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채영석 | 기아 K5 하이브리드 시승기 |

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글 : 채영석(webmaster@global-autonews.com) ㅣ 사진 : 채영석(webmaster@global-autonews.com)  
승인 2011-05-14 02:30:55

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한국산 풀 하이브리드카를 시승했다. 현대기아차 그룹이 5월 1일부터 시판하기 시작한 K5와 쏘나타 하이브리드 중 먼저 기아자동차의 K5 하이브리드를 만났다. 5월 13일 경기도 일산 킨텍스에서 임진각까지 약 40여km의 거리를 왕복하는 코스에서 차량 40여대가 연비 위주의 주행을 하는 형태로 진행됐다. 2.0 가솔린 대비 연비 성능이 61.5%나 좋다고 하는 기아 K5 하이브리드카의 시승 느낌을 적는다.

글 / 채영석 (글로벌오토뉴스국장)
사진 / 박기돈 ( RPM9 팀장 )
Twitter / @Global_AutoNews

우리는 그냥 하이브리드카라고 부르지만 정식 명칭은 하이브리드 전기차(Hybrid Electric Vehicle : HEV)이다. 내연기관의 입장에서 보면 전기차의 요소가 가미되어 있고 배터리 전기차의 입장에서 보면 세미 전기차에 속한다. 그래서 하이브리드카다. 혼합이라는 얘기이다.

하이브리드 전기차는 마이크로 HEV부터 마일드(세미)하이브리드, 풀(스트롱) 하이브리드, 플러그 인 하이브리드 등으로 다시 분류된다. 마이크로하이브리드는 오토 스톱 기능과 브레이크 에너지 회생 시스템 등의 에너지 절약을 위한 장비를 장치하는 차를 말한다. 세미 하이브리드는 2010년 데뷔한 아반떼와 포르테 LPG 하이브리드처럼 주행시 엔진은 항상 구동이 되고 전기모터가 보조 역할을 하는 것을 칭한다.

그리고 오늘 시승하는 K5 하이브리드처럼 내연기관과 전기모터가 각각구동기관의 역할을 하기도 하고 두 구동장치가 동시에 작동되기도 하는 것을 일컫는다. 좀 더 쉽게 표현하면 전기모터만으로도 주행이 가능한 EV모드가 있는 것이다. EV모드 여하에 따라 풀 하이브리드냐 아니냐를 구분한다는 얘기이다.

풀 하이브리드카는 그동안 토요타가 특허를 독점해 다른 메이커들이 접근이 어려웠으나 닛산자동차와 현대기아차 등이 병렬형 하이브리드 시스템을 실현하는데 성공하면서 새로운 국면으로 접어 들고 있다. 하이브리드 시스템은 크게 직렬형과 병렬형, 혼합형으로 구분된다. 직렬형은 쉐보레 볼트처럼 엔진은 발전기로서의 역할만 하고 구동은 전기모터로 하는 것이다. 병렬형은 엔진이 발전도 하고 구동도 한다. 그리고 혼합형은 직병렬을 합한 것으로 토요타자동차만이 채용하고 있다. 아예 명칭도 THS(Toyota Hybrid System)라고 칭하고 있다.

기아자동차의 K5에 채용된 것은 병렬형. 시스템의 구성은 2.0리터 엣킨슨 사이클 엔진이 기본이다. 하이브리드 자동차에 적용된 모든 엔진은 익숙한 오토 사이클이 아닌 앳킨슨 사이클로 움직인다. 토요타 프리우스부터 혼다 인사이트, 포드 이스케이프, 최근의 벤츠 S400 블루하이브리드까지 전기 모터와 내연기관이 조합된 하이브리드카들이 앳킨슨 사이클을 사용하고 있다.

하이브리드 자동차의 엔진에 앳킨슨 사이클을 채용하는 가장 큰 이유는 연비를 높이기 위함이다. 하이브리드의 주목적이 경제성이니만큼 연비 개선을 위해 잘 사용하지 않는 앳킨슨 사이클까지 동원한 것이다. 앳킨슨 사이클이 오토 사이클과 달리 구조와 효율성에서 차이가 있다. 앳킨슨 사이클은 1882년 제임스 앳킨슨이 발명했다. 높은 효율을 인정받긴 했지만 자동차 엔진에서 크게 주목을 받은 적은 없었다. 오토 사이클에 비해 자동차 엔진으로 쓰이기에는 단점이 더 많기 때문이다.

모든 4행정 오토 사이클은 크랭크샤프트가 두 번 회전할 때 흡입-압축-폭발-배기가 일어나지만 앳킨슨은 이 과정이 한 번 회전할 때 발생한다. 이 때문에 피스톤과 크랭크샤프트 간의 연결 구조는 좀 더 복잡해진다. 흡기 밸브가 열려 있는 시간도 오토 사이클 길다.

그리고 앳킨슨 사이클은 팽창비를 압축비 보다 높게 가져가는 것이 특징이다. 다른 말로 하자면 엔진 피스톤의 압축 스트로크는 연소 스트로크 보다 짧아지게 된다. 팽창비와 압축비를 다르게 하면서 펌핑 로스를 줄일 수 있고 이 때문에 오토 사이클에 비해 연비가 10% 내외로 좋아진다고 알려져 있다. 디젤이 가솔린 보다 효율이 좋은 것도 펌핑 로스가 없기 때문이다.

두 번째는 하이브리드 기동 발전기(HSG : Hybrid Starter Generator). 주행 중 엔진 시동 및 배터리 잔량이 낮을 때 엔진 아이들 상태에서 발전 기능을 수행한다.

세 번째는 2차 전지인 LG 화학으로부터 공급받는 고전압 배터리팩. 전기 에너지 공급 및 저장장치로 5.3Ah 270V 사양의 리튬 이온 폴리머 배터리가 탑재되어 있다. 토요타의 하이브리드에는 65Ah 244.8V 니켈 수소 배터리가 사용된다.

배터리팩은 영하 30℃, 영상 50℃ 범위 내에서도 이상이 없도록 설계되었다고 한다. 하지만 배터리의 특성상 저온시의 파워가 저감될 수 있다는 점은 아직까지 완전히 해결된 부분은 아니다. 다만 통상적인 운행 조건에서는 만족할만한 수준에 이른다는 정도다.

배터리는 하이브리드 시스템 전체에 포함되어 6년 12만 km 보증되지만 30만km 이상까지도 문제가 없다는 주장. 고전압 배터리는 리어 시트와 트렁크 사이에, 저전업 12V 배터리는 트렁크 플로어 오른쪽에 탑재되어 있다. 네 번째는 하이브리드 전력 제어 유닛. 모터의 토크 제어 및 12V 배터리 전원 공급과 엔진 및 모터의 동력을 분배하는 장치이다.

그리고 전기 모터. EV모드의 주 구동장치로 가속시 엔진을 보조하기도 하며 제동 및 감속시 발전 역할도 수행한다. 30kW(41ps) 사양으로 토요타 캠리의 105kW(143ps)와 차이가 난다.

이들은 하이브리드 구동장치를 위한 주력 장치이고 여기에 연비성능 향상을 위한 장치가 추가된다. 아이들링 스톱 기구과 브레이크 에너지 회생 시스템이 그것이다. 또한 범퍼그릴 후면에 개폐 가능한 플랩을 설치하여 차량 상태에 따라 공기유입 및 차단을 능동적으로 제어해 주는 지능형 공기유입 제어장치와 엔진 정지시에도 에어컨 사용이 가능하며, 엔진동력 대신전기모터를 이용하여 구동하므로 연비 및 에어컨 성능을 향상시켜 주는 전동식 에어컨 컴프레서도 설계되어 있다.

하이브리드 시스템을 추가하면서 증가한 중량은 120kg 정도. 그로 인한 비용 추가는 430만원. 이 부분에서도 기아측은 1,100만원의 비용이 추기되는 토요타의 캠리에 비해 상대적으로 우위에 있다고 주장한다. 게다가 하이브리드 시스템의 보증기간도 6년 12만 km로 캠리의 5년 8만 km보다 많다. 가격적인 메리트와 부수적인 혜택으로 15년 역사의 토요타 하이브리드 기술을 따라잡겠다는 의도다.

Exterior & Interior

외형상 하이브리드카라고 특별히 다르지는 않다. 세부적인 변화만 눈에 띈다. 앞쪽에서는 전용 프로젝션 헤드램프를 채용하고 바깥쪽의 그래픽에 변화를 주었다. 라디에이터 그릴도 자세히 보면 디자인이 다르다. 범퍼 아래쪽의 안개등과 차폭등을 일체형으로 바꾸었다.

측면에서는 앞 펜더 뒤쪽에 ECO Dynamics라는 로고와 휠 디자인이 기본형과 다른 점이다. 뒤쪽에서도 리어 컴비내이션 램프의 그래픽에 변화를 주었으며 스포일러를 추가한 정도에 그치고 있다. 관찰력이 없으면 쉽게 분간할 수 없을 정도의 변화다.

인테리어에서도 수퍼비전 클러스터를 하이브리드 시스템의 표기를 위해 가솔린 사양의 3.5인치보다 큰 4.2인치 TFT LCD 사양으로 바꾼 것이 포인트다. 계기판의 구성이 회전계와 속도계가 중심인 가솔린과는 전혀 다르다. 왼쪽 클러스터에는 고효율/저효율 상황이 표시되고 배터리 충전상태도 나타난다. 가솔린 엔진의 회전 상태는 수퍼비전 클러스터 왼쪽에 있는데 운전 중에 쉽게 눈에 들어 오지 않는다.

수퍼비전 클러스터에는 하이브리드 시스템의 에너지 흐름도와 경제 운전 정도에 따라 녹색 잎사귀가 증가하는 예의 에코 레벨이 표시되며 소모품 관리에 관한 정보가 표시된다. 센터 페시아 위쪽의 AV모니터는 음성인식 DMB 내비게이션 기능 외에 하이브리드 시스템 정도가 표시된다. 에너지 흐름도와 연비 정보 등이 그것이다.

그 외에도 파워 윈도우 스위치 패널과 실렉터 레버 패널 부분을 우드 대신 카본 인서트 필름으로 바꾸었다.

Powertrain & Impression

우선 가솔린 엔진은 1,999cc 직렬 4기통 DOHC 엣킨슨 사이클. 최고출력 150ps. 발생 지점과 최대토크 등에 관한 정보는 없다. 전기모터는 최고출력이 30kW(41ps)로 시스템 출력은 191ps.

트랜스미션은 6단 AT. 통상적인 자동변속기와 달리 동력 전달을 매끄럽게 해 주는 역할을 하는토크 컨버터가 없다. 엔진과 모터 사이에 클러치가 있고 모터 뒤쪽에 기어박스가 있는 구조다. 모터가 토크 컨버터의 역할을 어느정도 수행할 가능성이 있다는 얘기이다. 이런 구조인데도 클러치의 내구성에는 아무런 문제가 없다는 것이 기아측의 설명이다.

하이브리드 시스템에는 주로 CVT를 사용하는 것이 보통이다. 조금은 복잡하지만 설명이 필요하다. 일반적인 가솔린의 경우 이론적으로 압축비가 높을수록 토크와 연비가 좋아진다. 하지만 압축비가 높으면 노킹 발생 확률이 높기 때문에 일반적인 가솔린 엔진은 10~12:1 사이에 설정한다.

토요타 프리우스의 경우 유효 압축비는 8 : 1이지만 팽창비는 13 : 1이어서 동일 배기량의 가솔린 엔진 대비 효율이 12~14% 더 높다. 하지만 회전수의 사용 범위가 좁아 최대 출력이 나오는 회전수가 낮아진다. 즉 일반 DOHC 보다 회전수의 한계가 낮아진다. 거기다 저속 토크도 부족하다는 단점이 수반된다. 회전수의 한계와 저속 토크가 낮다는 것은 양산 엔진에 있어서는 뚜렷한 약점이기 때문에 앳킨슨 사이클은 선박에 쓰이는 대형 엔진 등에 적용되고 있다.

이를 해결하기 위해 CVT(무단변속기)가 쓰인다. CVT는 항상 최적의 회전수를 사용할 있도록 기어비가 조절되기 때문에 앳킨슨 사이클의 단점을 보완해줄 수 있다. VVT-i(Variable Valve Timing-intelligent)를 적용하면 앳킨슨 사이클의 밸브 타이밍과 기존 밸브 타이밍 사이에서 흡기 밸브를 연속으로 조절해 그런 단점을 커버할 수도 있다. 저속 토크가 모자란 부분은 0 rpm에서부터 최대 토크가 발생하는 전기 모터가 보조한다.

버튼 타입의 시동키를 누르면 계기판에 READY란 녹색 표시가 들어 온다. 그 상태에서는 ACTIVE ECO Drive 모드가 유지된다. 국내에도 11개 차종의 하이브리드카가 판매가 되고 있지만 아직은 일반인들에게 이런 내용이 생소하다. 운전하는데 특별히 다른 것은 없다. 실렉터 레버를 D에 위치하고 가속 페달을 밝고 달리면 그만이다.

다만 경제성을 최우선으로 하는 차인만큼 운전 습성도 그에 맞출 필요가 있다. 급가속과 급제동을 하지 말아야 한다. 오른발의 힘에 너무 자주 변화를 주는 것도 좋지 않다. 익숙해질 때까지는 스트레스일 수도 있지만 성격이 차분한 사람들이라면 걱정할 필요는 없다.

발진을 해 나가면 무음 주행이 시작된다. 전기모터로만 주행할 경우에는 외부 보행자를 위해 가상엔진 사운드 시스템이 작동된다. 차 안에서는 인식할 수 없다. 20km/h 이하의 속도에서만 작동된다.

속도를 올려 가자 엔진 시동이 걸린다. 클러스터의 배터리 충전 표시등의 파란 막대가 하나씩 증가해 간다. 2/3 정도에 이르면 다시 엔진 시동이 꺼지며 전기모터로만 주행이 가능하다. 고속에서도 가능한지 확인하기 위해 부드럽게 작동을 했지만 엔진은 계속 돌고 있었다. 한 참을 해도 안되자 포기하고 크루즈 컨트롤 시스템을 90km/h에서 맞추고 달렸다. 그러자 어느 순간 EV모드가 작동된다. 고속에서의 EV모드만으로 달릴 수 있는 거리는 2~3km정도. 엔진 시동으로 인한 스트레스는 없다.

오늘의 시승회에서는 킨텍스에서 임진각까지는 공인연비인 리터당 21km를 감안한 연비 주행이 포인트였다. 40대 가량의 시승차 대부분이 거의 60km/h전후 또는 그 이하의 속도로 달리며 연비 컨테스트를 했다. 결과는 최고 25.9km를 비롯해 두 대의 차가 25km를 넘었다. 전체 시승 팀 중 2/3 이상이 공인연비 21km를 넘겼다.

하지만 이런 연비 주행은 그 자체의 이벤트로서는 몰라도 실차 주행과는 무관하다. 큰 의미를 부여할 것은 아니라는 얘기이다. 실제 이런 형태로 운전하는 경우는 없다.

다시 킨텍스로 돌아오는 코스에서는 통상적인 감각으로 운전했다. 토크감이 K5 가솔린차에 비해 떨어진다. 전기모드를 의식해서인지 그것이 매끄럽게 느껴진다. 풀 가속을 하면 가솔린 엔진만 작동한다. EV모드가 보조 기능을 하지 않는다는 얘기이다. 다만 가속 페달을 심하게 작동하지 않은 상황에서는 하이브리드 주행이 이루어진다. 그 상황의 표시는 내비게이션의 하이브리드 시스템 모드를 통해 확인할 수 있다. 연료소모 상황은 2분 30초마다 계산되어 막대 그래프로 표기되기도 하고 계기판의 클러스터에 숫자로 평균 연비가 나타난다.

최고속도 영역까지 한 번 도전하고 킨텍스에 도착하자 연비는 13.8km가 나온다. 이 정도라면 기아자동차측이 발표한 2.0 가솔린 엔진 대비 61.5% 우위의 연비 성능이라는 수치는 신빙성이 떨어진다. 몰론 13km/h로 발표된 현대기아의 2.0GDi 사양의 실제 연비가 그보다 훨씬 낮다는 점을 감안하면 상당한 메리트가 있다고도 볼 수 있다.

토요타의 프리우스도 동급 가솔린 대비 45%의 연비 우위를 주장하고 있지만 미국의 컨슈머리포트가 실제 사용자들을 대상으로 조사한 바에 따르면 훨씬 미치지 못한다. 그렇지만 글로벌 시장에서는 토요타의 하이브리드카의 가장 큰 메리트는 연비로 여겨지고 있다. 그것은 가솔린 차량 역시 공인연비와 실제 연비가 차이가 나기 때문에 하이브리드카는 그만큼 메리트가 있다는 것으로 해석할 수 있다.

가솔린 대신 하이브리드카를 구입했을 경우 추가되는 430만원을 5만 2,000~6만 km 주행하면 회수할 수 있다는 논리도 설득력이 떨어질 수도 있다.

중형차인 K5 하이브리드가 주행거리나 도로 조건에 따라 연비 성능이 다를 수 있다는 점도 감안할 필요가 있다. 이미 잘 알려져 있듯이 하이브리드카는 정체가 심한 도심 주행에서는 연료소비가 크게 줄어든다. 역으로 가솔린 엔진이 대부분 작동되는 고속도로에서는 큰 효과를 기대할 수 없다. 운전자의 사용 조건에 따라 연비성능이 차이가 날 수 있다는 것이다. 현대기아의 풀 하이브리드카가 앞으로 도로에서 어떤 결과를 낳을지는 미지수이지만 그런 현실적인 내용을 사용자들에게 주지시키는 것도 중요한 임무일 것이다.

이산화탄소 배출량도 동급 가솔린 엔진이 180g/km인데 비해 K5 하이브리드는 111g. 사실은 이산화탄소 배출량보다 연비가 훨씬 중요한 요소로 작용하고 있는 것이 현실이다.

기아자동차의 K5와 현대자동차의 쏘나타 하이브리드는 동시에 출시되었다. 기아자동차측은 K5의월 판매대수를 1,000대 가량으로 예측하고 있다고 한다. 현대자동차는 그보다 높게 잡을 것이라는 점을 감안하면 월 2,500대 가량, 연간 3만대 가량의 풀 하이브리드카 판매될 수 있다는 계산이 나온다. 연료절약이 최우선의 과제인 시대에 그런 전망이 실현된다면 긍정적인 결과를 낳을 수 있을 것이다. 그러나 현재 한국의 자동차 사용자들이 얼마나 고유가에 절박한지부터 다시 따져 볼 필요가 있다.

좀 더 구체적인 시장 조사와 소비자 마인드 조사를 통해 철저한 시장 개척이 필요하다. 그저 시대적인 흐름에 따라 잘 될 수 있을 것이라는 막연한 희망만으로는 안된다. 15년 넘게 하이브리드 시장을 개척해 온 토요타도 아직까지 완전히 자리잡지 못하고 있다.

주요제원 기아 K5 하이브리드

크기
전장×전폭×전고 : 4,845×1,835×1,455mm
휠베이스 : 2,795mm,
트레드 앞/뒤 : 1,591/1,591mm
공차중량 : ----kg
연료탱크 용량 : 65리터
트렁크용량 : ----리터

엔진
형식 : 1,999cc 직렬 4기통 DOHC 16밸브
보어×스트로크 : ---- mm
압축비 : ----:1
최고출력 : 150마력/
최대토크 : ----

하이브리드 시스템
전기모터 : 30kW(41ps)
배터리 : 5.3Ah 270V 리튬 이온 폴리머
시스템 출력 : 191ps

트랜스미션
형식 : 6단 자동
기어비 :
최종감속비 :

섀시
서스펜션 앞/뒤 : 맥퍼슨 스트럿/멀티링크
스티어링 : 랙&피니언(파워)
브레이크 앞/뒤 : V디스크/디스크
타이어 : 215/55R17
구동방식 : 앞바퀴굴림

성능
0-100km/h : ---초
최고속도 : ----km/h
최소회전반경 : - m
연비 : 21.0km/리터

차량 가격
럭셔리 : 2,925만원
프레스티지 : 3,095만원
노블레스 : 3,195만원

(작성일자 : 2011년 5월 14일)
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