일본산업뉴스요약

미쓰비시자동차, 신 HEV에 2단 변속과 도그 클러치 채택
아이신과 협업으로 약 1년만에 전환

미쓰비시자동차는 주력인 동남아시아국가연합(ASEAN)에 투입하는 자체 하이브리드차(HEV) 기술을 개발했다. 엔진과 모터의 분리로 마찰식 습식 다판 클러치에서 맞물림식 도그 클러치로 전환하고, 2단 변속 기능을 새롭게 추가한다. 아이신과 협업해, 1년 2개월이라는 짧은 기간에 개량했다. ASEAN에서는 2030년에 HEV가 3배로 증가할 전망이다. HEV의 연비와 주행 성능을 서둘러 높여 ASEAN에서 공세로 전환한다.

미쓰비시자동차는 2025년 4월에 태국에서 발매한 소형 스포츠유틸리티차(SUV) ‘엑스포스(Xforce)’에 새로운 HEV 기술을 채택했다. 불과 1년 2개월 전에 투입한 HEV 기술을 크게 개량했다. 미쓰비시자동차가 자체 개발한 HEV를 ASEAN에 최초 투입한 것이, 2024년 2월에 발표한 다목적차량(MPV) ‘엑스펜더(Xpander)’다. 엔진으로 발전해 모터로 구동하는 시리즈 방식을 기반으로 하여, 고속주행 시 등에는 엔진과 타이어를 직결할 수 있는 것이 특징이다. 지금까지 다루고 있던 플러그인하이브리드차(PHEV)의 기술을 바탕으로 한다.

다만 태국 등에서의 HEV 사용법을 분석해, 승차 인원이 많아 부하가 클 때나, 고속 주행할 때의 연비 성능 등에 과제가 있는 것을 알았다. 미쓰비시자동차는 아이신과 협업해 자사의 변속기 기술을 활용하여 단기간에 도그 클러치나 2단 변속 기능을 채택한 결과, 연비 성능을 20% 높일 수 있었다. 미쓰비시자동차 프로젝트추진실의 우에히라(上平) 부장은 “고속 주행과 다인원 승차 시의 연비를 빨리 개선하고 싶었다”라고 말한다.

미쓰비시자동차는 오랜 세월 PHEV를 중시해, ASEAN에 투입하고 있었다. 다만 ASEAN의 충전 인프라가 부족해 PHEV 보급에는 시간이 걸릴 것으로 보고, HEV로 중심을 옮기고 있다. 태국 등에서는 HEV에 세제 우대도 있다. 미국 시장 조사회사 S&P Global Mobility는 ASEAN의 HEV 판매가 2030년에 약 86만대가 되면서 2025년의 3.3배에 달할 것으로 전망한다. 세계의 HEV 시장은 같은 기간에 1.7배가 될 것으로 전망하고 있어, ASEAN의 HEV 수요의 성장은 세계를 크게 웃돈다.

아이신과의 HEV 기술 개발에는 약 2년 반이 걸렸다. ASEAN 시장의 니즈를 고려해, 종래 기술과 병행해 이번 기술을 개발하고 있었다고 생각된다. 아이신은 구동 모터와 기어 박스를 내장한 부품 개발을 담당했다. 미쓰비시자동차와 아이신의 주요 개발 거점은 아이치현에 있다. 미쓰비시자동차 제일EV/파워트레인기술개발본부의 한다(半田) 씨는 “약 30분에 이동할 수 있어 언제라도 대면으로 협의를 할 수 있었기 때문에 개발이 원활하게 진행되었다”라고 말한다.

미쓰비시자동차는 새로운 HEV 기술을 일본 등 ASEAN 이외에서 투입하는 것도 생각하고 있다. 한다 씨는 “지역은 고르지 않는다. 일본에서도 받아들일 수 있다”라고 말한다. 고속 주행 시의 연비를 개선함으로써 유럽이나 북미 시장도 쉽게 받아들일 것으로 본다.

-- 도그 클러치로 변경한 이유 --
엔진을 타이어와 연결하거나 분리하는 습식 다판 클러치를 도그 클러치로 변경함으로써 엔진 구동 시의 연비 성능을 높였다. 마찰로 힘을 전달하는 습식 다판에 비해 맞물림을 통해 힘을 전달하는 도그 클러치의 전달 효율은 높다.

습식 다판 클러치에는 엔진에서 나오는 동력을 전달하는 클러치판과, 타이어에 동력을 전달하는 클러치 하우징 사이에 윤활유 층이 있다. 기름의 점성을 이용함으로써 클러치 체결 시의 진동을 억제하고, 매끄러운 클러치의 전환을 실현한다. 윤활유 안에서 사용하기 때문에 클러치판의 수명도 늘어난다. 다만 기름의 점성 저항으로 인해 클러치 동작 시의 전달 손실이 커지기 쉽다. 또한 여러 개의 클러치판과 윤활유를 사용하기 때문에 구조가 복잡해지고 비용도 많이 든다.

한편, 도그 클러치는 톱니의 물리적인 맞물림으로 체결하기 때문에 습식 다판 클러치의 마찰에 의한 전달에 비해 손실이 작아진다. 구조가 단순하고 소형화하기 쉽다. 다만 고속 회전 중에 톱니를 맞물리게 하려면 회전 속도를 맞추는 동기 작업이 필요해, 어긋난 채 맞물리면 큰 진동이나 소리가 발생해 버린다. 동기 제어를 잘 하지 않으면 소비자의 클레임으로 이어질 수도 있다.

미쓰비시자동차는 습식 다판 클러치를 위해 개발한 기술을 도그 클러치에 응용함으로써 진동 등이 발생하지 않는 동기 제어를 실현했다고 한다. 습식 다판 클러치에서는 클러치판이 미끄러지지 않도록 회전속도를 엄밀히 맞춰 체결하는 기술을 개발하고 있었다. 우에히라 씨는 도그 클러치의 체결에 대해 “언제 클러치가 연결되었는지 모르는 수준이다”라고 자신감을 내비친다.

도그 클러치를 채택한 HEV 기술에는, 얼라이언스를 맺은 프랑스 르노의 것이 있다. 큰 차이는 도그 클러치가 작동하는 빈도다. 르노의 기술에서는 구동모터를 2단, 엔진을 4단 기어에 탑재하고, 이를 도그 클러치가 연결한다. 구조가 복잡해 가속할 때마다 도그 클러치를 연결했다 분리했다 한다.

한편으로 미쓰비시자동차의 기술은 엔진을 직결할 때만 도그 클러치가 동작한다. 미쓰비시자동차의 한다 씨는 “빈도가 적고 심플하다”라고 자사의 우위성을 강조한다.

-- 2단 변속으로 다인원 승차에 대응 --
엔진과 타이어를 직결하는 축에 2단 변속 기능을 만든 것도 이번 HEV 기술의 특징이다. 고속기어는 중고속 영역에서, 새로 만든 저속기어는 저속 고부하 영역에서 연결한다. 종래는 중고속 영역에 대응한 기어뿐이었다.

경사로나 다인원 승차로 고부하 주행을 할 때 저속기어를 사용하는 'Parallel Low'라는 주행 모드를 새롭게 마련했다. 종래는 모터로 주행했었다.

고부하 시 모터로 주행하면 모터나 인버터, 배터리의 효율이 떨어지기 쉽다. ASEAN에서 흔히 볼 수 있는 성인 5명이 승차하는 장면에서 연비 성능을 높이는 수요에 부응했다. 미쓰비시자동차는 여러 인원이 승차할 때는 모터 주행보다 엔진 주행이 효율을 높일 수 있다고 생각했다.

고속주행 시 기존의 기어를 그대로 사용하면 충분한 토크를 얻을 수 없다. 비용을 들여 새롭게 저속기어를 준비하고, 엔진의 회전수를 낮춰 토크를 높였다. 우에히라 씨는 “엔진 회전수를 낮출 수 있었기 때문에 연비 성능도 올라간다. 소리도 조용해져 차내의 쾌적성까지 향상했다”라며, 비용을 들인 이상의 많은 이점이 있었다고 말한다.

고속기어에 연결할 때는 가감속이 적은 교외 도로의 일부나 고속도로에서 ‘모터 분리(Parallel Motor isconnect) 모드’를 새롭게 설정했다. 기존에는 엔진과 모터 양쪽에서 구동했지만 고속 순항 시 모터 구동을 활용하면 효율을 낮추는 요인이 된다고 분석했다. 모터 분리 모드를 통해 엔진과 모터를 클러치로 분리하고, 주로 엔진만 고속 기어로 연결해 주행하게 함으로써 연비 성능을 향상시켰다. 또한 상세한 내용은 공개하지 않지만 고속 순항에서 가속할 때는 “발전기를 사용해 엔진의 구동력을 보조한다”라고 한다.

우에히라 씨는 “(신 HEV를 도입하는) 태국에서는 일반도로에서도 많은 유저가 고속으로 주행하고 있다”라고 말하며, 중고속 영역의 약 60%를 분리 모드로 달린다고 밝힌다. 중고속 영역의 연비 성능은 약 10% 높아졌다고 한다.

미쓰비시자동차가 개발한 HEV는 혼다의 HEV 기술 ‘e:HEV’와 비슷하다. 혼다도 시리즈 방식을 기반으로 하면서도 고속 영역과 견인 시 등 고부하 영역에서 엔진과 타이어를 직결한다. 미쓰비시자동차의 한다 씨는, 동네 주행 등 모터구동의 특기 영역은 시리즈 방식으로 하고, 서툰 영역은 엔진구동에 맡기는 사고방식은 “혼다와 같다”라고 말한다.

-- 열효율 40% 이상의 엔진 --
엔진 배기량은 1.6L로 HEV를 위해 전용 설계했으며, 열효율은 40% 이상을 달성했다. 예를 들어 모터로 워터 펌프 등의 보조기 등을 구동할 수 있기 때문에 V벨트를 폐지하고, 마찰 손실을 저감했다. 또한 흡기 밸브를 빨리 닫는 미러 사이클을 채택하고, 또한 보어x스트로크는 75.0mm×90.0mm로, 롱 스트로크로 했던 것이 열효율 향상에 공헌했다. 압축비는 기존의 10.0에서 14.0으로 높였다.

배터리 용량은 1.1kWh로 했다. PHEV나 EV의 개발을 통해 축적한 배터리 제어 기술을 살려, 모터만으로 주행 시는 타사의 시스템보다 배터리로부터의 전력 소비량이 크다고 한다.

 -- 끝 –

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