경차명가 다이하츠, 소형차종을 위한 신개념 하이브리드 시스템 발표

1997년 토요타 프리우스를 통해 대중화되기 시작한 풀-하이브리드 방식(직/병렬식)의 자동차는 현재 아시아계 및 미국계 자동차 제조사에서 생산되고 있다. 풀-하이브리드 방식은 현재 국내 시장에서도 하이브리드 자동차의 '상식'으로 통하며, 일반 내연기관 자동차 대비 현저히 낮은 배출가스와 우수한 연비로 인기를 누리고 있다.

풀-하이브리드 자동차는 여러가지 장점을 지니고 있지만, 구조상의 한계로 인한 단점도 무시할 수 없다. 일단, 엔진과 전기모터라는 두 가지 동력원이 함께 존재하기 때문에 차량의 내부 공간을 많이 차지한다. 풀-하이브리드 자동차는 전기모터 단독으로도 가속 및 저속운행이 가능해야 하므로 강력한 교류(AC) 전기모터를 주로 사용한다. 반면 자동차는 기본적으로 직류(DC) 전류를 사용하기 때문에 이를 위한 독자적인 동력제어기는 물론 대용량의 패터리팩까지 요구된다.

이러한 이유로 풀-하이브리드 구동계는 일반적인 내연기관 자동차 대비 훨씬 많은 추가 공간을 요구할 뿐만 아니라, 중량 증가의 폭도 상당히 크다. 따라서 풀-하이브리드 시스템은 차체의 크기가 크게 제한되는 경차나 A세그먼트에 해당하는 소형차종에는 적용하기가 현실적으로 어렵다. 막상 적용한다고 해도, 가뜩이나 비좁은 내부 공간이 더욱 줄어드는 것은 물론, 중량의 현저한 증가로 인해 유의미한 동력성능을 내는 것 또한 어려움이 있기 때문이다. 이 때문에 경차급, 혹은 A세그먼트에 해당하는 소형의 양산차종에는 마일드 하이브리드를 적용하는 것에 그치고 있었다.

그런데 최근, 경차 명가 다이하츠공업(이하 다이하츠)에서 신형의 소형 크로스오버 모델, 로키(Rocky)를 발표함과 동시에 소형차종에 특화된 새로운 풀-하이브리드 구동계를 공개했다. 'e-스마트 하이브리드(e-SMART HYBRID)'라 명명된 다이하츠의 신규 하이브리드 구동계는 엔진을 통해 생성된 전력을 저장 및 활용해 전기모터를 구동시키는 직렬식 하이브리드 방식을 적용하고 있는 것이 특징이다.

다이하츠의 e-스마트 하이브리드는 신개발 1.2리터 WA-VEX형 가솔린 엔진과 리튬이온 배터리팩, 그리고 2기의 전기 모터로 구성된다. 먼저 새로 개발한 직렬 3기통 1.2리터 가솔린 엔진의 경우, 연비 향상에 유리한 저회전 지향의 롱스트로크 실린더를 갖는다. 그리고 연소실 내에 와류를 적극적으로 유도, 혼합기를 고속으로 유입시키는, 고속연소 개념을 실현하고 있다. 이 고속연소 개념은 모회사인 토요타의 다이나믹 포스 엔진(Dynamic Force Engine)와 거의 동일한 방식으로, 기존 대비 더욱 우수한 연소효율은 물론, 노킹에 대한 저항력이 크게 높아진다.

이 뿐만 아니라 엔진의 소형화에 중점을 두고 설계되어 동사의 1.0리터급 엔진과 비슷한 수준의 크랭크축 길이를 실현함으로써 보다 많은 소형차종에 적용이 가능하도록 했다. 직렬 하이브리드 시스템용으로 개발된 WA-VEX형 엔진은 82마력/5,600rpm의 최고출력과 10.7kg.m/3,200~5,200rpm의 최대토크를 제공한다. 이 엔진은 내연기관 차량에도 단독으로 사용할 수도 있다. 이 엔진을 새롭게 적용한 다이하츠의 소형 크로스오버 모델인 로키(Rocky)에 탑재되는 사양의 경우, 87마력/6,000rpm의 최고출력과 11.5kg.m/4,500rpm의 최대토크를 제공한다.

또 다른 동력원인 전기 모터의 경우에는 총 2기의 교류동기식 모터-제너레이터(이하 MG)가 병렬식으로 탑재되며, 1기는 발전 및 구동용, 다른 1기는 감속 및 동력제어의 역할을 한다. 모회사인 토요타자동차의 THS(Toyota Hybrid System)와는 달리, 엔진의 동력이 구동축에 직접 전달되지 않고, 오직 전기모터만을 통해 전달된다. 즉, 엔진은 발전에만 관여할 뿐, 실질적인 동력은 전기모터가 제공하는 것이다. 전기 모터는 106마력/4,372~6,329rpm의 최고출력과 17.3kg.m/0~4,372rpm의 최대토크를 발휘한다. 

전기 구동계에 동력을 제공하는 리튬-이온 배터리팩은 총 4.3Ah의 용량을 제공한다. 리튬-이온 배터리는 에너지 밀도가 높아, 배터리팩의 소형화 및 대용량화에 유리하여 배터리 기반의 순수전기차에서 가장 널리 사용되고 있는 형태다. 하지만 4.3Ah에 불과한 배터리 용량은 일견 지나치게 작아보일 수 있다. 하지만 이렇게 제한된 용량을 갖는 덕분에 엔진과 회생제동으로 즉시 배터리 용량을 충당할 수 있으며, 아울러 통상적인 직/병렬 혼합식의 풀-하이브리드 자동차보다 제조단가가 현저히 낮다. 따라서 가격에 민감한 소형차종에도 큰 무리 없이 적용이 가능한 수준이라고 한다. 이 시스템을 적용한 로키 하이브리드 모델의 가격은 211만 6천엔~234만 7천엔(한화 약 2,205~2,446만원)으로, 대략 한 급 위의 해치백형 하이브리드 자동차인 토요타 아쿠아(Aqua)에 비해 비슷하거나 더 저렴한 가격을 갖는다.

또한 오직 전기모터만이 구동에 직접관여하므로, 실제 운행시 순수 전기차와 유사한 주행질감을 제공한다는 점도 특징이다. 저속토크가 강하고 가속페달 응답성이 즉각적인 전기차의 특징을 십분 활용하여 가다서다를 반복하는 도심지에서 강력하면서도 부드러운 출발가속 성능을 실현, 더욱 편안한 주행환경을 제공한다. 그리고 엔진이 가장 많은 연료를 소모하는 발진가속 상황에서 불필요한 연료의 낭비를 최소화할 수 있다는 장점도 갖는다.

다이하츠는 새롭게 개발한 신개념 직렬식 하이브리드 구동계, e-스마트 하이브리드의 적용 차종을 향후에도 늘릴 계획이라고 전했다.