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[Tech Review] 렉서스 멀티 스테이지 하이브리드 시스템

2016-02-19 오후 1:45:43
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렉서스가 LC 500h를 내놓으면서 멀티 스테이지 하이브리드 시스템(Multi Stage Hybrid System)이라는 새로운 개념을 공개했다. 하이브리드 시스템인데 기어단수가 4단이라는 점이 흥미롭다. 이것이 무엇을 의미하는 것일까?


먼저 토요타와 렉서스가 사용했던 하이브리드 시스템의 작동 원리부터 이해할 필요가 있다. 토요타의 하이브리드 시너지 드라이브는 독특하게 엔진과 바퀴 사이에 일반 유압 변속기가 아닌 모터로 구성된 하이브리드 변속기가 들어간다.

2개의 모터가 기존의 변속기의 자리를 대신하는데, 하나는 동력을 바퀴에 전달하는 목적으로, 다른 하나는 엔진 시동과 배터리 발전을 하는데 사용된다. 2개의 모터 사용 비율에 따라 유기적으로 변속이 되는 것이다. 각각의 모터 사용의 사용 비율에 따라 모터만 사용할 수도 있고 엔진과 모터를 함께 사용할 수도 있으며 보다 높은 출력이 필요한 경우 이미 충전되어 있는 배터리의 힘까지 사용할 수 있다.

변속 역시 모터가 한다. 운전자가 가속페달을 밟으면 컴퓨터가 엔진과 모터의 동력을 함께 계산하고 이것을 각각의 모터 회전수를 제어해 기어비를 결정한다. 때문에 엔진과 모터의 동력배분이 100:0이나 50:50처럼 나눠지지 않고 유기적인 변화를 통해 동력이 바퀴로 전달된다. 이러한 특성은 실제 운전하면 마치 CVT 변속기와 비슷한 성격을 띠게 된다. 이 때문에 토요타는 이러한 변속 방식을 e-CVT라고 이름 붙였다.


LC 500h에 적용된 멀티 스테이지 하이브리드 시스템은 토요타의 하이브리드 시스템과 실제 변속기가 결합된 개념이다. 동시에 시스템 부피는 더욱 컴팩트해졌다.

먼저 V6 3.5리터 엔진과 4단 변속기 사이에는 토요타의 시너지 하이브리드 시스템이 위치한다. 2개의 모터를 통해 동력 전달과 에너지 회수 모두를 진행한다. 여기에 모터 자체적으로 기어비 설정이 가능해졌다. CVT를 인위적인 기어비 설정을 통해 수동 모드를 활용할 수 있는 것과 같은 개념이다.

e-CVT에서 변경 가능한 기어비는 6개. 6단처럼 사용할 수 있는 가상의 기어비 설정이 가능하다. 여기에 물리적인 4단 변속기가 더해져 총 10단 변속기로 활용할 수 있다. 각각의 물리단수와 6단 가상 기어비를 조합하면 총 24단으로 활용할 수 있을 것 같지만 실제로는 물리 기어와 가상 기어의 조합으로 10단까지만 사용할 수 있도록 했다.


효율성을 중시하는 Eco 모드에서는 e-CVT는 CVT 특성을 그대로 따른다. 대신 4단 변속기를 통해 CVT 특유의 이질감을 최소화시키게 된다. 스포츠모드를 활성화 시키면 4단 변속기는 각 단을 제어한다. 1단은 1~3단을, 2단은 4~6단, 3단은 7~9단, 4단은 10단을 커버한다. 여기에서 크게 기어비를 바꾸는 역할을 하는 것이 물리 변속기다. 1단, 4단, 7단 등 저단 영역을 담당한다. 그리고 나머지 단수는 e-CVT가 기어비 조절을 통해 만들어낸다.

기존 토요타 렉서스의 하이브리드 시스템은 모델에 따라 시속 80~100km의 속도를 넘어서면 엔진이 가동됐다. 모터가 가장 빨리 돌 수 있는 한계를 넘으면 엔진이 가동되면서 추가적인 동력과 회전수를 제공해야 하기 때문이다. 이때 모터는 회전량을 감소시키면서 배터리 충전에 필요한 전력을 생산하기도 한다.

이번 멀티 스테이지 하이브리드 시스템은 모터의 제한된 회전 속도를 4단 기어가 보조해줌으로써 보다 넓은 영역에서 모터 활용성을 높였다. 덕분에 LC 500h는 전기모터만으로 시속 140km의 속도까지 달릴 수 있다. 60마력의 전기모터의 효율을 최대한 끌어낼 수 있게 된 것이다.


렉서스의 멀티 스테이지 하이브리드 시스템은 LC를 시작으로 5세대로 모델체인지를 앞두고 있는 신형 LS에도 사용될 계획이다. 시스템 부피 자체가 컴팩트 하기 때문에 플랫폼 호환 여부에 따라 다른 모델에서도 확대 적용될 가능성 역시 높다.

엔진에서 최대의 효율을 발휘할 수 있는 기술은 현재 가솔린 기준 열 효율 40%, 디젤 기준 열 효율 44% 수준이다. 향후 기술 개발을 통해 엔진의 효율성을 더욱 높일 수 있을 것이다. 하지만 내연기관의 역사를 비춰 미뤄볼 때 현재는 기술 발전이 상당히 더디게 진행되고 있는 것도 사실이다.

이 때문에 많은 제조사들이 변속기 개발에 열을 올리고 있다. 변속기의 개선만으로 전체적인 효율을 몇 %에서 많게는 10% 이상 향상시킬 수 있기 때문이다. 이 중심에는 하이브리드 기술이 큰 부분을 담당하고 있다. 결국 엔진에서 발생하는 동력을 변속기와 전기모터의 조합을 통해 최적의 형태로 구동력을 전달시켜야 하기 때문이다. 렉서스의 멀티 스테이지 하이브리드 시스템은 효율을 높이면서 성능까지 만족시킬 수 있는 새로운 하이브리드를 제시하고 있다.

오토뷰 | 김선웅 기자 (startmotor@autoview.co.)
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전체의견 6개가 있습니다.
  • 아슈 님 (ashu****)

    새로운 컨셉을 연구하는 모습이 일단 멋지군요... 과연 시장에서의 반응이 어떨지 궁금해집니다..갈라파고스 마켓에서 만들다보니 세계시장에선 잘 안먹히는 경우가 많았죠...그나마 토요타 하이브리드 하나만 제대로 건진듯..

    2016-02-22 오전 11:26
  • 루이스해밀튼 님 (jang****)

    도요타..
    가솔린과 하이브리드에 집중하고, 기술개발과 상용화에 열중하는기업..
    향후, 세계자동차시장의 표본?을 보여주고 있다고 봅니다.

    2016-02-20 오후 08:37
  • 새벽 님 (juli****)

    현기차는 포르쉐 잡았으면 이제 도요타 잡어~~ 동경에 대리점 하나 내시고. 한 100년 기다리면 가능?

    2016-02-19 오후 09:41
  • 86 님 (netd****)

    멀티 스테이지가 이런 뜻이었군요. 마치 자전거의 앞기어와 뒷기어의 조합처럼 두 변속장치의 유기적 결찹... 기술이란 무엇인가, 일본차 중에는 토요타가 보여주고 있네요. 이 하이브리드 시스템이 보여줄 효율과 성능이 기대되는군요!

    2016-02-19 오후 03:48
    • june300 님 (june****)

      혼다는 DOHC VVI등등 많은 엔진 기술을 계발하고 나서도 특허를 걸지 않아 습니다 이유는 특허를 걸면 기술의 발전 발목을 잡는거다 라고 말하면서요
      오늘날 대표적인 DOHC 혼다가 특허를 걸고 안놨더면 돈많이 벌었곘죠 기술이란 이런것이죠 도요타도 하이브리드 일부 기술을 특허내지 않은 걸로 알고 있습니다

      2016-02-21 오전 00:01
    • 86 님 (netd****)

      뼛속까지 공돌이 마인드... 혼다 답군요ㅎㅎㅎ 특허를 걸지 않은 기업을 우러러 볼 수는 있지만, 특허를 보유하는 기업을 욕할 수도 없다고 생각합니다. 그건 기술이라기보단, 철학이겠지요. 물론 기술과 철학이 만나면 더없이 좋겠지요.

      2016-02-22 오후 05:14

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