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현대자동차

자동차, 성능과 친환경 가치 모두 잡을 수 있을까?

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자동차 산업의 트렌드를 좌우하는 것은 역시 파워트레인 기술입니다. 특히 가솔린, 디젤 등 석유 엔진 기반의 파워트레인은 갈수록 까다로워지는 환경규제에 부응하기 위해 자동차 제조사들의 연구 역량이 집중되고 있습니다. 동력원의 전동화가 완전히 이루어지기 전까지, 석유 기반 엔진이 책임져야 할 시간은 짧지 않다는 점도 파워트레인 연구자들의 책임을 무겁게 합니다. 이러한 조건 속에서 현대자동차는 새로운 시대를 위한 스마트스트림 파워트레인을 개발하고, 현재 주요 핵심 차종에 적용하고 있습니다. 그렇다면 현대자동차 스마트스트림 파워트레인의 주요 특징과 가치를, 실제 현대자동차의 주력 차종을 통해 살펴보겠습니다.


실용적 고성능과 친환경
그리고 연비, 삼위일체의 목표


현대자동차는 2010년대 들어 모터스포츠 사업부의 약진과 함께 고성능 차종에서 큰 진보를 이루었습니다. 특히 전륜 구동 고성능차 i30N 기반의 i30N TCR 차량은 세계 TCR 대회 참가팀의 절반 가까이가 사용할 정도로 인기가 높습니다. 또한 국내에는 이러한 i30N의 가치를 반영한 벨로스터 N이 마니아들의 인기를 누리고 있습니다.

하지만 높은 최고 출력과 강력한 최대 토크를 자랑하는 고성능차는 그만큼 소비하는 연료, 배출하는 이산화탄소량 등이 많을 수밖에 없습니다. 또한 상대적으로 많은 운전자들의 주행이 도심이나 간선도로 중심이라는 점을 감안하면, 대중적 양산차 제조사 입장에서는 고성능 차량에만 매달릴 순 없습니다.

하지만 일상 주행 영역에서 보다 경쾌한 움직임을 발휘할 수 있는 ‘실용적 고성능’에 대한 요구도 높아지고 있습니다. 이는 제원표 상의 수치로서만이 아니라 운전자의 의지에 따라 기민하게 반응하는 실속형의 파워트레인에 대한 요구라 할 수 있습니다.

지난 2017년 10월, 현대자동차가 ‘현대∙기아차 국제파워트레인 컨퍼런스’(이하 ‘파워트레인 컨퍼런스’)에서 선보인 스마트스트림 파워트레인이 바로 이러한 요구에 대한 고민 끝에 나온 결과물입니다. 스마트스트림 파워트레인의 가치는 실용적 영역에서의 주행 성능과 연비 향상 그리고 배기가스 내 오염물질 저감입니다. 현재 세계적으로 파워트레인에 요구되는 가치를 정확히 반영하고 있는 것입니다.

저마찰∙온도관리∙경량화,

기본기로 열역학 법칙의 한계를 돌파한다


2017년의 파워트레인 컨퍼런스에서, 현대자동차는 ‘고객 가치 증대를 위한 파워트레인 기술의 한계 도전(Knock the Limit of Powertrain Technologies: To Enhance the Value for Customers)’이라는 타이틀을 내걸었습니다. 즉 실질적으로 자동차 소유자와 운전자들의 삶의 질을 향상시키고 사회적인 문제인 환경 오염의 저감에 기여할 수 있는 파워트레인을 구현한다는 것이었습니다.

이 중 눈여겨볼 키워드는 ‘기술의 한계 도전’이었습니다. 사실 이전의 기술로도 연비와 성능을 동시에 잡는 것은 어느 정도 성공한 것처럼 보였습니다. 직분사와 과급 엔진을 통해 배기량 대비 높은 최대 토크를 구현하고 최고 출력도 상승시키는 한편, 다운사이징 덕분에 연료사용량도 줄일 수 있었기 때문입니다. 그러나 직분사 방식과 과급 엔진은 질소산화물과 미세먼지라는 환경오염물질 배출까지는 막지 못했습니다.

결국 현대자동차가 주목한 과제는 구조적인 면에서 열효율과 직결되는 기본적인 부분에 있어서 한계를 깨는 것이었습니다. 그것은 현재 익히 알려진 바, 실린더 내 피스톤의 마찰 저감과 이를 위한 각 부품의 경량화, 불필요한 열은 식히고 빨리 데워져야 할 부분의 온도는 올리는 통합 열관리 시스템(ITMS) 등 스마트스트림의 주요 성과로 나타났습니다.

쏘나타에 적용된 스마트스트림 G2.0 엔진

그 대표적 결과물로 1.6리터(1,598cc) 가솔린 엔진인 스마트스트림 G1.6 엔진을 꼽을 수 있습니다. 더 뉴 아반떼에 적용된 해당 엔진은 최고 출력 123ps(6,300rpm), 최대 토크 15.7kg∙m(4,500rpm)를 발휘합니다. 해당 엔진이 처음 소개될 당시에는 동일한 배기량의 직분사 엔진보다 줄어든 동력 수치에 대해 의아해하는 유저들도 많았습니다. 그러나 이 엔진이 곧 17인치 휠 & 타이어를 장착하고도 14.1km/L, 최고 15.2km/L의 복합 연비를 발휘한다는 사실에 놀라움과 만족감을 표하는 이들도 많아졌습니다. 여기에 실린더 내 연료 잔량을 줄여 그을음 등 오염물질을 획기적으로 저감했습니다.

더 뉴 아반떼의 스마트스트림 G1.6 엔진

또한 실질적으로 활용하는 영역대의 주행 성능 역시 부족함이 없다는 것이 많은 유저들의 전언입니다. 듀얼 포트 분사 방식을 택했지만 폭발행정 시 피스톤 하강 속도를 극대화한 고텀블 연소 방식을 채용하고, 여기에 마찰 저감 무빙 시스템을 구현해 실질적인 에너지 손실을 최소화한 것이 주효한 결과라 할 수 있습니다.

무단변속기가 낡은 방식이라고?
직관성 높인 스마트스트림 IVT는 달라


직분사 대신 듀얼 포트 방식의 엔진을 택한 것만큼이나 유저들이 스마트스트림 파워트레인에 대해 궁금하게 생각한 것은 무단변속기의 채용이었습니다. 하이브리드 시스템에도 DCT(듀얼클러치변속기)를 적용할 수 있는 기술력의 현대자동차가 왜 다시 무단변속기 카드를 꺼내 들었을까 하는 의문이었을 것입니다.

그러나 현대자동차의 IVT는 기존 무단변속기와는 차원을 달리합니다. 기존 푸시벨트 타입의 CVT 대신 체인 타입의 벨트를 적용해 최대 5%의 동력 전달 효율을 개선하는 한편, 오일 펌프를 기어 타입에서 베인(관) 타입으로 개선해 구동 저항을 9%까지 줄였습니다. 무단변속기에서 오일펌프는 구동 풀리 폭 변화를 제어하고, 이 폭 변화는 기어비의 변화와 관련되어 있습니다. 결국 오일 펌프의 구동 저항 저감은 변속 시 보다 기민한 기어비 변화를 구현할 수 있고, 이는 과거 무단변속기의 약점으로 꼽히던 변속 응답 지연을 줄이는 비결이기도 합니다. 또한 더불어 무단변속기 특유의 저단 소음도 해결해 더욱 안락하고 정숙한 주행 감각을 선사합니다.

더 뉴 아반떼에 적용된 스마트스트림 IVT

확장성 뛰어난
스마트스트림 파워트레인


스마트스트림 파워트레인의 가치는 2.0리터 미만의 준중형차를 위한 엔진뿐만 아니라 신형 쏘나타에 적용된 2.0리터 엔진, 2018년 파워트레인 컨퍼런스에서 공개된 2.5리터 엔진, 1.6리터 가솔린 터보 엔진인 G1.6 T-GDI 그리고 디젤에 이르기까지 확장성도 우수합니다. 또한 변속기 역시 스마트스트림 8AT로, 자동변속기에서도 스마트스트림의 기술적 가치가 구현될 예정입니다.

G1.6의 실용성에 파워를 더한 엔진을 바란다면 오는 7월 공식 출시될 예정인 쏘나타의 스마트스트림 G1.6 T-GDI를 기다려보는 것도 좋을 것입니다. 최고 출력 180ps, 최대 토크 27kg∙m를 발휘할 이 엔진은 8단 자동변속기와 결합해 역동적인 가속감과 부드러운 고속 정속 주행 성능 및 여유롭고 안락한 주행 감각을 구현할 것으로 기대되고 있습니다.

2019 서울모터쇼에 공개된 신형 쏘나타 터보. 스마트스트림G1.6 T-GDI가 적용될 예정입니다

조금 더 큰 배기량을 기반으로 여유롭고 품격 있는 주행을 즐기고자 하는 이들에게는 스마트스트림 G2.5 GDI가 만족감을 줄 것으로 기대됩니다. 최고 출력 194ps에 최대 토크 25kg∙m를 발휘할 해당 엔진은 기존 엔진 대비 연비 향상은 물론 오염 물질 저감에 있어서도 한 차원 진보한 수준을 갖추었다는 것이 연구원들의 설명입니다.

이 외에도 스마트스트림 D1.6 엔진은 투싼에 적용되어 복합 연비 14.4km/L(17인치 휠 & 타이어, 전륜 구동 기준)를 발휘합니다. 또한 해당 엔진은 요소수 기반의 SCR(선택 환원촉매) 시스템을 통해 질소산화물을 무해화하는 기술도 갖추고 있습니다. 디젤 엔진의 인기는 예전만 못하지만, 오염물질을 이처럼 충분히 걸러낼 수 있는 스마트스트림 D1.6 엔진이라면 수명을 연장하기에 어려움은 없을 것으로 기대를 모읍니다.

인간의 역사는 탈 것의 역사와 함께 바뀌어 왔다고 해도 과언이 아닙니다. 특히 동력 수단의 변화는 활동 반경을 확장하고 생활의 질을 바꾸었습니다. 자동차 등장 이후 인류의 역사는 더욱 눈부시게 발전했습니다. 그러나 그 과정에서 필연적인 부작용인 환경 오염은 더 이상 좌시할 수 없는 단계에 왔습니다. 한편으로는 배기가스 저감이라는 전 지구적 과제에 부응하면서도 또 다른 한편으로는 운전자들의 삶의 질을 높일 수 있는 동력원을 개발한다는 것은 매우 어려운 과제입니다. 그러나 집념 어린 연구는 유의미한 성과로 돌아온다는 점을, 스마트스트림 파워트레인은 잘 보여주고 있습니다.

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