본문내용 바로가기

힘 세고 빠른 자동차를 원한다면
동력성능에 주목하라2014/10/28by 현대·기아

순간적인 가속력, 오래 달리는 지구력을 상징하는 동력성능
자동차의 가장 기본적인 성능인 동력성능의 정의와 이를 위한 조건을 알아봅니다

우수한 동력성능을 갖춘 기아자동차의 K9

l 우수한 동력성능을 갖춘 기아자동차의 K9



축구선수 박지성을 두고
두 개의 심장’이라고 일컫습니다. 마치 두 개의 심장이 달린 사람처럼 체력이 뛰어나고 순간적인 폭발력이 좋다는 의미입니다. 자동차에서는 엔진을 사람의 심장에 빗대어 부릅니다. 사람의 심장과 자동차의 엔진은 순간적인 가속력과 오래 달리는 지구력을 비롯해 근력을 관장하는 기관인데요. 때문에 우리 몸의 심장처럼 어떠한 극한 상황에서도 잘 달리는 것이 기본 조건입니다. 동력성능이 가장 먼저 충족되어야 할 자동차의 성능으로 손꼽히는 이유입니다. 좋은 동력성능이란 무엇인지 이를 위해 자동차에는 어떤 요소들이 필요한지 살펴보겠습니다.



좋은 동력성능의 기준이란

잘 달리는 것도 중요하지만, ‘가속의 질’도 그만큼 중요합니다
l 잘 달리는 것도 중요하지만, ‘가속의 질도 그만큼 중요합니다

동력성능은 차량의 존재 이유라고 해도 과언이 아닐 만큼 차량이 가져야 할 속성 중 가장 근본적인 성능이며 다른 어떤 성능보다도 우선적으로 충족되어야 합니다. 우수한 동력성능을 얻으려면 높은 성능을 갖는 큰 배기량의 엔진을 얹으면 간단해집니다. 하지만 차량에 비해 너무 큰 엔진은 비용과 효율면에서 경제적인 부담을 안겨주며, 최근 지속적으로 강화되고 있는 연비·배출가스 규제에도 큰 걸림돌이 됩니다. 따라서 좋은 동력성능을 내기 위해서는 최소의 연료를 사용하여 차량에 꼭 맞는 동력성능을 내고, 그 효율성까지 고려하는 것이 중요합니다.

차량은 잘 달리는 것도 중요하지만, ‘가속의 질도 그에 못지 않게 중요합니다. 운전자는 가속페달 조작을 통해 가속 의지를 차에 전달하는데, 이때 가속지연이나 충격 없이 페달 조작량에 비례하는 가속감과 차속 증가에 비례하는 엔진음을 동반하는 선형적인 가속이 이루어져야 합니다. 이와 같이 가속의 질과 관련된 차량 성능을 운전성(Driveability)이라고 하며, 차량의 거동이 운전자의 기대치와 완전히 일치될 때 운전성이 우수하다고 할 수 있습니다. 결국잘 달리고, 가속의 질이 우수한 차량’을 만들기 위해서는 출력과 효율이 좋은 파워트레인의 설계, 차량에 꼭 맞는 파워트레인의 선정, 실차에서 엔진성능의 구현, 자연스러운 운전감을 위한 파워트레인 최적제어까지 기획단계부터 양산이라는 차량 개발의 전 과정에서 여러 요소들이 충족되어야 합니다.



파워트레인, 실사용 영역에서 빛을 발하다

현대 · 기아자동차는 배기량은 낮추되 동력성능을 높이는 연구를 선도하고 있습니다
l 현대 · 기아자동차는 배기량은 낮추되 동력성능을 높이는 연구를 선도하고 있습니다

과거 엔지니어들은어떻게 하면 더 빠른 차를 만들 것인가?’에 집중했습니다. 최고속도를 높이고 0-100kph 가속시간을 단축하기 위해 엔진의 최고출력을 높이는 기술을 연구한 것입니다.

엔진의 최고출력은 보통 엔진이 도달할 수 있는 최대 rpm(revolutions per minute, 분당 엔진 크랭크축이 1분당 회전하는 수) 부근에서 나오게 되는데, 가솔린엔진은 6,000~7,000rpm, 디젤엔진은 4,000~4,500rpm 정도가 일반적입니다. 하지만 이 rpm은 레이스나 동력성능 테스트 조건이 아닌 실제 운전자의 실용 조건에서는 사용 빈도가 매우 낮기 때문에 일반적인 주행조건인 3,000rpm 이하의 영역에서 최고출력이나 좋은 가속감을 느끼기에는 어려움이 있습니다. 따라서 실제 고객 사용 영역의 엔진성능을 높여야만 고객이 체감하는 가속성능 향상에 효과가 있는 것입니다.

최고출력이 높은 출력형 엔진은 상대적으로 낮은 저중속성능 때문에 특정 가속조건에서 요구되는출력을 내려면 그만큼 엔진rpm을 높여 주어야 합니다. 높은 엔진rpm은 기본적으로 연비와 NVH에 불리하며, 엔진rpm을 높이기 위한 수단인 하향 변속은 가속 불연속 및 급격한 엔진rpm 상승을 발생시켜 가속 선형성을 악화시킵니다. 반면, 높은 저중속성능을 갖는 엔진의 경우 하향 변속에 의한 엔진rpm 상승 없이 요구 출력을 만족시켜 가속선형성, 연비, NVH를 동시에 향상시킬 수 있습니다.

하지만, 자연흡기식 엔진에서 배기량의 상향 없이 저중속성능을 높이는 데는 한계가 있고 최고출력저하도 불가피합니다. 때문에 터보차저나 수퍼차저와 같은 과급기를 적용하여 저중속토크를 크게 향상시키면서 배기량은 낮추어 연비도 동시에 개선하는 엔진 다운사이징이 주요 메이커를 중심으로 활발히 이루어지고 있으며 현대·기아차 역시 그 대열의 선두에서 개발에 박차를 가하고 있습니다.



자동차와 파워트레인의 궁합을 찾아라

하드웨어, 소프트웨어의 탁월한 조합으로 적합한 성능을 구현해야 합니다
l 하드웨어, 소프트웨어의 탁월한 조합으로 적합한 성능을 구현해야 합니다

기획단계에 차량 콘셉트 및 차량제원 그리고 그에 맞는 엔진과 변속기가 결정되면 그 다음은 파워 트레인을 콘셉트에 맞도록 차량에 매칭하는 단계를 거칩니다. 예를 들어 동일한 엔진과 변속기를 럭셔리 세단과 스포츠 쿠페에 각각 탑재할 경우 세단의 안락한 운전감과 쿠페의 단단하고 경쾌한 차량의 속성이 동력성능과 운전성에 잘 드러날 수 있도록 기어비, 변속패턴 등의 매칭을 최적화해야 하죠.

또한, 인자의 변경에 따라 일반적으로 연비를 고려하면 가속성능이 떨어지고, 가속성능을 높이면 연비 효율이 떨어져 서로 상반되는 경향을 보이기 때문에 개발하고자 하는 차량이 연비 중시형인지 가속 중시형인지에 따라 결과도 달라지게 됩니다.



엔진은 어떤 환경에서도 거침없이 달려야 한다

극한 상황에도 견딜 수 있는 엔진을 연구하기 위해 갖가지 테스트가 이뤄집니다
l 극한 상황에도 견딜 수 있는 엔진을 연구하기 위해 갖가지 테스트가 이뤄집니다

어떤 환경적 조건에서도 고객이 만족할 수 있는 동력성능과 운전성 개발을 위해 다양한 지역에서현지 적합성 테스트를 실시합니다. 주행 중 고온의 열을 발생시키는 엔진의 성능은 환경 변화에 민감하며, 특히 대기압 및 실외 기온에 따라 차이가 큽니다. 때문에 연구원들은 지구상에서 차량이 갈수 있는 가장 높은 곳, 가장 더운 곳, 가장 추운 곳 등을 직접 찾아가 실제 차량의 주행을 통해 제 성능을 낼 수 있는지 확인하고, 최고의 동력성능과 운전성 개발을 위해 부족한 부분을 개선하고 보완하는 작업을 반복합니다.



 

TOP