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토요타 프리우스 데뷔 8년과 하이브리드카의 미래

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글 : 채영석(webmaster@global-autonews.com)
승인 2005-06-29 05:37:39

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토요타 하이브리드카 프리우스 데뷔 8년과 미래

첫 번째 양산 시판형 하이브리드 모델인 토요타 프리우스가 등장한 지 8년이 지난 지금 하이브리드는 새로운 장을 열어가고 있다. 연비의 향상을 위한 메커니즘에서 달리는 즐거움을 보다 강조한 메커니즘으로, 비약적인 발전을 보여주고 있는 하이브리드의 본질을 다시 한번 짚어 보자.

프리우스에 이어 해리어와 크루거의 하이브리드 버전도 미국시장에서 높은 인기를 얻고 있다고 한다. 미국에서는 이미 2만대의 주문이 쇄도하고 있을 정도라는 것이다. 토요타는 소형차에서 SUV까지 그리고 고급 세단에서 스포츠 모델까지 하이브리드 버전을 세계의 전 라인업에 채용할 계획이다. 일본과 미국에서 다시 주문이 몰리고 있는 하이브리드 인기의 배경을 알아보자.
우선은 1997년에 탄생한 하에브리드는 어느정도 세계 시장에 보급되고 있을까. 데뷔해인 1997년에 일본에서 323대의 판매를 시작으로 2000년부터 미국시장에서 6,498대, 일본에서 12,513대 등 19,011대가 판매되었고 이후 에스티마와 알파드 크라운 로얄, 토요 에이스 등 다양한 모델의 하이브리드 버전이 추가되어 2003년에 53,292대, 2004년에 13만 4,799대 가 판매되어 합계 31만 8,625대가 판매된 것으로 나타났다.
프리우스는 1997년 출시 이후 2년째인 1998년에 단번에 1만 7,653대의 판매를 기록했다. 세제 우대 정책 등으로 하이브리드 붐을 일으킨 것이 배경이었다. 하지만 그 이후 마이너체인지를 실시하고도 일본에서의 판매는 하락을 거듭했다. 초대 프리우스는 자동차로서의 매력과 실용성이 부족했기 때문이라는 분석이 있었다. 그래서 토요타는 2003년에 프리우스를 2대째로 진화시켰는데 이번에는 5도어 해치백으로 풀 모델체인지를 감행했다.
세단에서 해치백으로의 전환은 젊은 엔지니어의 주장이었다고 하는데 그 신차 효과로 인해 일본시장에서의 판매대수는 다시 증가했다.
그 한편으로 토요타는 하이브리드 기술을 미니밴과 고급차 크라운에도 채용했다. 프리우스와는 다른 메커니즘으로 하이브리드의 다양성을 증명했다. 이것이 금후 하이브리드의 큰 포인트로 될 것 같다.
에스티마와 알파드에서는 전기 온 디맨드 4WD라고 하는 새로운 하이브리드의 아키텍처를 구축했다. 나아가 4륜에서 에너지를 회수하는 회생 브레이크와 기계식 브레이크를 동조하도록 하는 브레이크 바이 와이어도 실용화했다. 브레이크 바이 와이어는 메르세데스 벤츠도 SL클래스와 E클래스에 채용하고 있는데 메르세데스가 안전성을 위해 개발한데 대해 토요타는 환경기술로서 개발했다는 점이 차이가 있다.
그렇다면 토요타는 왜 하이브리드를 선택한 것일까. 1990년대에 자동차 메이커 각사는 모두 차세대자동차기술 개발에 착수했다. 수소연료전지, 전기자동차, 가스터빈 등 다양한 가능성을 모색하기 시작한 것이다. 그 중 당시 캘리포니아주가 제로 에미션 구상을 내놓은 것이 계기가 되어 전기자동차의 개발이 가속화되었다. 당연히 토요타도 EV개발부를 설립하고 전기자동차의 실용화에 대한 연구를 시작했다.
하지만 그와 동시에 G21 프로젝트(21세기 컨셉트카 스터디)라고 불리우는 다른 팀에서는 다른 가능성을 검토했다. 그리고 1995년에 하이브리드의 컨셉트카와 가솔린 직접분사 엔진 등을 발표했다. 연비를 1.5배로 늘리는 것을 목표로 설정했다. 그렇게 해서 하이브리드를 실용화할 계획은 시작된 것이다. 하이브리드 차량 개발이 본격적으로 출발되고 EV개발부는 여기에 가세하게 되었다. 1997년에는 연비 목표를 두 배로 올렸다.

초대 프리우스가 지향하는 목표를 정리하면 다음과 같다.
1) 기존 차량보다 연비를 두 배로
2) 배기가스의 클린화
3) 매끄러운 가속성능
4) 외부 전원 불필요
5) 수용가능한 차량 가격

그런데 두 배의 연비에는 어떤 이론적인 근거가 있었을까.
거기에는 종래의 가솔린 엔진의 성질을 이해할 필요가 있다. 엔진의 회전수와 마력의 상관관계를 살펴 보면 가능하다. 첫 번째로 승용차의 엔진은 사용되는 조건이 다양하기 때문에 속도와 부하가 일정하지 않다. 도심부를 천천히 주행할 때는 엔진은 40km/h의 그린 영역이 된다. 서키트 등 고속주행에서는 엔진의 최고출력을 얻을 수 있는 피크 영역에서 이용된다. 이처럼 사용되는 조건이 천차만별이라는 점이 연비를 요구하는 원인이다.
또 하나는 팽창비가 높을수록 높은 효율이 얻어지는 엔진에서 어느 회전수에 한정되면 엔진의 효율이 높지만 단체로서는 절대 파워가 부족하기 때문에 실용화되는 예는 적다. 프리우스는 이 아트킨슨 사이클의 특성을 이용한 것이다. 즉 아트킨슨 사이클의 좁은 영역에서의 고효율에 착안해 효율 나쁜 영역을 모터로 보완하기로 한 것이다. 이에 따라 연비는 대폭적으로 개선될 수 있었던 것이다.
그리고 하이브리드는 브레이크로 에너지를 회수할 수 있는 것도 큰 포인트다. 이렇게 해서 연비 두 배라고 하는 높은 장애를 해결했지만 물론 공기저항, 회전저항, 에어컨의 손실저항 등 종합적인 측면에서의 연비를 개선하고 있는 점도 간과할 수 없다. 필요로 하는 구동력을 계산해 엔진과 모터에서의 어떻게 분배할 것인지 트러블이 없도록 계산되어 있다. 또 엑셀러레이션은 드라이버의 오른발의 감성에 의한 것이 아닌 컴퓨터에 의해 이루어진다.
하이브리드는 부하 변동에서 효율이 크게 변한다고 하는 엔진의 약점을 해결한다는 것이 주안점이다.
연비의 향상을 위해 메커니즘에서 보다 깊은 주행성을 추구하는 쪽으로 진화하고 있다. 그리고 고성능도 추구하고 있는 것이 현실이다. 그러니까 전기자동차처럼 무색무취한 개념의 자동차로는 소비자들을 끌어 들일 수 없기 때문에 그에 대한 해결책도 내 놓아야 한다는 것이다.
때문에 앞으로 하이브리드가 어떻게 진화할 것인지에 대해 세계의 이목이 집중되어 있는 것이다.
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