2017년 국내에 선보인 토요타자동차의 올-뉴 캠리는 ‘TNGA(Toyota New GlobalArchitecture)’를 바탕으로 만들어진 ‘완전신형(完全新型)’ 세단으로 다시 태어났다. 8세대로 거듭난 토요타 캠리는 기존과는격을 달리하는 총체적인 변화를 통해 새로운 개념의 중형 세단을 제안한다. 완전신형으로 거듭난 캠리의새로운 하이브리드 시스템에 대하여 집중 조명한다.
다이나믹 포스 엔진을 중심으로 하는 하이브리드 시스템
올-뉴 캠리의 새로운 하이브리드 시스템은 ‘THS-II(Toyota Hybrid System-II)’로 칭한다. 올-뉴 캠리에 처음으로 적용된 THS-II는 하이브리드 차종의 판매 비율이유독 높은 국내에서는 올-뉴 캠리에서 가장 중요한 변화 내용이라 할 수 있다. 캠리에 탑재된 THS-II는 4세대프리우스를 통해 처음으로 공개된 THS-II를 바탕으로 한다. 다만그 바탕 위에 놓여진 트랜스액슬, 모터-제너레이터, 파워 컨트롤 유닛, 그리고 배터리에 이르는 모든 구성품들은 전부새롭게 개발된 것들이다.
THS-II는 일견 기존의 THS와크게 다르지 않아 보이는 구성을 취하고 있다. 직렬 4기통2.5리터 앳킨슨 사이클 가솔린 엔진과 전기모터의 조합은 우리에게 너무나 익숙한 토요타 하이브리드 시스템그 자체다. 하지만 그 내용을 조금만 더 들여다 보면, 다른시스템이라는 것을 알 수 있다.
먼저 주동력원인 엔진을 보자. THS-II의 주동력원은 완전히 새로개발한 ‘다이나믹 포스 엔진(Dynamic Force Engine)’이다. 다이나믹 포스 엔진은 ‘고속연소’개념을 적용한 새로운 설계 사상으로 만들어진 앳킨슨 사이클 엔진이다. 이를 통해 동력성능은오토사이클에 준하는 수준까지 발전시키면서 앳킨슨 사이클의 장점인 효율은 한층 더 향상시키는 놀라운 발전을 이룩했다.
캠리 하이브리드 모델에 탑재되는 2.5리터 다이나믹 포스 엔진은 178마력/5,700rpm의 최고출력과 22.5kg.m/3,600~5,200rpm의 최대토크를 발휘한다. 이는기존의 엔진에 비해 최고출력은 20마력, 최대토크는 0.9kg.m 증가한 것이다. 기존에 비해 한층 강력한 동력성능을지니고 있는 데다, 최대 토크가 일정한 구간에서 지속적으로 발휘된다는 점은 추월 가속 성능의 향상까지기대할 수 있다. 특히 THS-II를 위해 만들어진 다이나믹포스 엔진은 40%의 열효율(토요타 발표 기준)을 자랑하는 일반형 엔진에 비해 1% 더 높은 41%의 열효율을 자랑한다.
더욱 날씬하고 스마트한 모터 제너레이터
엔진의 동력을 보조해 주는 전기구동체계 역시 다르다. 배터리부터 살펴보면, THS-II의 배터리는 기존 THS의 배터리에 비해 성능은 향상되고크기와 무게는 한층 줄어들었다. 대대적인 소형/경량화 설계가적용된 새로운 캠리의 배터리 팩은 뒷좌석 하단에 수납해도 실내공간을 침해하지 않을 만큼 컴팩트하다. 배터리의크기 때문에 같이 트렁크에 실을 수 밖에 없었던 기존에 비하면 일대 혁신을 이룬 셈이다.
배터리를 구성하는 내용물은 니켈-수소(Ni-MH)와 리튬-이온(Li-Ion)배터리 셀로 이루어진다. 국내 도입분은 기존과 같은 니켈-수소배터리가 탑재된다. 니켈-수소 배터리는 리튬-이온 배터리에 비해 무겁고 용량은 더 적지만 안정성 면에서는 한 수 위다.
전기 구동과 변속, 회생제동의 역할을 수행하는 모터-제너레이터(Motor-Generator, 이하 MG) 역시 변화를 맞았다. THS-II는 기존 THS와 같이 두 개의 MG를 사용한다. 두 개의 MG는 변속, 구동, 회생제동의 역할을 수행하며 엔진을 보조한다. 또한 변속기 역할을하는 1번 MG와 직접 구동을 담당하는 2번 MG 를 복렬구조로 설계하여 구동 손실을 줄였다.
올-뉴 캠리의 THS-II에채용된 모터는 120마력의 최고출력을 발휘한다. 이는 기존시스템에 비해 23마력 감소한 수치다. 하지만 더 작고 가벼워진모터 배터리, 그리고 더욱 정교해진 파워 컨트롤 유닛을 통해 더욱 개선된 효율을 보여준다. 시스템 합산 출력은 총 211마력으로, 기존 캠리의 203마력에서 약 8마력상승했다.
두 심장을 제어하기 위한 새로운 두뇌
하지만 모터-제너레이터가 상기한 임무를 수행하기 위해서는 이들의 동력을효율적으로 제어할 수 있는 ‘두뇌’가 필요하다. 그것이 바로 파워 컨트롤 유닛(Power Control Unit, 이하PCU)이다. PCU는 별도의 기계적인 변속기가 존재하지않는 THS-II의 체계 내에서 TCU(TransmissionControl Unit)의 역할과 유사한 역할을 수행한다.
PCU의 또 다른 역할로는 서로 다른 두 가지 동력원의 구동력을 자연스럽게연결되도록 중재하는 데 있다. 이는 건기 모터와 가솔린 엔진의 구동 특성이 전혀 다른 데서 기인한다. 통상적으로 자연흡배기 가솔린 엔진의 토크 곡선은 구동초기부터 중~고회전으로넘어갈수록 상승하다가 일정한 회전수에서 정점에 달하여 최고 회전수에서부터 도로 하강하는 언덕 모양의 곡선을 그린다.
반면 전기모터의 토크 곡선은 회전을 시작하는 지점이 정점이고 회전수가 올라갈수록 하강하는 반비례곡선을 그린다. 이 때문에 토요타 하이브리드 시스템을 탑재한 차들은 그동안 주행 질감 면에서 일반적인 내연기관 자동차들과는상당히 다른 질감을 가지게 되었다. 지금도 내연기관 자동차에 익숙한 운전자들이 하이브리드 시스템의 이질적인감각에 적응하지 못하는 경우가 더러 있다. 하지만 올-뉴캠리에 탑재된 THS-II에는 보다 정교한 제어를 통해 보다 양질의 주행 질감을 제공할 수 있도록 했다.
새로운 PCU는 저손실소자의 채용은 물론 기존에 비해 더욱 소형/경량화 되었다. 또한 동력을 전달하는 트랜스 액슬 상에 직접 배치하는방식을 취함으로써 약 10%의 손실을 저감했다. 또한, 구동 손실을 줄이기 위해 코일의 사용량을 줄인 새로운 구조의 모터와 신규 개발한 전자강판 적용, 그리고 리덕션 기어의 평행축을 톱니바퀴 형태로 제작했다. 새로운PCU의 채용 덕분에 새로운 캠리 하이브리드 모델은 더욱 향상된 동력 성능과 이질감이 적은 주행 질감을가진다.
총체적 발전을 이룩한 完全新型 하이브리드 시스템
오늘날 하이브리드는 ‘성능을 양보하여 연비를 취하는’ 개념이 아닌, ‘연비와 성능을 모두 취하는’ 개념으로 변화를 이루고 있다. 새로운 캠리의 하이브리드 시스템은이 개념에 한 발 더 다가섰다. 가솔린 엔진의 자체 열효율을 높이는 정공법과 전기 구동 시스템의 혁신을통하여 완성된 올-뉴 캠리의 THS-II는 더 작아지고 더가벼워졌으며, 더 똑똑해졌다.
특히 머리 끝부터 발끝까지 낭비를 줄인 철저한 손실저감 대책과 우수한 열효율을 지닌 신형 앳킨슨 사이클 엔진, 그리고 더욱 똑똑한 진화를 이룬 전기 구동계와의 시너지는 연비와 성능의 두 마리 토끼를 잡는 핵심이다. 모든 면에서 기존의 THS에 비해 개선을 이룬 것이다.
올-뉴 캠리의 THS-II는시스템 합산 출력을 기준으로 하면 제원 상의 변화 폭은 그리 크지 않다. 하지만 그 경험에서는 한층달라진 모습으로 깊은 인상을 남긴다. 특히 일상적인 주행 영역에서 자주 조우하게 되는 40~70km/h 영역에서의 가속 성능이 10% 가량 향상되어 기존에비해 한결 매끄러운 느낌을 들게 한다. 그 뿐만 아니라 정교해진 파워 컨트롤 유닛 덕분에 모터 구동과엔진 구동으로 전환하는 과정이 한층 빠르고 매끄러워졌다. 또한, 기존에비해 엔진의 역량을 키우고 전기 모터의 비중이 다소 줄어들었음에도 불구하고 연비는 20%가량 상승했다.
총체적인 발전을 이룩한 올-뉴 캠리의 하이브리드 시스템은 지금까지와는다른, 새로운 하이브리드의 경험을 선사한다. 더 강력하고, 더 정교하며, 더 알뜰해진 완전신형 하이브리드 시스템은 (토요타식)하이브리드에 대한 선입견을 가진 소비자도, 기존에 이미 하이브리드에 만족하고 있었던 소비자도 모두 아우를 수 있는 경쟁력을 갖췄다.
