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토요타 하이브리드, 연비도 성능도 포기할 수 없다

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글 : 유일한(chepa@global-autonews.com)
승인 2017-07-21 07:49:49

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자동차에 대해서 약간 알고 있는 대부분의 사람들에게 ‘하이브리드’가 무엇이냐고 물어본다면 가솔린 엔진과 전기 모터를 조합한 구동이라고 대답할 것이다. 그러나 하이브리드가 어떻게 작동하는지, 어떤 식으로 연비를 아낄 수 있는지, 어떤 장점이 있는지 등 조금 복잡한 사항으로 들어가도 대답을 망설이는 사람들이 꽤 많을 것이다. 사실 그런 것을 잘 모르고 주행한다 해도 연비를 절약할 수 있으니 일반적인 운전자들에게는 중요하지 않은 사항인지도 모른다.

 

허나 하이브리드에 대해서 조금만 더 잘 안다면, 자동차 선택에 있어 하이브리드가 용도에 맞는지 따져볼 수도 있고 이미 소유하고 있다면 조금 더 효율적인 운용에 대해 생각하고 주행해서 연비를 더 높일 수도 있다. 일반적으로 하이브리드라고 하면 ‘경제성은 있지만 운전의 재미는 없는 파워트레인’이라는 고정관념이 있는데, 용도에 따라 정확히 선택해 사용하면 경제성과 운전의 재미를 동시에 챙길 수 있는 것도 하이브리드 파워트레인이다.

 

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토요타는 프리우스를 통해 최초로 하이브리드 자동차를 대량 양산한 자동차 제조사로 알려져 있다. 하이브리드 파워트레인이 최초로 등장한 것은 100년도 더 전의 이야기이고, 그동안 다른 제조사에서 양산화 노력이 없었던 것은 아니지만 토요타가 최초가 된 것이다. 그렇다면 토요타는 왜 하이브리드를 개발하고 양산하게 되었을까? 개발 당시만 해도 연비가 최대의 목표였기 때문이다.

 

당시 토요타는 연비 개선의 특명을 안고 있었고, 당시 평균적인 엔진보다 연비를 2배로 늘려야 한다는 지금으로써도 달성하기 힘든 목표를 세웠다. 엔지니어들이 고민을 하고 있던 도중 떠올렸던 것이 전기 모터였는데, 전기 모터가 발전기를 겸할 수 있다는 것을 확인한 이후부터 연구는 급속도로 진행되었다. 현재의 하이브리드 공식인 가솔린 엔진과 전기 모터의 조합은 이 때부터 나오기 시작한 것이다.

 

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전기 모터는 처음 가동할 때부터 최대토크를 발휘하는 것이 특징이지만, 회전이 높아질수록 일정 시점부터 토크가 감소한다. 엔진은 낮은 회전에서는 토크가 적지만, 회전을 높이면서 토크가 점점 상승한다. 이 두 개를 결합해 자동차의 발진에서 모터의 담당 영역과 엔진의 담당 영역을 나누는 것이 하이브리드의 기초다. 이를 통해 최상의 발진과 가속 감각을 구현해 낼 수 있는 것이다.

 

하이브리드에 대한 연구는 생각 외로 오래되었기 때문에 다양한 방식의 하이브리드가 사용되고 있다. 흔히 엔진이 발전만을 담당하고 전기 모터가 바퀴를 구동시키는 직렬형 하이브리드 방식과 엔진과 전기 모터를 상황에 따라 병행하여 구동하는 병렬형 하이브리드 방식으로 나눌 수 있는데, 토요타가 사용하는 하이브리드는 이 두 가지의 장점을 혼합하는 직병렬 혼합 시스템이다.

 

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토요타의 하이브리드는 쉽게 말해 변속기에 모터 2개가 결합된 형태이다. 한 개의 모터는 발전을, 또 다른 모터는 구동과 회생제동을 담당하는데 이 두 개의 모터를 연결하는 컴파운드 기어 유닛이 있어 구동 조건에 따라 반응하게 된다. 모터에는 변속기가 없는 형태가 많지만, 주행 성능을 강조하는 하이브리드 파워트레인의 경우 내부에 모터를 위한 변속기를 따로 적용해 모터 회전에 따라 토크가 감소하는 현상을 보완하기도 하며 이를 통해 다단변속기를 구현할 수 있다.

 

토요타는 하이브리드 파워트레인의 기본 구조는 그대로 유지하면서 유닛을 추가하거나 모터의 담당 영역을 조금씩 바꾸는 등의 변화를 부여하면서 하이브리드마다 맛을 살리고 있다. 예를 들면 같은 하이브리드라고 해도 토요타와 렉서스의 반응이 다른데, 토요타는 에코 드라이빙을 주 목표로 하고 있고 렉서스는 하이 퍼포먼스에 에코를 더하는 방식을 추구하고 있다. 렉서스 브랜드의 위치를 생각하면 이해할 수 있는 튜닝이라고 할 수 있다.

 

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이론상으로는 토요타의 하이브리드는 연비와 성능을 모두 커버할 수 있는 것으로 여겨진다. 그렇다면 실제 주행에서는 과연 어떤 성능을 보일까? 4세대 프리우스와 프리우스 프라임을 통해 토요타 하이브리드의 우수성은 검증했지만, 렉서스의 하이브리드는 처음 경험해 보는 것이었다. 게다가 이번에 마련된 차는 SUV인 NX 300h. 모터가 토크를 이끌어 줄 수 있을지 궁금해졌다.

 

하이브리드는 고속도로에서는 연비 절약이 이루어지지 않는 것으로 알려져 있다. 그러나 현재의 하이브리드는 과거와는 달리 많은 개선이 이루어졌고, 이로 인해 고속도로에서도 평범한 기솔린 엔진보다는 더 높은 연비를 얻을 수 있다. NX 300h의 고속도로 공인 연비는 11.5km/l 이지만 실 고속도로 주행에서는 이를 상회하는 연비를 얻을 수 있었다. 엔진과 전기 모터를 동시에 끌어내 사용하는 방식이 효과를 보고 있는 것이다.

 

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만약 출력이 많이 필요한 곳이라면 연비가 하락하지 않을까? 이와 같은 기대를 안고 고저차가 심한 와인딩 코스에 올라 조금 거칠게 다뤄봤지만 연비는 거의 그대로 유지했다. 아니, 오르막을 주행한 만큼 내리막을 만나면서 오히려 연비가 조금 더 상승했다. 복합 연비인 12.0km/l를 상회하는 13.4km/l가 기록되었는데, 오르막에서 출력 부족도 경험할 수 없었다. 전기 모터의 막강한 토크가 실감하는 순간이다.

 

NX300h는 변속기에 물려있는 두 개의 모터에 뒤 차축에 하나의 모터를 더해 총 3개의 모터를 사용하고 있다. 이를 통해 4륜구동을 간단하게 구현할 뿐만 아니라 차체를 가로지르는 드라이브샤프트와 동력 전달체계를 없애 경량화는 물론 동력 전달 중 손실도 막고 있다. 이와 같은 방식으로 4륜의 장점인 안정성과 임도 주행 능력을 구현하고 연비도 같이 챙길 수 있는데, SUV 또는 대형 세단이라면 유용하게 쓸 수 있는 구동방식이다.

 

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이론상으로 배우고 알았던 하이브리드는 직접 경험해 보니 더 유용한 시스템으로 다가왔다. 모르고 사용해도 연비를 절약할 수 있지만, 알고 사용하면 연비를 더 절약하고 출력도 챙길 수 있는 하이브리드는 현재에 유용하게 사용할 수 있는 전동화 파워트레인일 것이다. 그리고 토요타의 하이브리드는 변형과 진화를 통해 효율과 출력을 모두 챙길 수 있는 하이브리드가 되어가고 있다.

 

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앞으로 토요타의 하이브리드는 좀 더 다양한 방향으로 변화할 것이다. 그 중 하나로 배터리 용량을 늘리고 충전 기능을 접목한 PHEV는 프리우스 프라임으로 유용성을 보여줬고, 엔진 대신 수소연료전지를 사용하는 FCEV는 미라이를 통해 구현해 내고 있다. 엔진을 제거하고 배터리의 용량을 크게 늘린 EV는 IQ EV와 아이로드 등 다양한 모습으로 나타나고 있다. 토요타의 하이브리드는 미래 전동화 파워트레인으로의 변화를 위한 교두보도 겸하고 있는 것이다. 더 많은 변화가 이루어질 하이브리드의 모습이 기대가 되는 이유다.

 

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