현대 하이브리드 테크데이
현대차는 10일 서울 중구에서 ‘현대 하이브리드 테크데이’를 개최하고 차세대 하이브리드 시스템을 공개했다. 새로운 모터 구성으로 출력, 연비, 정숙성, 주행 안정성 등 전반적인 성능 향상을 이뤘다.
현대차그룹 차세대 하이브리드 시스템 구조
차세대 하이브리드 시스템의 가장 큰 변화는 모터 구성이다. 하이브리드 시스템의 모터는 위치에 따라 역할이 다르다. P0와 P1모터는 각각 구동 벨트, 엔진과 연결해 출력을 보조한다. P2와 P3 모터는 변속기와 결합해 구동과 회생 제동을 담당한다. 아울러 P4 모터는 뒷 바퀴 구동 축에 연결해 출력을 더한다.
현대차그룹 차세대 하이브리드 시스템 구조
현대차는 지금까지 P0+P2 모터 구성을 주력으로 사용했다. 즉, 엔진과 벨트로 연결한 P0 시동 모터가 발전기 역할을 하고 엔진과 변속기 사이에 탑재한 P2 모터가 구동과 회생 제동을 담당하는 것이다.
현대차그룹 차세대 하이브리드 시스템 구조
이러한 시스템은 P0 모터에서 벨트 마찰로 인한 구동 손실이 생긴다. 또한 출력은 P2 모터가 담당하기에 출력과 연비 상승에 제한이 있다. 이에 차세대 하이브리드 시스템은 P0 모터를 엔진에 직접 연결한 P1 모터로 변경했다.
현대차그룹 차세대 하이브리드 시스템 에너지 흐름도
아울러 주행 조건에 따른 엔진과 모터의 구동력을 최적화했다. 저속 주행에서는 P2 모터만으로 주행이 가능하다. 고부하 주행 시에는 엔진과 P2 모터가 함께 출력을 더한다. 이때 P1 모터도 주행 조건에 따라 추가 출력을 제공한다. 이는 전기 모터가 기존 시스템보다 더욱 광범위하게 개입한다는 것이다.
배터리 잔량이 부족한 경우 직렬 하이브리드 시스템처럼 작동한다. 엔진 클러치를 분리해 P1 모터는 배터리 충전을, P2 모터는 이를 기반으로 출력을 전달한다. 감속이나 내리막 주행 시 회생 제동 모드에서는 엔진 클러치 분리 후 P2모터를 통해 배터리를 충전한다.
현대차그룹 차세대 하이브리드 시스템 에너지 흐름도
마지막으로 엔진 단독 구동 모드를 통해 오직 엔진으로 출력을 전달할 수 있다. 이러한 구조 개선을 통해 그간 현대차의 중대형 하이브리드 차에 지적해온 출력과 가속 성능 부족 문제를 해소했다.
현대차그룹 차세대 하이브리드 변속기
현대차그룹 차세대 하이브리드 변속기
이번 하이브리드 시스템에는 새로운 6단 변속기를 맞물렸다. 신형 변속기는 한정된 엔진룸 안에 P1+P2 모터를 배치하는 것을 목표로 개발했다. 이를 위해 4가지 주요 패키징을 적용했다.
현대차그룹 차세대 하이브리드 변속기
먼저 모터의 냉각 구조를 개선해 전장품 수를 줄였다. 또한 엔진과 변속기 사이의 댐퍼를 P1 모터와 일체화했다. 이때 기존 대비 작은 크기에도 동일한 강성을 구현하기 위해 스프링을 추가했다. 아울러 변속기 작동을 위한 전동식 오일펌프(EOP)도 변속기에 통합했다.
현대차그룹 차세대 하이브리드 변속기
마지막으로 조립성과 가공성을 위해 분리형으로 적용했던 변속기 커버를 일체형으로 변경했다. 이를 통해 출력 20.8%, 토크 밀도 6.8%, 허용 토크 25% 증가했다. 또한 P1 모터 추가에 의한 전장 증대 요인이 25.4mm 발생했음에도 불구하고 변속기의 총 전장은 8.5mm 증가에 그쳤다.
현대차그룹 차세대 하이브리드 2.5L 가솔린 터보 엔진
하이브리드 시스템의 엔진 역시 개선했다. 하이브리드 최적화 엔진 설계, 하이브리드 최적 고효율 사이클 적용, 연료 다단 분사 전략 최적화가 핵심이다. 먼저 엔진의 벨트, 알터네이터, 에어컨 컴프레서 등을 전자식으로 변경했다. 덕분에 중량 감소, 효율 증가를 이끌었다.
현대차그룹 차세대 하이브리드 엔진
또한 2.5L 가솔린 터보 엔진 기준 압축비를 10.5에 12로 증대했다. 여기에 압축 행정 시 흡기밸브를 닫는 시점을 늦춰 실린더 내부로 들어온 혼합기의 유효 압축비는 줄이면서도 폭발 과정에서 기계적인 팽창비를 극대화하는 ‘과팽창 사이클’ 전략을 사용했다. 이와 함께 GDI 연료 분사 시스템의 다단 분사 제어를 최적화해 연소실 내 연료 유동을 강화하고 연소 속도를 높여 노킹 발생 가능성을 낮췄다.
현대차그룹 차세대 하이브리드 출력
차세대 하이브리드 시스템의 출력 상승도 눈에 띈다. 2.5L 터보 하이브리드 기준 시스템 최고출력 334마력, 최대토크 46.9kg.m를 발휘한다. 이는 2.5L 가솔린 터보 엔진 대비 최고출력과 최대토크가 각각 19%, 9% 상승한 것이다. 아울러 1.6L 터보 하이브리드 시스템 역시 변속기 허용토크를 38.8kg.m까지 증대하고 연비는 4.3% 향상했다. 여기에 응답성과 가속 성능도 강화했다.
현대차그룹 차세대 하이브리드 N.V.H
N.V.H(Noise, Vibration, Harshness)역시 강화했다. 주행 중 엔진 진동 및 부밍 저감 기술인 EFC의 작동 범위를 3,000rpm까지 확대했다. 또한 정차 시 엔진이 배터리를 충전할 때 전기 모터가 엔진 소음의 반대 주파수를 만들어 상쇄한다. 이를 통해 최대 4db의 소음 감소 효과를 구현했다. 마지막으로 P1 모터 기반의 액티브 시프트 컨트롤(ASC)를 통해 전기모드와 하이브리드 모드 간 전환 시 이질감을 줄였다.
현대차그룹 e-AWD
이날 현대차는 향후 적용할 기술인 뒷 바퀴 굴림 하이브리드, e-AWD, e-VMC도 공개했다. e-AWD는 앞서 설명한 P1+P2 모터 구성의 앞 바퀴 굴림 하이브리드 시스템에 P4 모터를 추가한 것이다.
제네시스에 적용할 뒷 바퀴 굴림 기반 하이브리드는 P1+P2 모터 구성에 뒷 바퀴 굴림 전용 변속기를 적용한 것이다. 이 시스템 기반의 e-AWD에서는 개발 중이라 아직 답할 수 없다고 설명했다.
현대차그룹 차세대 하이브리드 e-VMC 2.0
현대차그룹 차세대 하이브리드 e-VMC 2.0
e-VMC 2.0는 기존 e-VMC 1.0이 한 개의 모터로 핸들링과 승차감 개선에 집중했다. 2.0은 안티롤과 바운스 억제 성능까지 강화된 것이 특징이다. 앞, 뒤 모터를 반대 방향으로 제어해 무게 중심을 낮추고 롤 성능을 개선한다. 이를 통해 급격한 회피나 방지턱 통과 시 차체의 안정성을 높이는 데 큰 효과를 볼 수 있다.
현대차그룹 차세대 하이브리드 적용 계획
현대차는 향후 플래그십 SUV인 펠리세이드 하이브리드부터 이번 시스템을 적용하고 다양한 차종으로 확대해 나간다는 계획이다.