능을 수행하는 시동 모터(P1)를 새롭게 추가했다. 이를 통해 ‘P1+P2 병렬형 구조’를 완성했다.

 엔진에 직접 체결된 P1 모터는 기존 하이브리드 시스템에서 엔진에 벨트로 연결된 P0 모터에 비해 마찰 손실이 없어 에너지 전달 효율이 높다. 또 주행 상황에 따라 P2 모터와 함께 차의 구동력을 보조해 연료 효율과 동력 성능을 동시에 개선했다. 차세대 하이브리드 시스템 변속기의 허용 토크를 기존 37.4㎏∙m에서 46.9㎏∙m로 약 25% 높여 고배기량 터보 엔진에 결합 시 최대 토크를 자연스럽고 강력하게 발휘할 수 있도록 했다. 더욱이 차세대 하이브리드 시스템 변속기는 P1 모터를 추가하고 변속기 허용 토크를 높였음에도 기존 수준의 크기를 유지했다. 소형부터 중대형까지 다양한 차급에 탑재 가능하다.

 현대차그룹은 P1·P2 모터의 냉각 구조 및 냉각 유량을 개선해 단위부피당 출력 밀도를 약 21%, 토크 밀도를 약 7% 높였다. 댐퍼와 전동식 오일 펌프(EOP) 등 주요 부품의 배치 및 크기 등을 최적화함으로써 전체적인 변속기 부피를 줄여 여러 차급에 대한 탑재 확장성을 확보했다.

 현대차그룹은 차세대 하이브리드 시스템의 첫 파워트레인으로 가솔린 2.5 터보 하이브리드 엔진을 개발하며 기존 2.5 터보 엔진의 설계 및 제어 기술을 개선해 효율을 극대화했다.

 2.5 터보 하이브리드 엔진은 변속기와 엔진 사이에 새롭게 추가된 P1 모터가 엔진의 시동·발전을 담당하게 되면서 불필요해진 메인 벨트, 알터네이터, 에어컨 컴프레서 등의 제거를 통해 차량 구동 외 분산되던 동력 손실을 최소화했다. 하이브리드에 최적화된 고효율 사이클 도입과 실린더 내부 혼합기(연료와 공기의 혼합물)의 흐름 강화로 성능과 효율을 키웠다.

 일반적으로 내연기관은 흡입, 압축, 폭발, 배기의 4행정을 통해 동력을 얻는데 현대차그룹은 압축 행정 시 흡기 밸브를 의도적으로 늦게 닫아 실린더 내부로 들어온 혼합기의 유효 압축비는 낮추면서도 폭발 과정에서 높은 팽창비를 유지하는 ‘과팽창 사이클’을 적용했다.

 이로 인해 혼합기 압축 시 소모되는 동력은 줄이고 연소 후 발생하는 에너지는 최대화해 엔진 성능과 효율을 더욱 높였다. 이 외에도 현대차그룹은 피스톤 형상을 개선하고 연료의 3단 분사 영역을 대폭 확장해 연소 속도 증가, 연소 안정성 확보, 노킹 억제 등 다양한 측면에서 엔진 효율도 높였다.

 현대차그룹은 ‘P1+P2 병렬형 구조’를 중심으로 한 변속기 및 엔진 개선을 통해 연료 효율과 동력 성능을 개선하고 부드러운 변속감과 높아진 정숙성도 구현했다. 특히, 엔진에 직접 체결된 P1 모터를 통해 엔진 시동에 걸리는 시간을 단축하고 연료 소모량을 줄였다. 엔진의 부하와 P1·P2 모터의 구동력를 정밀하게 조절해 엔진이 고효율 영역에서 운전할 수 있도록 하는 ‘로드 레벨링’의 효율도 키웠다.

 대형 SUV에 탑재하는 가솔린 2.5 터보 하이브리드는 최고 14.1㎞/ℓ, 시스템 최고 출력 334마력, 최대 토크 46.9㎏∙m의 성능을 갖춰 동급의 2.5 터보 가솔린 대비 연료 효율은 약 45%, 최고출력과 최대토크는 각각 약 19%, 9% 높다.(팰리세이드 2WD 7/9인승 18인치 휠 기준).

 이 외에 가솔린 1.6 터보 차세대 하이브리드는 중형 SUV 기준으로 연료 효율이 기존 대비 약 4.3% 높아졌으며 변속기 허용 토크가 37.4kgf·m에서 38.8kgf·m으로 증대돼 한층 우수한 가속 응답성을 보여준다.

 또 하이브리드 변속 로직 ‘ASC(Active Shift Control)’에 P1 모터를 추가로 활용해 기존보다 더 빠르고 부드러운 변속 성능을 구현했다. 엔진 클러치 제어를 개선해 전기 모터만 작동되는 ‘EV 모드’로 주행 중 엔진 개입 시의 이질감을 줄여 승차감을 키웠다. 여기에 현대차그룹은 정차 중 엔진 구동으로 배터리를 충전하는 상황에서 P1 모터를 활용해 엔진의 진동과 부밍을 줄여주는 기술을 새롭게 적용해 실내 정숙성까지 강화했다. 

 유흥식 전동화구동설계팀 책임연구원은 “차세대 하이브리드 시스템은 구동 모터의 역할은 물론 기존 동력 손실 요소를 줄이기 위한 노력, 실린더 내부 혼합기 흐름 강화, 피스톤 형상 개선 등 섬세한 부분까지 전부 새롭게 설계했다”며 “남양연구소 엔지니어들의 기술이 모두 모여있는 결과물”이라고 말했다. 이와 함께 “성능과 효율뿐만 아니라 정숙성, 사용자 경험까지 폭 넓은 진화가 돋보인다”고 덧붙였다.