토요타 하이브리드 안티랙 특허 엔진 시동 전 과급압 확보 원리와 한계

© A. Krivonosov

토요타가 하이브리드 시스템의 전기 모터 가운데 하나를 바퀴 구동이 아니라, 아직 꺼져 있는 가솔린 엔진을 미리 돌리는 데 쓰자고 제안했다. 공기가 실린더와 배기를 지나면서 연료가 공급되기 전에 터빈을 돌리기 시작한다. 엔진이 시동되는 시점에는 과급압이 이미 만들어져 있어 가속 페달에 대한 반응 지연이 줄어든다.

이 방식은 경주용 안티랙과 다르다. 기존 시스템은 점화 시기를 늦추거나 배기 쪽에서 연료를 추가로 태워 터빈을 계속 돌리는데, 이 과정에서 배기 계통 온도가 급격히 올라가고 배기 매니폴드와 밸브, 터보차저의 마모가 빨라진다. 토요타의 방식에는 연소가 없다. 필요한 공기 흐름은 모터 제너레이터가 크랭크축을 돌리면서 생긴다.

출원서는 전기 기계를 두 개 갖춘 하이브리드를 설명한다. 첫 번째는 엔진과 연결돼 보통 발전기나 시동 모터로 작동하고, 두 번째는 차량 구동을 직접 돕는다. 토요타는 오래전부터 이런 역할 분담을 써 왔다. MG1이 엔진을 시동하고 회전수를 제어하며, MG2가 구동력을 만들고 에너지를 회수한다.

제어 장치는 흡기 압력과 가속 페달 위치, 그리고 허용되는 예열 회전 시간을 함께 고려해야 한다. 일부 모드에서는 압축된 공기를 잠시 엔진 안에 가둬 두어 시동 후 요구 토크를 더 빨리 내도록 한다. 토요타의 이전 출원도 비슷한 방법을 다뤘으며, 파워트레인이 과급 영역에 들어가기 전에 전기 기계로 터보 엔진의 회전수를 끌어올리는 내용이었다.

일반적인 하이브리드에서는 실익이 크지 않다. 구동 모터가 이미 저회전 구간의 토크 공백을 메울 수 있기 때문이다. 게다가 운전자가 느끼는 멈칫거림은 변속 때문인 경우가 많은데, 제안된 시스템은 그 지연을 없애지 못한다.

이 기술은 고출력 하이브리드에서 더 설득력이 있다. 예를 들어 현행 토요타 크라운 하이브리드 MAX는 2.4리터 터보 엔진과 전기 모터 두 개, 6단 자동변속기를 조합해 340마력과 542 Nm을 낸다. 다만 이번 특허는 크라운을 비롯한 양산차와 연결되지 않으며 생산 준비를 확인해 주지도 않는다.

지금 단계에서는 새로운 사양의 발표가 아니라 공학적 아이디어에 가깝다. 양산 적용은 구동 모터의 출력만으로 터보 엔진의 시동 순간을 완전히 감추기 어려운 영역에서 의미를 갖는다.