[CarStory] 독자개발 14년 만에 풀라인업 완성한 현대차 파워트레인

현대기아차는 1991년 소형엔진인 알파엔진 독자 개발에 성공한 이래, 지속적인 기술개발을 통해 소형부터 대형에 이르는 엔진 풀라인업을 구축하고 있다. 

특히 타우엔진(4.6/5.0L)이 2009년부터 2011년까지 3년 연속, 2012년에는 소형급 1.6 감마 GDI 엔진이 미국 '위즈오토 10대 최고엔진'에 선정되는 등 현대기아차의 엔진기술력은 세계적으로도 인정받고 있다. 

- 1991년부터 현대차의 독자엔진인 '알파엔진' 개발

현대차는 자동차의 심장부로 불리는 엔진의 독자개발을 위해 1983년 9월 신엔진 개발계획을 마련하고, 1984년 용인 마북리연구소에서 98명의 인력으로 '알파 프로젝트'를 시작했다. 이후 5년 6개월만인 1991년 1월 국내 최초의 독자엔진인 알파엔진이 탄생했다. 알파엔진 이전까지는 포니, 스텔라, 엑셀 등에는 기술 제휴선이었던 미쓰비시의 새턴엔진과 오리온엔진이 사용됐다. 

최초의 독자엔진인 알파엔진은 102마력의 1500cc 자연흡기방식과 129마력의 1500cc 터보차저 등 2기종으로 개발됐으며, 1991년 4월 알파엔진 생산공장 준공식을 갖고 알파엔진을 탑재한 스쿠프 생산을 본격화됐다. 또 엔진과 함께 개발된 알파 트랜스미션(4단 자동, 5단 수동)도 국내 최초로 트랜스미션과 케이스를 일체형으로 설계해 강성 증대 및 소음감소를 실현했다. 

알파엔진 개발로 자신감을 얻은 현대차는 1995년에 준중형급 베타엔진(1.6/1.8/2.0L) 3종을 개발해 1세대 아반떼에 최초로 탑재했고, 1997년에는 아토스에 장착된 입실론 엔진(0.8/1.0L)을 개발했다. 

이후 1998년에는 중대형 승용차 EF쏘나타와 그랜저XG에 V6형 델타엔진(2.0/2.5/2.7L)과 시그마엔진(3.0/3.5L)를, 1999년에는 에쿠스에 4.5L V8형 오메가 엔진을 자체 개발함으로써 풀 라인업을 구축했다. 

- 2004년 세타엔진으로 세계수준 올라서

현대기아차는 2004년 중형엔진인 세타엔진을 개발하며 세계적인 기술수준을 보여줬다. 5세대 쏘나타(NF)에 최초 장착된 세타엔진은 직렬 4기통 2000cc와 2400cc 등 2종으로 개발됐으며, 고성능, 저연비, 정숙성, 내구성, 친환경성을 갖춰 다임러크라이슬러와 미쓰비시에 기술을 이전하고 총 5700만달러의 로얄티를 받는 쾌거를 이뤄냈다. 세타엔진은 가별운 알루미늄 엔진블록과 가변식 흡기 밸브(VVT)를 적용해 연비 효율을 높였고, 타이밍벨트에 금속체인을 사용해 배기관 재질을 스테인리스로 채택해 내구성도 끌어올렸다. 

이후 현대기아차는 기존 세타 엔진의 출력과 연비를 대폭 개선한 세타II 엔진을 개발했으며, 2.0 세타 TCI엔진도 개발해 제네시스쿠페에 적용했다. 제네시스쿠페에 탑재된 2.0 세타 TCI엔진은 트윈 스크롤을 적용한 고효율의 터보차저와 인터쿨러 시스템, 흡배기 가변밸브 타이밍기구(DCVVT), 오일 쿨링젯, 반영구 타이밍체인 등을 적용해 일반연료 기준 최대출력 260마력, 최대토크 36kg*m의 힘과 0->100km/h 도달시간 7.2초의 폭발적인 파워로 거듭났다. 

- 람다.뮤엔진으로 대형차 시동

2005년에는 그랜저에 적용된 람다엔진과 뮤엔진이 등장했다. 람다.뮤엔진은 대형차에 요구되는 정숙성, 내구성 및 친환경성을 갖춘 현대기아차의 차세대 대형 주력엔진으로 개발됐다. 

람다엔진은 V6 3300cc와 3800cc 2기종으로 개발돼 최고출력은 각각 233마력/6000rpm, 264마력/6000rpm의 동력성능을 자랑하며, 연비는 9.0km/L, 8.6km/L를 달성해 고효율, 저연비를 실현했다. 2700cc 뮤 엔진 역시 6기통 DOHC 방식으로 최고출력 192마력/6000rpm, 최대토크 25.5kg*m/4200rpm, 9.4km/L의 1등급 연비를 자랑한다. 

2008년에는 세계적인 명차들과 경쟁하기 위해 야심차게 출시한 제네시스에 람다 3.3/3.8엔진이 탑재됐으며, 스포츠카용 고성능 엔진인 V6 3.8 람다 RS 엔진을 개발해 제네시스 쿠페에 탑재했다. 람다엔진이 탑재된 제네시스는 지난 2009년 '북미 올해의 차' 및 JD파워 신차품질조사(IQS) 1위로 화려하게 데뷔한 데 이어, 지난 2월에는 '내구품질조사(VDS)에서도 1위를 차지해 고급차 시장에서도 당당히 세계적인 품질력을 인정받았다. 

- 3년 연속 美10대 엔진에 선정된 타우엔진

현대기아차는 지난 2004년 북미 고급차시장에 진출하기 위해 8기통 가솔린엔진 개발에 나서 약 4년간의 연구개발 기간에 거쳐 4.6L 타우엔진 개발에 성공했다. 

타우엔진은 375마력의 고출력을 보유하고 정지상태에서 100km/h까지 도달하는 6초 밖에 소요되지 않으며, 북미 수출용 제네시스와 모하비에 최초로 적용됐다. 타우엔진 개발 과정에서 현대기아차는 국내 출원 177개, 해외 출원 14개 출원했다. 

특히 타우엔진은 미 자동차 미디어 위즈오토가 선정하는 10대 엔진에 3년 연속 선정되기도 했다. 

- 세계 최고 수준의 V6 승용 디젤엔진 S엔진

승용디젤엔진도 현대기아차의 노력분야다. 2000년 4기통 D엔진(2.0/2.2L)과 2005년 U엔진(1.5/1.6L) 개발로 축적된 기술을 바탕으로 2006년 세계 최고 수준의 고성능 V6 승용디젤엔진을 독자개발했다. S엔진으로 명명된 이 엔진은 대형 럭셔리 SUV 베라크루즈와 모하비에 탑재됐다. 

S엔진은 개발 당시 240마력의 강력한 파워로 233마력의 아우디, 224마력의 벤츠를 능가하는 V6 동급 세계 최고 수준의 성능을 실현했으며, 11km/L(2WD)와 10.7km/L(4WD)의 연비를 달성해 최고의 경제성을 자랑했다. 

- 글로벌 판매의 주역 '감마 1.6GDI'와 '누우CVVL'

워즈오토 10대 엔진에 선정된 감마 1.6GDI 엔진은 고연비 고출력의 가솔린 엔진 개발을 목표로 2007년 12월부터 약 32개월의 개발기간을 거쳐 탄생했다. 

감마 GDI엔진은 최고출력 140마력, 최대토크 17kg*m의 힘을 낸다. 이 엔진은 *고압 연료를 연소실에 직접 분사하는 연료계 시스템 *흡배기 밸브의 타이밍을 조절해주는 흡배기 가별밸브 타이밍 시스템 *엔진의 회전과 부하 상태에 따라 공기 흡입통로를 자동으로 조절해주는 가변 흡기 시스템(VIS)을 적용해 높은 엔진 성능 및 배출가스 저감을 이뤘고, 6단 변속기와 조화를 이뤄 연비 역시 향상됐다. 

감마엔진은 현재 현대기아차 차종 중 가장 많은 판매량을 차지하는 현대차 액센트/아반떼/밸로스터/i30와 기아차 프라이드/포르테/쏘울 등에 적용되고 있다. 

기존 세타 엔진을 대체하기 위해 개발된 차세대 중형 엔진 '누우 2.0 CVVL' 엔진은 과거 일정 높이로 열리던 흡기 밸브를 엔진 회전 속도에 따라 높이를 제어함으로써 흡입되는 공기량을 최적화해 엔진의 연비 및 성능을 극대화하는 연속가변 밸브 리프트(CVVL, Coutinuously Varieable Valve Lift) 기술이 적용된 엔진이다. CVVL 기술은 선진 메이커들도 개발의 어려움으로 중도 포기할 정도로 고난도 밸브 구동기술로 현대기아차는 이를 독자 개발함으로써 밸브 구동 고유기술을 확보함과 동시에 차세대 엔진 개발의 기반을 마련했다. 

뿐만 아니라 누우 CVVL 엔진은 *엔진 회전과 부하에 따라 흡기/배기 밸브의 타이밍을 조절하는 흡배기 가변 밸브 타이밍기구(CVVT) *엔진 회전수에 따라 흡입통로를 조절해 출력을 높이는 가변흡기 시스템(VIS)을 적용해 흡기 효율을 더욱 극대화했다. 

이런 누우 CVVL 엔진을 적용한 쏘나타와 K5는 최고출력이 기존 대비 7마력 향상된 172마력에 이르며, 최대토크 역시 기존 대비 0.3kg*m 높아진 20.5kg*m를 확보했다. 연비 또한 기존 대비 7.7% 향상된 14km/L를 확보했다. 

- 차세대 디젤엔진 R클린디젤

신형 산타페와 쏘렌토R에 탑재된 'R클린디젤 엔진(2.0/2.2L)'은 대폭 강화된 배기규제(유로-5)와 고연비를 만족시키기 위해 4년간의 개발기간을 거쳐 탄생했다. R클린디젤 엔진은 *최고출력 184마력, 최대토크 41kg*m의 2.0 디젤 엔진과 *최고출력 200마력, 최대토크 44.5kg*m의 2.2 디젤 엔진 등 동급 최고 수준의 두 가지 디젤 엔진 라인업을 갖췄다. 

특히 *저압 배기가스 재순환장치(LP-EGR) 등 연비 효율을 높여주는 각종 신기술을 적용해 기존 R엔진 대비 13% 넘게 연비를 향상시켰으며, 친환경 배기규제인 유로-5를 만족시켰다. 이를 통해 *2.0 디젤 엔진은 17.km/L, *2.2 디젤 엔진은 16.1km/L의 연비를 확보했다. 

R 클린디젤 엔진에는 *엔진의 작동조건에 따라 배기 유량을 변화시켜 연비와 성능을 향상시켜주는 고효율 전자식 가변 터보차저(VGT) *질소산화물과 일산화탄소를 줄여주는 바이패스식 고효율 HP-EGR 쿨러 *크랭크로부터 밸트시스템으로 전달되는 비틀림 진동을 줄여 정숙성을 향상시켜주는 아이솔레이션 크랭크 폴리(IP) *배기가스를 효과적으로 정화시켜주는 엔진 직장착 매연 필터(DPF) 등의 신기술이 장착됐다. 

- 순수 독자기술로 개발한 전륜 6단 자동변속기

현대기아차는 변속기 부문에서도 뛰어난 기술력을 보유하고 있다. 

1980년대까지 현대차는 미쓰비시의 변속기를 바탕으로 개량한 전륜 5단 변속기를 사용했고, 후륜변속기는 2005년까지 자트코의 후륜 5단 자동변속기를 도입했다. 하지만 6단 자동변속기 개발의 필요성을 느끼고, 2001년 세계 최초로 6단 변속기 개발에 성공한 독일의 ZF와 공동으로 전륜 6단 변속기를 개발할 계획이었다. 

그러나 ZF의 과도한 라이센스 비용 요구 등 각종 장벽으로 공동개발 계획을 수정, 2004년부터 독자 개발에 나섰다. 

이런 과정을 거쳐 현대기아차는 2009년 1월 독자 개발한 6단 자동변속기를 장착한 '그랜저 뉴 럭셔리'를 출시했다. 독자개발된 6단 자동변속기는 기존 5단 자동변속기 대비 부품수를 62개나 줄여 무게를 12kg 감소시켰고, 연비도 12.2%나 개선했다. 특허 역시 300여개를 취득했다. 현대기아차의 전륜 6단 자동변속기는 완성차 업체로는 2006년에 개발에 성공한 도요타와 GM-포드의 공동개발 이후 세계 3번째로 이뤄낸 성과였다. 

현대기아차는 독자개발한 전륜 6단 자동변속기를 쏘렌토R, 투싼ix, 쏘나타, K7, 스포티지R, K5, 아반떼, 액센트, 벨로스터, 프라이드, i30, i40 등 경차를 제외한 모든 전륜구동 차량에 탑재하고 있다. 

- 완성차 업체 중 세계 최초 후륜 8단 변속기 개발

현대기아차의 '후륜 8단 자동변속기'는 완성차 업체로는 세계 최초로 독자개발에 성공한 기술이다. BMW, 렉서스 등 프리미엄 브랜드도 후륜 8단을 사용하고 있지만, 변속기 업체인 ZF, 아이신 등의 제품을 사용하고 있어 현대기아차와는 차이가 있다. 후륜 8단 자동변속기는 개발에 약 4년의 시간과 635억원의 비용이 투입됐으며, 2011년 8월 '2012 제네시스'에 최초 탑재됐다. 

제네시스에 사용되는 후륜 8단 자동변속기의 허용 토크는 44kg*m으로 기존 6단 대비 연비는 6.3%, 발진 가속성능은 10.3%가 향상됐다. 또 2012년형 에쿠스에 탑재된 후륜 8단 자동변속기 역시 세계 최고 수준의 허용 토크인 55kg*m을 확보해 타우 5.0 GDi 엔진과 같은 고출력 엔진도 대응이 가능한 성능을 갖추고 있다.