-밀러 사이클·벨트리스 구조 독자 개발
 -유닛 제어하는 칩까지 자체 설계..'눈길'
 -BYD, "엔진은 효율 극대화에만 집중"

 자동차 엔진 개발에서 '열 효율 40%'는 오랫동안 넘기 어려운 '마의 장벽'으로 여겨졌다. 하이브리드 기술의 선두주자인 토요타는 약 41% 수준의 열효율을 구현했고 마쓰다 역시 스카이액티브 계열 엔진을 통해 40% 안팎의 열효율을 달성했다. 그런데 BYD는 더 나아가 DM-i 전용 엔진으로 최대 43.04%의 열효율을 제시했다. 어떻게 가능한걸까.

 열 효율(Thermal Efficiency)이란 연료가 가진 화학에너지 가운데 실제 구동력으로 전환되는 비율을 뜻한다. 가솔린 1ℓ를 태워도 모든 에너지가 자동차를 움직이는 데 쓰이는 것은 아니라는 뜻이다. 상당 부분은 배기열과 냉각수, 마찰 손실 등으로 사라지는데 만약 열효율이 40%라면 연료 에너지의 40%만 실제 동력으로 사용하고 나머지 60%는 열로 손실된다는 의미다.

 불과 수 %포인트 차이지만 업계에서는 이를 끌어올리기 위해 수년간 연구개발을 이어간다. 열효율이 높아질수록 같은 연료로 더 먼 거리를 달릴 수 있고 연료 소비와 이산화탄소 배출량도 함께 줄어든다. 하이브리드의 연료 효율 경쟁력이 결국 엔진에서 시작되는 이유다.

 BYD는 단순히 엔진 하나를 개선하는 대신 설계 전반을 새롭게 접근했다. 핵심은 DM-i 전용으로 개발한 1.5ℓ 자연흡기 및 터보 엔진이다. 자연흡기 엔진 기준 최대 열효율은 43.04%, 터보 차저 기준 40.12%대의 수치를 확보했다. 

 이를 위해 가장 먼저 적용한 기술은 15대 1의 초고압축비다. 일반 가솔린 엔진보다 높은 압축비를 통해 연소 효율을 극대화한 것.  여기에 밀러 사이클(Miller Cycle)을 적용했다. 흡기밸브를 늦게 닫아 실질적인 압축비는 낮추면서 팽창비를 크게 가져가는 방식으로 노킹을 억제하면서도 연료를 더욱 효율적으로 사용할 수 있다.

 연료 분사 시스템도 개선했다. 350바 초고압 직분사 시스템을 적용해 연료를 더욱 미세하게 분사함으로써 연소 효율을 높였다. VGT(가변형 터보차저)와 가변 밸브 타이밍(VVT) 역시 효율 향상에 기여한다.

 마찰 손실을 줄이기 위한 노력도 이어졌다. 실린더 벽 저마찰 코팅과 피스톤 링 최적화를 통해 내부 저항을 줄였고 워터펌프와 에어컨 컴프레서 등 엔진 동력에 의존하는 벨트 구동 장치를 전동화한 벨트리스구조를 적용해 불필요한 동력 손실도 최소화했다.

 BYD는 높은 열효율이 엔진 기술만으로 완성되는 것은 아니라는 설명이다. BYD는 동력계뿐 아니라 이를 제어하는 반도체까지 직접 설계한다는 점을 차별화 요소로 꼽았다. 차 제어장치(VCU), 엔진제어장치(ECU), 모터제어장치(MCU), 배터리관리시스템(BMS)을 유기적으로 연결했고 이를 제어하는 핵심 부품 IGBT 전력반도체도 BYD가 자체 설계·개발했다. 출력 흐름을 실시간으로 제어하는 핵심 칩까지 직접 개발하면서 하드웨어와 소프트웨어를 하나의 시스템으로 최적화할 수 있었다는 설명이다.

 켈빈 라이 BYD 아시아태평양 자동차 판매사업부 제품전략 담당 부총리는 "하드웨어와 소프트웨어를 모두 자체 기술로 개발했기 때문에 각각의 부품을 별도로 최적화하는 것이 아니라 차 전체를 하나의 시스템으로 제어할 수 있다"며 "이것이 높은 효율을 구현한 중요한 배경"이라고 말했다.

 박홍준 기자 hj.park@autotimes.co.kr