1. 서론
2010년 2사분기의 유럽 자동차 업계의 주요 기술 개발 동향을 전기차/하이브리드 전기차 중심의‘환경기술 동향’, 고효율 디젤 엔진을 중심으로 한‘파워트레인 기술 동향’, 그리고 차량 안전기술 위주의‘차량 전자기술 동향’등으로 나누어 살펴보기로 한다. 전 호에서 서술한 바와 같이 유럽은 세계적 추세에 대응하기 위해 전기자동차 및 하이브리드 전기차의 개발은 진행하고 있으나, 기술 개발의 중심은 역시 고효율 디젤 엔진 개발에 있는 듯하며, IVSS(Intelligent Vehicle Safety System)로 불리는 능동 안전시스템에 대한 세부 기술 개발도 꾸준히 지속되고 있다. 특히 환경기술 분야에서는 미국/일본에 비해 연료전지 관련 연구가 현저하게 적은 것이 특징이며, 2010년 2사분기에도 연료전지 분야의 주목할만한 연구 성과는 없는 실정이다.

글 / 조성태, 김경옥 (NGV)
출처 / 한국자동차공학회 오토저널 2010년 8월호

유럽 업체는 일본/한국 등과는 달리 하이브리드 기술을 전면에 내세우지 않고, 기존 디젤/가솔린 엔진 기술의 범주에 포함하여, 통합적으로 친환경 기술로 선전하고 있으며, M-Benz사의‘BlueTec’기술 및 VW사의‘Blue Motion’기술이 대표적인 예이다. 특히 VW사의 BlueMotion은 기존 디젤엔진 및 Stop-Start 시스템의 조합으로 구성되었는데, 하이브리드 전기차의 대표 모델인 Toyota사의 Prius 및 Honda사의 Insight를 제치고 친환경 부문에서 로 선정되는 영광을 누렸다.

유럽 업체들은 일본의 Toyota사와는 달리, 개발비 및 재료비가 상대적으로 높으며, 기존 파워트레인과의 공용부품이 적은 Full-Type 하이브리드의 개발 보다는 고효율의 디젤/가솔린 엔진과 Stop-Start 시스템의 조합이 충분히 경쟁력이 있다고 판단하는 듯하며, 기술의 개발방향도 이러한 쪽으로 집중되고 있다.

특히, 디젤 차량에 대한 선호도가 높지 않았던 미국 시장에서 조차 유럽의 클린 디젤 차량의 시장 점유율이 일본/미국의 하이브리드 전기 자동차의 점유율을 앞지른 것은 고무적인 일이다.

차량 전자기술 분야에서는 능동 안전 시스템의 기반이 되는 센서/컨트롤러 등의 부품 류의 개발 성과가 발표되고 있고, 인간 공학적인 측면에서 접근하여, 운전자의 인지력을 강화하는 기술에 대한 발표가 늘어나고 있는 것도 흥미 있는 부분이다.

2. 기술동향
2-1. 환경기술 동향
환경 기술 부분에서는 Stop-Start 시스템의 보편화, 기존 파워트레인 부품 및 차량 플랫폼의 공용화가 가능한 마일드 하이브리드 기술의 개발이 중심이 되고 있다. 독일 Smart사는 기존 가솔린 버전인 Smart Fortwo의 전기차 버전인 Smart Fortwo ED를 개발하였는데, 2010년 10월 미국시장에 2세대 Fortwo ED를 테스트 용도로 리스 판매 할 예정이다.

Smart사는 Smart ED의 개발 및 테스트를 위해 다음과 같은 3단계 계획을 수립하였다.

- 1단계 : 2007년 런던에서 Smart ED 100대 테스트
- 2단계 : 2010년 유럽/미국/캐나다/아시아 등 선택, 시장에서 2세대 Smart ED 테스트
- 3단계 : 2012년 양산 예정

본 계획에 따라 2010년 10월부터 미국시장에 250대 도입하며, 2년간 $599/月의 비용으로 리스 판매를 실시할 예정이다. 2세대 Smart ED의 제원은 다음과 같다.

● 30kW 구동 모터
● 16.5kWh 리튬이온배터리
● 220V 표준 아웃렛을 사용 시 배터리 용량의 20 ~ 80%를 충전하는데 3시간 30분이 소요, 풀 충전 시 8시간 정도가 소요, 가정용 110V 전원 충전 가능
● 1회 충전시 132km 주행
● 최고속도 : 100km/h

Daimler사는 변속기 일체형 하이브리드 시스템의 생산을 계획하고 있다. Daimler 사에서는 이를 변속기 일체형 전기 엔진 (Transmission-integrated Electric Engine)으로 부르는데 15kW의 모터를 기존 자동변속기에 일체화 시킨 Mild Hybrid 시스템으로 추측된다.

기존 차량 라인업에서 자동변속기 대신‘변속기 일체형 전기 엔진’을 채택할 경우 기존 엔진과 협조 제어 및 제동 시 회생제동을 통해 연비를 향상 시킬 수 있다. 도요타 사와 같이 신규 하이브리드 시스템을 개발하는 방향과는 달리, 기존의 변속기 내에 하이브리드용 부품을 내장 시킴으로써, 기존 차량 플랫폼에 상대적으로 용이하게 적용시킬 수 있다는 장점이 있다. Daimler사는 본‘변속기 일체형 전기 엔진’의 개발 및 생산을 위해 공장 일부를 업그레이드 시키는데 5,600만 달러 상당을 투자할 계획이며, 베를린 소재 M-Benz 공장에서 2012년부터 양산에 들어갈 예정이다.

M-Benz사는 Eco Start-Stop시스템을 장착한 CClass차량 C180 CGI, C200 CGI, C220 CDI Blue Efficiency 차량 라인업을 공개하였다. 이 차량들에는 4기통 가솔린/디젤 직분 엔진, ECO Start-Stop 시스템 및 6속 수동 변속기를 함께 장착했으며, 연비와 CO2 배출량은 기존 대비 10% 가까이 개선됐다. 각 차량 별 엔진/동력 특성은 다음과 같다.

● C180 CGI Blue Efficiency
- 엔진출력 : 115kW, 250Nm
- 연비/CO2배출 : 기존 대비 10% 개선
- 가속성능 0 → 100km/h in 9 sec.

● C200 CGI Blue Efficiency
- 엔진출력 : 135kW, 270Nm
- 연비/ CO2배출 : 14.71km/L, 158g/km
- 가속성능 0 → 100km/h in 8.2 sec.

● C220 CDI Blue Efficiency
- 엔진출력 : 125kW, 400Nm
- 연비/CO2배출 : 22.73km/L, 117g/km
- 가속성능 0 → 100km/h in 8.4 sec.

2-2. 파워트레인 기술 동향
최근의 경제 위기와 유가상승 및 환경에 관심 증대는 세계적으로 소형차에 대한 수요를 크게 증대시키고 있다. 유럽/중국 등의 신형 시장의 수요뿐 아니라 유럽 시장 또한 전통적으로 소형차에 대한 수요가 높은 편이다. 따라서 국내에서는 거의 채용되지 않는 3기통 소형 디젤엔진에 대한 개발이 매우 활발히 이루어지고 있는데, 독일의 VW및 BMW사가 각각 3기통 신형 디젤 엔진을 공개 및 개발 계획을 발표하였다.

먼저 VW사는 제31회 IVMS (International Vienna Motor Symposium)에서 Polo BlueMotion에 적용한 신형 3기통 1.2리터 TDI 디젤엔진을 선보였다. Polo에 장착된 신형 1.2리터 3기통 TDI 디젤엔진은 신형 Golf / Passat BlueMotion에 장착된 1.6리터 4기통 TDI 디젤엔진에서 파생된 엔진으로, 신세대 커먼레일 인젝션 기술을 적용함으로써 정숙성이 훨씬 개선되었다.

1.2리터 55kW TDI 엔진은 상대적으로 소배기량/저출력 이지만, 2,000rpm에서 180 Nm의 토크를 낼 수 있다. VW은 Polo BlueMotion에 이 신형 디젤 엔진을 장착하고, 기타 특정부분을 개조함으로써, 기존 Polo TDI(75PS) 차량대비22% 개선된56mpg의연비를 달성했다. 또한, CO2 배출량은 109g/km에서 87g/km로 줄었다. 신형 3기통 TDI 사양은 엔진의 열역학 효율성에 나쁜 영향을 주지 않으면서, 배기량 감소 / 정숙성 개선 / 경량화 이점을 제공하였으며, 특히 마찰력 손실을 크게 줄였다.

BMW사는 자사의 1 Series 및 3 Series와 같은 자사의 소형 라인업에 채용할 3기통 엔진을 개발하고 있으며, 자사의 1 Series에 적용하여 2011년 말쯤 발표될 예정이라고 밝혔다. 배기량은 VW와 유사한 1.3L급이며, 직분 및 터보차징 기술을 적용하여, 효율 향상 및 CO2 배출 저감, 출력 증대 등을 의도하고 있다. 이러한 소형 엔진의 가장 큰 문제점은 엔진의 진동 및 소음이 큰 점인데 BMW는 신형 1 Series의 설계 시 이러한 엔진의 문제점을 반영할 것이라고 한다.

이 엔진의 출력은 120 ~ 180hp를 발휘할 것으로 예상되며, 연비 또한 40mpg 이상을 목표로 하고 있다. BMW는 2009년 Vision EfficientDynamics 컨셉카에 1.5리터 3기통 터보디젤 엔진을 장착해 163hp 이상의 출력을 발휘함으로써 자사의 3기통 엔진 개발 능력을 보여 준 바 있다.

한편 M-Benz사는 중대형 차종을 위한 신형 고효율 V6, V8 가솔린 엔진을 공개하였다. 신형 V8 엔진은 배기량이 4,633cc인 직분사 트윈터보엔진으로, 올해 가을 CL-Class 쿠페와 S-Class 세단에 적용되어 출시된다. 이 엔진의 출력은 12% 개선된 435hp를, 최대 토크는 32% 개선된 699Nm으로 상승되었다. 특히 직분사 시스템을 적용함으로써, 압축비는 10.5:1의 높은 수치를 자랑한다.

또한 신형 V6 엔진에는 새로운 흡기와 배기 시스템을 적용함으로써, 출력 및 토크는 각각 306hp, 370Nm을 발휘하게 될 것이다. M-Benz의 주장에 따르면 4.7리터 트윈터보 V8 엔진 및 3.5리터 자연 흡기 V6 엔진의 연비는 기존 동급엔진 대비 각각 22%, 24% 개선될 것이라 한다.

이와 같은 연비개선 효과는 주로 트윈 터보 및 직접분사 기술 (이상 V8에 적용) 및 Start-Stop 시스템(V6, V8 공통 적용)에 의한 것이다. Delphi사는 5월 26일 프랑스 루앙에서 개최된 SIAInternational Congress에서 CO2 등 디젤엔진에서 나오는 배기가스 배출량을 크게 줄일 수 있는 연료분사 장비와 엔진 컨트롤 시스템의 개선에 대해 발표하였다.

Delphi사의 평형밸브 서보 솔레노이드 시스템(Balanced-valve Servo-solenoid System) 및 피에조 시스템 (Advanced Direct-acting Piezo System)의 주요 개선 사항은 고압 미립화 특성을 개선시켜 최대 작동압을 2,000bar에서 2,400bar로 증대, 폐회로 컨트롤 시스템 업그레이드, 유압효율 (Hydraulic Efficiency) 개선 및 엔진 기동시간 단축 등 이다.

VW은 최신형 시스템을 1.2리터 Polo BlueMotion에 적용한 결과, 연비와 CO2 배출량은 각각 71mpg, 87g/km 를 기록하였다. 또한 이날 발표된 엔진 컨트롤 시스템은 실시간으로 실린더 압을 측정해 직접 연소 파라미터를 제어(Direct Combustion Parameter Control)하는 기술의 적용으로, CO2 배출량과 기타 오염물질 배출량 추가로 감소시킬 수 있을 뿐 아니라, HCCI (Homogeneous Charge Compression Ignition) / LTC (Low Temperature Combustion) / PCCI (Pre-mixed Charge Compression Ignition)와 같은 다양한 신 연소전략의 구현에도 이용될 수 있을 것이다.

2-3. 차량전자 기술 동향
Continental사는 운전자의 주의를 분산시킬 수 있는 빛이나 소리 등을 사용하지 않고도 운전자에게 적절한 피드백을 줄 수 가속 페달을 개발하고 있다. AFFP(Accelerator Force Feedback Pedal) 기술은 충돌사고 위험이 감지될 때 운전자가 속도를 줄일 수 있도록 가속장치에 배압을 가하거나 페달을 진동시킴으로써 사고 위험을 줄일 수 있다.

Continental사는 현재 이러한 기능이 인스트루먼트 패널에 조명을 비추거나 소리를 발생시키는 것 보다 경고 기능적인 측면에서 우수한지 여부를 테스트 하고 있다. 본 기술은 충돌 경고뿐 아니라 연비 개선 및 배출량 감소를 위한 운전자 트레이닝에도 적용될 수 있다. Continental사의 첫 번째 연구결과에 따르면, 이 기술을 변속 인디케이터 (Gearshift Indicator)로 이용해 CO2 배출량 및 연료 사용량을 5 ~ 10% 가까이 줄였다고 한다. 또한 빛 또는 청각 경고 보다 햅틱 피드백 신호에 대한 운전자의 반응이 훨씬 더 좋았다고 한다. Continental은 2012년 또는 2013년 본 기술을 양산 적용할 예정이다.

AFFP 시스템은 펜던트 타입 (Suspended Pedal, 대시보드 밑에 페달이 매달려 있는 방식)과 오르간 타입(Floor-mounted Pedal, 페달이 바닥에 붙어있는 방식)페달 모두에 적합하므로, 승용차뿐 아니라 미니밴이나 상용차에도 사용이 가능하다.

3. 결론
이상으로 지난 2010년 2분기 유럽 자동차 업계의 기술개발 동향에 대해서 간략히 알아보았다. 전술한 바와 같이 유럽 업체들의 환경차량 개발 동향은 미국/일본의 그것과는 확연한 차이가 있으며, 가능한 기존 플랫폼 및 부품의 공용화를 추구하며, 최소한의 투자로 성능의 향상 을 꾀하는 추세이다.

파워트레인 부분에서는 엔진부분의 직접 분사화 및 터보 채용에 의한 연비 향상을 이루고 있으며, 이는 국내의 엔진 개발 추세의 변화와도 일치하는 부분이다. 차량 전자 기술 부분에서는 최근 국내에서도 많은 관심을 끌고 있는 햅틱 피드백에 기반한 기술 발표 등이 있었다.