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뛰어난 동력성능, 연비 좋은 차
그 사이에서 황금밸런스를 찾다2014/10/21by 현대·기아

최고 출력을 내야 하는 동력, 연료 효율성을 최우선 과제로 생각하는 연비
대립되는 두 요소의 조화를 실현하고자 현대 · 기아자동차는 연구를 거듭합니다

왼쪽 기아자동차 k9, 오른쪽 현대자동차 제네시스 차량입니다

ㅣ 동력과 연비라는 두 가지 기본 성능이 최상의 조화를 이루도록 연구하는 현대·기아자동차



누구나 원하는 연비 좋은 차. 그러면서 동력성능도 뛰어날 수 없을까? 얼핏 생각하면 연비와 동력성능은 마치 섞일 수 없는 물과 기름처럼 보입니다. 동력성능을 높이려면 연비는 차치해야 하고, 연비를 높이려면 최고의 동력성능이라는 수치는 포기해야 한다는 선입견이 있기 때문입니다. 하지만 ‘자동차’라는 완성품은 어느 한 가지 성능에만 치우칠 수 없는 것이 사실. 때문에 현대·기아차는 마치 여러 악기가 조화를 이뤄 완성되는 오케스트라처럼 수많은 부품들의 조화를 통해 동력성능은 물론 연비성능까지 아우르고 있습니다.



동력성능에 관한 최근의 화두, 빠름을 넘어선 조화로움  
 
현대자동차 제네시스 차량입니다
ㅣ 좋은 동력성능이란 엔진과 동력전달계 사이의 최적점을 찾는 것이라 할 수 있습니다

자동차에 대한 인류의 호기심은 약 6,000년 전 바퀴를 발명한 것으로부터 시작되었습니다. 15~16세기 천재화가인 레오나르도 다 빈치(Leonardo da Vinci)도 3륜차의 도면을 그렸을 정도로 자동차에 대한 인류의 꿈은 그 뿌리가 깊습니다.

최초로 상용화된 자동차는 영국에서 만든 것으로, 22인승의 증기로 가는 버스였지만 속도는16~23km/h에 불과했습니다. 당시에는 획기적인 결과물이었으나 말보다 빠른 자동차를 개발하고 싶었던 기대에는 미치지 못했으니 속도에 대한 인류의 목마름은 오랫동안 이어져온 숙명과도 같았습니다. 이러한 이유로 자동차는 처음 개발되었을 때부터 최근까지 F1포뮬러 경기처럼 얼마나 빨리 목적지에 도착하느냐가 관건이었습니다. 하지만 시속 200~250km 구현이 가능해진 지금의 화두는 빠름을 넘어선 조화로움입니다.

자동차의 기본성능 중 동력성능이란 엔진으로부터 발생되는 동력을 변속기 조작을 통해 운전자가 체감하는 속도로 전달해주는 것을 말합니다. 즉 좋은 동력성능이란 자동차를 타고 출발하는 순간 가속페달을 밟으면 앞으로 나아가고, 속도를 더 내고 싶을 때 가속페달을 깊게 밟으면 더 빨리 가는 자연스러운 일련의 과정을 의미합니다. 일반적으로 이러한 주행 과정에서 운전자가 페달을 밟는 즉시 차량이 한 몸처럼 움직이는 성능을 응답성능, 페달을 밟은 양 만큼 시원하게 속도가 증가하는 성능을 가속성능이라 하는데, 두 성능을 만족시키기 위해서는 우리가 흔히 말하는 출력과 토크가 좋아야 합니다.

하지만 단순히 최고출력과 최대토크가 좋은 엔진을 탑재한 자동차라고 운전자를 만족시킬 수 있을까? 그렇지 않습니다. 주행 상황에 따라 지속적으로 변화하는 출력과 토크성능은 대부분 특정 영역에서 최고출력과 최대토크를 내게 됩니다. 따라서 운전자들의 실제 사용량이 가장 많은 부분에서 최적의 성능을 내고, 고속과 저속을 주행할 때 적절한 힘의 배분으로 조화로움을 추구하는 차량이야말로 우수한 동력성능을 갖추었다고 할 수 있습니다.

자동차의 동력성능을 관장하는 기관은 크게 두 가지입니다. 하나는 자동차의 심장이라 불리며 동력을 만들어 내는 엔진이고, 다른 하나는 엔진에서 발생하는 동력을 운전자가 원하는 속력에 알맞은 회전력으로 바꿔 전달해주는 변속기를 포함하는 동력전달계입니다. 엔진과 동력전달계는 완벽한 쌍을 이뤄야 하는데, 이 최적점을 찾아 매칭시키는 것이 동력성능 개발자들의 숙제입니다.

결론적으로 좋은 동력성능이란 차를 운전할 때 조용하고 부드러운 변속 등의 감성품질을 바탕으로 어떠한 조건에서도 운전자의 의도대로 빠르게 반응하여 원하는 가속감을 만들어주는 차가 우수한 동력성능을 가진 차라 할 수 있습니다. 얼핏 생각하면 연비와 동력성능은 마치 섞일 수 없는 물과 기름처럼 보이는데요. 동력성능을 높이려면 연비는 차치해야 하고, 연비를 높이려면 최고의 동력성능이라는 수치는 포기해야 한다는 선입견이 있기 때문입니다. 하지만 ‘자동차’라는 완성품은 어느 한 가지 성능에만 치우칠 수 없을 것입니다. 때문에 현대·기아차는 마치 여러 악기가 조화를 이뤄 완성되는 오케스트라처럼 수많은 부품들의 조화를 통해 동력성능은 물론 연비성능까지 아우르고 있습니다.



보이지 않고 느껴지지 않는 신의 영역, 연비 
 

현대자동차 제네시스 차의 테일램프
ㅣ 최고 출력이 목표인 동력, 연료 효율성이 최우선 과제인 연비의 조화가 최근의 화두입니다

지구온난화의 주범으로 자동차의 CO2가 지목됨에 따라 과거에는 권장사항이었던 연비가 강제조항으로 적용되기 시작했습니다. 하지만 연비는 눈에 보이지 않고 몸으로 느낄 수도 없는 영역으로, 그동안 자동차 개발자들에게는 소위 ‘신의 영역’이라 불려왔습니다. 그만큼 단순히 기술로만 실현되기가 쉽지 않아서 연비 개발을 담당하는 연구원들이 확고한 의지력을 갖지 않으면 수행하기 어려운 미션에 가깝습니다.

사실 연비란 자동차의 모든 성능이 오케스트라처럼 조화를 이뤄야 달성할 수 있는 부문으로 개발자들은 엔진 분야, 파워트레인 분야, 차체 분야 등 전 영역을 아우르는 지휘자처럼 균형과 조화로움을 추구해야 합니다. 먼저 엔진 분야에서는 작고 당찬 엔진 구현, 흡 · 배기 가변밸브제어 기구 효율화, 펌핑손실 저감노력으로 연비를 개선하고 있습니다. 최근 이슈가 되고 있는 ‘작고 당찬 엔진’은 연비에 대한 소비자들의 니즈를 가장 잘 반영한 말로 엔진의 크기를 다운사이징해 ‘작은 엔진’을 실현합니다.

작은 엔진은 자동차의 무게를 줄여 연비에 도움을 줍니다. 반면, 엔진이 작아짐에 따라 부족해진 동력은터보차저 장착으로 ‘당찬 파워’를 구현하는 것입니다. 이렇게 하면 엔진과 파워트레인의 직결감이 높아져 연비가 효율적으로 개선됩니다. 이 밖에도 CVVL(Continuously Variable Valve Lift) 등 흡 · 배기 가변밸브제어 기구의 효율화를 통해 실린더 내 연소 효율성을 극대화함으로써 연비와 출력을 향상시키고 있는데요. 변속기 분야에서는 직결영역 확대로 전달효율 개선, 기어의 다단화, 연비형 변속기 장착 등을 통해 효율 향상을 이뤄가고 있습니다.

직결영역 확대란 엔진과 변속기가 맞물리는 직결 부분을 넓혀 전달효율을 개선함으로써 연료의 소모를 줄이는 것입니다. 기어 다단화는 간격을 줄여 연료 소모량이 가장 적은 최적의 변속비로 운전이 가능하도록 하며, 최근에는 무단변속기인 CVT(Continuously Variable Transmission), 더블 클러치 변속기인 DCT(Double Clutch Transmission)처럼 연비형 변속기를 적용하는 것으로 운전성과 연비, 두 마리 토끼를 잡고 있습니다.

마지막으로 차체를 통한 연비 개선은 공력 개선과 구름저항 개선으로 고효율의 연비를 실현하는 것을 의미하는데요. 즉 자동차를 구성하는 타이어, 브레이크 등의 효율적인 조율은 물론이고 차량의 중량을 줄이고 나아가 공기역학적 차체를 구현하는 등 차체와 관련된 제반사항을 연비 친화적으로 바꾸는 것을 의미합니다. 이처럼 연비는 전 부문이 완벽하게 조화를 이뤄야 개선되기 때문에 신의 영역이라고 일컫는 것입니다. 하지만 자동차도 인간의 창조물인 만큼 연비와 동력 또한 인간의 노력으로 개선할 수 있기에 현대·기아차 연구원들은 오늘도 왼손에는 동력을, 오른손에는 연비를 들고 그 완벽한 균형점을 찾기 위해 노력하고 있습니다.




동력과 연비 개발자의 소통을 모색하다


현대자동차 제네시스 차량입니다
ㅣ 연비동력개발실은 동전의 양면처럼 양립할 수 없는 요소로 보이는 동력과 연비를 총괄합니다

지구온난화의 주범으로 자동차의 CO2가 지목됨에 따라 과거에는 권장사항이었던 연비가 강제조항으로 적용되기 시작했습니다. 하지만 연비는 눈에 보이지 않고 몸으로 느낄 수도 없는 영역으로, 그동안 자동차 개발자들에게는 소위 ‘신의 영역’이라 불려왔습니다. 그만큼 단순히 기술로만 실현되기가 쉽지 않아서 연비 개발을 담당하는 연구원들이 확고한 의지력을 갖지 않으면 수행하기 어려운 미션에 가깝습니다.

최근 자동차 개발의 화두는 뭐니 뭐니 해도 연비입니다. 연비형 엔진, 연비형 R&H, 연비형 NVH 등이 이슈가 되고 있기 때문입니다. 하지만 연비와 양립하기 어려운 요소가 하나 있으니 바로 동력성능이다. 동력성능의 모토는 최대파워, 최대토크를 지향합니다. 반면에 연비는 효율적인 연료의 소모, 즉 경제속도를 지향합니다. 빨리 달리자니 연비가 걱정되고, 연비를 생각해 경제속도로 천천히 달리자니 시원하게 뻥 뚫린 고속도로가 운전자를 유혹하는 그 마음처럼 말입니다. 현대·기아차 연구소에서는 재미있게도 연비와 동력부문이 한 지붕 아래 존재합니다. 얼핏 생각하면 대립되는 두 요소가 한솥밥을 먹고 있으니, 그 이유가 궁금합니다.

“최근 이슈는 조화성능입니다. 즉 어느 한 가지 성능이 뛰어나다고 해서 좋은 자동차가 완성될 수는 없지요. 자동차의 5대 기본성능이 어느 하나 빠지지 않고 중요한 이유도 이 때문입니다. 연비와 동력은 어느 한쪽도 치우칠 수 없이 똑같이 중요한 요소이자 조화가 가장 필요한 요소이기에연비동력개발실에서 두 요소가 융합되도록 조율하고 있습니다.”



최고를 뛰어넘는 실사용 영역을 주목하라  
 

현대자동차 제네시스 차량의 옆모습입니다
ㅣ 무조건적인 성능 향상 보다는 실제로 효율적인 성능과 연비의 균형이 부상하고 있습니다

과거, 자동차 개발의 화두는 ‘빠른 속도’에만 맞춰져 있었습니다. 하지만 자동차 기술이 급속도로발전한 지금은 무조건 빠른 자동차보다는 실제 사용영역에서 효율적인 자동차에 대해 주목하기 시작했습니다. 도심의 교통체증과 안전에 대한 요구로 속도 제한이 이뤄지며, 실사용영역이 핵심으로 떠오른 것입니다. 여기에 높은 유가로 인한 연비는 자동차를 소유한 현대인들의 숙제가 되었습니다. 이러한 이유로 현대 · 기아차에서는 힘과 연비라는 상충되는 두 가지 개념의 밸런스를 잡기 위해 노력하고 있습니다.



 

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