일본을 대표하는 자동차기업, 토요타자동차(이하, 토요타)가 TNGA(Toyota New Global Architecture) 기반의 신차종을 위한 신규 파워트레인을 추가 공개했다. 새로운 파워트레인은 토요타의 글로벌 판매에 있어서 주력의 역할을 수행하게 되며, 뛰어난 동력성능과 친환경성, 그리고 다양한 차종에 대응할 수 있는유연함을 갖는 것을 특징으로 한다.
새로 공개한 파워트레인은 2.0리터급 가솔린 엔진과 이 엔진을 이용한하이브리드 시스템, 독자적인 메커니즘을 채용한 무단변속기(ContinuousVariable Transmission, 이하 CVT)와 신형 수동 6단 변속기, 그리고 전용 사륜구동 시스템 등이다. 토요타는 향후 2021년까지 TNGA기반의 총 9기종에 17개 바리에이션의 신규엔진과 총 4기종에 10개 바리에이션의 변속기, 그리고 총 6기종 10 바리에이션의하이브리드 시스템을 내놓을 예정이라고 밝혔다. 아울러 토요타는 새로운 파워트레인 발표와 함께 “TNGA 기반 파워트레인을 통해 18%이상의 이산화탄소 배출량 저감을기대하고 있다”고 덧붙였다.
새로운 하이브리드 시스템은 2.0 토요타 하이브리드 시스템 II(2.0L Toyota Hybrid System II, 이하 2.0 THSII)로 불린다. THS II는 새로운 엔진과 더불어 새로운 파워 컨트롤 유닛, 새로운 트랜스액슬, 그리고 새로운 배터리팩을 채용했다. 이를 통해 이미 4세대 프리우스에도 반영되어 있는 각종 손실 저감기술의 효용성을 극대화한다.
2.0 THS II의 핵심을 이루는 엔진은 토요타가 새롭게 개발한 2.0리터 다이나믹 포스 엔진(Dynamic Force Engine)이다. 새 엔진은 동명의 2.5리터급 엔진에 적용한 바 있는 토요타의 다양한손실 저감 기술을 대거 적용함은 물론, 실린더 내에서 발생하는 혼합기의 종방향 와류현상을 적극적으로유도하는 구조를 취했다. 이로써 기존의 1.8~2.0리터급엔진에 비해 한층 향상된 41%(토요타 자체 측정 기준)의열효율을 달성했다고 주장한다.
새로운 엔진의 보조를 맞추며 하이브리드 시스템을 구성하는 또 하나의 주축인 전기모터 역시 새로 만들어진 품목이다. 새로운 모터는 교류동기식 모터이며, 코일선의 사용량을 줄인 새로운구조를 채용하고 신개발 전자석강판을 도입했다. 또한 트랜스액슬은 감속기어(Reduction Gear)의 평행축 기어화를 구현하여 구동 손실을 줄였다. 신규모터의 최고출력은 80kW(109마력), 최대토크는 202Nm(20.6kg.m)에 달한다.
새로운 엔진과 전기모터의 동력은 새로운 PCU(Power ControlUnit)에 의해 제어된다. PCU는 엔진과 전기모터라의 두 가지의 동력원을 함께 제어하는역할을 맡는다. 전기 모터와 가솔린 엔진은 서로 구동 특성이 전혀 다르기 때문에 이를 알맞게 제어해줘야 내연기관 자동차에 가까운 자연스러운 가감속을 구현할 수 있다. 특히 별도의 변속기가 존재하지 않는토요타식 풀-하이브리드 시스템에서 PCU의 역할은 일반적인내연기관 자동차의 변속기를 제어하는 TCU(Transmission Control Unit) 이상의 역할을한다고 볼 수 있다.
새로운 PCU는 기존 프리우스의 1.8리터급하이브리드 시스템에 비해 20%에 달하는 소형화와 10%에달하는경량화가 이루어졌다. 여기에 손실이 적은 신형 전력소자와 효율이 향상된 냉각 시스템을 채용함으로써 더욱뛰어난 연비를 실현한다. 또한 2.5 THS II와 동일하게, 동력을 전달하는 트랜스 액슬 상에 PCU를 직접 배치하는 방식을취함으로써 약 10%의 손실을 저감했다.
신형의 Ni-MH(Nickel-Metal Hydride, 이하 니켈-수소) 배터리는 기존 배터리팩의 구조를 다시 설계하여 소형화와 함께더 고성능화를 이루었다. 용량은 기존 1.8 하이브리드 시스템의 6.5Ah로 동일하지만 배터리 셀의 개수는 기존 168개에서 180개로 늘었고 충전압은 201.6V보다 높은 216.0V로 상향 조정되었다. 여기에 냉각시스템을 소형화함에 따라한층 작은 크기를 통해 보다 다양한 차종에 적용할 수 있는 유연성을 확보했다.
이렇게 완성된 2.0 THS II는 4세대 프리우스의 시스템에 반영된 소형/경량/저손실화기술을 이어받아 높은 연비성능은 보존한 채 주행성능은 한층 향상된다. 가속시에는엔진의 회전수를 내리는 것과 동시에 배터리로부터의 전력을 높여 리니어하고 꾸준히 상승하는 느낌의 가속감을 구현한다.
토요타는 새로운 하이브리드 시스템을 포함한 신규 파워트레인을 금년 봄부터 양산 차종에 도입하기 시작하여 향후탑재 차종을 글로벌 규모로 확대해 나갈 것이라고 밝혔다.
