[서울파이낸스 송윤주기자] 글로벌 배출가스 규제 심화에 따라 국내외 자동차업체는 다양한 형태의 친환경자동차 개발에 힘을 쏟고 있다. 그 중 기존의 내연 기관을 활용하면서도 전기모터로 차량 구동을 돕는 하이브리드차량은 가장 일상 주행에 적합한 친환경차 형태로 전세계 소비자들에게 사랑받고 있다.
하지만 흔히 연료를 적게 소모하려면 역동적인 주행을 포기해야 한다는 말이 있다. 기존 내연 기관 차량의 경우 급가속과 급제동, 가다서다를 반복하는 정체 구간 등에서는 연비에 취약한 것이 사실이었다. 정속으로 브레이크를 최대한 밟지 않고 탄력 주행을 이용하는 것이 이른바 '연비 운전'의 지름길이었다.
친환경이 사회적 관심을 받기 이전인 수십여 년 전부터 하이브리드차 개발에 힘썼던 토요타는 주행성능과 연비, 두 마리 토끼를 잡기 위해 기술을 닦아 왔다. 1997년 세계 최초로 양산 하이브리드 승용차 '프리우스'를 시장에 내놓은 후 20년 가까이 발전을 거듭해 현재 4세대 모델의 출시를 앞두고 있다.
현재 양산차에 장착된 하이브리드 시스템은 크게 직렬형, 병렬형, 직병렬형으로 나뉜다. 직렬형 하이브리드 시스템은 엔진이 모터를 구동해 배터리를 충전하는 기능을 담당한다. 이렇게 충전된 배터리가 모터로 구동력을 전달하고 바퀴까지 그 구동력이 구현된다. 직렬형 하이브리드 시스템을 장착한 대표적인 모델로는 내년경 국내 출시가 예고된 쉐보레 볼트가 꼽힌다.
현대자동차가 채택하고 있는 병렬형 하이브리드는 엔진과 모터가 각각 바퀴에 구동력을 전달한다. 모터가 엔진을 도와 구동력을 높일 수도 있고, 모터 구동력이 엔진에 영향을 미치지 않고 독립적으로 바퀴를 움직일 수도 있다. 모터에서 나온 힘은 별도의 변속기를 거쳐 바퀴로 전달되기 때문에 모터 크기를 키우는 데 제약을 많이 받지 않는다는 장점이 있다.
토요타의 직병렬식 시스템은 연비 운전에 신경쓰지 않고도 실제 주행 시 높은 연료 효율을 얻기 위해 이 두 가지를 혼합한 형태로 고안됐다. 이 시스템은 엔진 또는 모터에 의해 개별적으로 구동력을 얻을 수 있으며, 발전과 구동의 동시 구현도 가능하다. 또 별도의 변속기가 아닌 모터 일체형 변속기를 사용, 모터 크기를 극대화 해 연비를 높이는 데 유리하다.
하이브리드차량은 저속 구간에서 토크가 높은 모터를 이용하고, 중속 이상부터는 엔진과 모터를 병행으로 사용한다. 정지상태에서 출발할 때 엔진 회전 구간과 상관없이 최대 토크를 발휘하는 전기 모터의 힘으로 굼뜬 느낌을 줄이면서도 연비를 끌어올리고, 중속~고속에서는 모터의 힘이 연료 소모를 감소시키는 한편 역동성을 향상시키는 역할을 하는 셈이다.
토요타 하이브리드 시스템은 시동, 정차, 가속 주행, 감속 및 제동, 저속 및 중고속 주행 등 다양한 주행 환경을 고려해 엔진과 모터의 구동을 최적화한다. 시동을 걸면 엔진을 작동하지 않고 모터에서 나오는 전기의 힘을 이용해 진동이 없다. 저속 구간에서는 엔진 효율이 낮은 저회전 영역이기 때문에 엔진 대신 에너지 효율이 뛰어난 모터가 주 동력원으로 사용된다.
중속 이후부터는 엔진이 본격 가동되기 시작한다. 엔진 효율이 좋은 정속 구간에서는 엔진의 동력을 사용해 달린다. 엔진이 만든 구동력은 차량을 움직이는 데도 사용되지만 주행 환경에 따라 발전기에 분배돼 추가로 전기를 만드는 데 도움을 준다. 차량에 탄력이 붙은 상태에서 가속 페달에서 발을 떼면 엔진이 꺼지는데, 이 때 배터리는 운동에너지를 흡수해 스스로 충전한다.
전기모터는 속도를 올려 역동적인 주행을 하는 데에도 큰 역할을 한다. 기존 가솔린 엔진이 구현하는 힘에 동력을 더하며, 엔진 회전 구간에 상관 없이 일정한 토크를 유지해 정확하면서도 강력한 가속 성능을 낼 수 있다.
감속과 제동을 할 때에는 '회생 제동(Regenerative braking)' 시스템을 통해 기존에 버려지던 운동에너지를 재활용한다. 가속 페달에서 발을 떼면 자동으로 회생 제동 시스템이 가동되면서 브레이크를 밟지 않고도 엔진 브레이크가 걸리는 것처럼 속도가 줄며, 동시에 배터리 충전을 할 수 있는 것이다.
또 차량이 엔진을 시동시킨 채 정지하고 있는 아이들링(idling) 시에는 엔진과 모터, 발전기가 자동으로 정지돼 필요 없는 에너지 소비를 줄일 수 있다.
토요타는 이 같은 직병렬식 하이브리드 시스템에 모델마다 별도의 전용 변속기를 개발해 차량 성격에 따라 연비와 주행 역동성을 높일 수 있게 했다. 연비를 강조한 토요타 프리우스, 4륜 구동 모델 렉서스 RX450h, 퍼포먼스를 높인 LS600h에 장착되는 변속기가 모두 다르다.
한국토요타는 이 같이 하이브리드차량을 포함한 전 모델에 대한 전 딜러 및 한국토요타 임직원의 이론 교육과 실습을 위해 2006년 성수동에 교육센터를 개관했다. 140억원의 투자금을 들여 5층 규모로 설립한 이곳은 체계적인 교육프로그램을 통해 개선된 고객 서비스를 위해 토요타 본사의 '카이젠(개선)' 시스템을 도입, 올해 5월까지 약 9500여명의 교육생을 배출했다.
