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토요타 TNGA 기반 새 파워트레인, 연비 성능 18% 높여

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글 : 채영석(charleychae@global-autonews.com)
승인 2018-02-28 07:13:08

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토요타가 2016년의 2.5리터급에 이어 2.0리터급 TNGA 기반 파워트레인을 공개했다. 이번에 공개된 것은 2.0리터 '다이나믹 포스 엔진과 하이브리드 시스템, 다이렉트 시프트 CVT, '다이나믹 토크 벡터링 AWD' 등이다. 토요타는 이들 파워트레인만으로 연비 성능이 18% 가량 향상됐다고 밝혔다.


토요타의 TNGA(Toyota New Global Architecture) 기반 파워트레인에 새로운 기종이 추가됐다. TNGA란 토요타 방식의 모듈러 플랫폼 개념으로 차체에 우선 적용됐으며 2016년부터 파워트레인에도 같은 컨셉을 도입하고 있다. 비용절감과 다양화라는 명제를 실현하고 있는 흐름의 반영이다.

 

파워트레인 부문에도 공유화를 확대한 것은 상품성과 생산효율, 개발효율의 향상을 위한 것이다. 물론 이 시대의 과제인 연비성능은 물론이고 주행성능 향상도 추구한다. 생산효율에서는 가공과 조립 기준을 통일해 다른 기종을 유연하게 생산할 수 있는 라인을 구축한다. 또한 소형, 중형, 대형 등 엔진 종류별로 정리 통합해 엔진 전체로는 종류를 40% 줄인다.

 

토요타의 TNGA 기반 파워트레인이 완성되면 2023년에는 19기종 37개 베리에이션에 의한 새로운 파워트레인 라인업이 구축된다. 엔진이 9기종 17 베리에이션, 변속기가 4기종 10 베리에이션, 하이브리드 시스템이 6기종 10 베리에이션으로 된다. 이들은 일본은 물론이고 미국, 유럽, 중국 등 주요시장에서의 판매대수 80% 이상에 탑재된다. 이에 따라 연간 100만대 규모로 새로운 파워트레인으로 대체하게 된다.

 

그 컨셉을 바탕으로 가장 먼저 등장한 것은 2016년에 공개된 2.5리터 직렬 4기통 직분사 가솔린 엔진과 그 하이브리드 시스템이다. 하이브리드 시스템에 조합되는 엔진의 열효율은 41%. 기존 토요타 가솔린 엔진 중 가장 열효율이 높은 것은 1.8리터로 40%였다. 토요타는 당시 2.5리터 직렬 4기통 직접분사 가솔린 엔진에 더해 8단과 10단 자동변속기와 앞바퀴 굴림방식용 2.5리터 엔진과 조합한 하이브리드카용 시스템, 뒷바퀴 굴림방식용 4단 변속기구를 갖춘 하이브리드 시스템 등을 공개했다. 8단 AT는 미국시장용 모델부터 조합했으며 2.5리터 직렬 4기통 엔진은 2017년 신형 캠리에 탑재됐다.

 

다이나믹 포스 엔진

이번에 공개된 것 중 '다이나믹 포스 엔진'으로 명명된 신형 2.0리터 직렬 4 기통 직분 가솔린 엔진에는 고속 연소 기술, 가변 제어 시스템이 채용됐다. 더불어 배기 및 냉각, 기계 작동시 등 다양한 부분에서의 에너지 손실을 줄이고 열효율을 향상 시킴과 동시에 고출력을 실현했다. 가솔린 자동차용 엔진과 하이브리드 전기차(HEV)용 엔진은 열효율이 각각 40%, 41%. 저회전에서 고회전까지 전 영역에서 높은 토크를 실현하는 동시에 각국의 배기가스 규제에 선행 대응한다.

 

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2.0 리터 토요타 하이브리드 시스템(THS II)은 4 대째 프리우스에 채용된 소형 경량 저 손실화 기술을 바탕으로 높은 연비 성능은 유지하면서 주행 성능을 향상시켰다. 가속시에는 엔진의 회전수를 낮추는 동시에 배터리에서 전력을 높여 가속감을 실현했다.

 

다이렉트 시프트 CVT

무단 변속기(CVT)에 세계 최초로 발진용 기어를 채용한 것도 주목을 끈다. 다이렉트 시프트 CVT라고 명명된 신형 무단 변속기는 저단 기어시 전달 효율을 높이기 위해 발진시 기어로 구동한다. 이로 인해 가속감이 한층 향상됐으며 직결감에 의한 주행성 향상도 구현했다고 한다.

 

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저단에서는 발진 기어로 구동하고 고단에서는 벨트로 무단 변속함으로써 입력 부하를 줄였으며 벨트를 협각화함과 동시에 소형화 해 변속 속도를 20% 가량 높였다. 이는 직결감을 높이면서도 연비 성능을 6% 높이는 데 기여한다.

 

신형 6단 수동변속기는 중량을 7kg 줄이고 길이를 24mm 단축해 소형화했다. 또한 변속시 자동으로 엔진 회전을 맞추는 iMT 제어를 채용해 높은 전달 효율과 부드러운 변속감을 실현했다.

 

다이나믹 토크 벡터링 AWD

엔진 차량에 채용하는 새로운 4WD 시스템 '다이나믹 토크 벡터링 AWD'는 주행 상황에 따라 뒷바퀴의 토크를 좌우 독립적으로 제어하는 토크 벡터링 기구를 채용했다. 이는 높은 선회 성능과 험로 주파성으로 연결된다.

 

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앞 뒤 바퀴의 휠 축에는 세계 최초의 래칫 도그 클러치를 장비했다. 2WD 주행시에는 뒷바퀴에 동력을 전달하는 구동계의 회전을 정지시킴으로써 손실을 크게 줄여 연비 향상을 추구하는 디스커넥트 기구를 채용했다.

 

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하이브리드 자동차에 채용되는 신형 4WD 시스템 '이 포(E-Four)'는 전기로 구동하는 뒷바퀴의 전체 토크를 기존의 1.3 배로 증대시킨 다음, 주행 상태에 따라 적절하게 뒷바퀴에 토크를 배분하는 새로운 제어 로직을 채용했다. 주파성과 조종 안정성 향상을 위한 것이다. 또한 양쪽에 엔진, 변속기, 브레이크, 4WD를 통합 제어하는 'AWD 통합 관리 (AIM)를 채용해 어떠한 노면에서도 높은 조종 안정성을 추구한다.

 

토요타는 이번에 발표한 새로운 파워 트레인을 2018년 봄부터 전 세계 시장으로 확대 해 나갈 계획이다. 새로운 파워트레인은 기존 엔진 차량의 환경 성능과 주행 성능 향상에 기여하는 외에, 기초 기술의 일부는 향후 배터리 전기차에도 채용한다는 방침이다.  

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