"복서 엔진은 포기 못해"… 日 스바루, 연비 약점 뚫고 ‘차세대 하이브리드’ 정조준

일본 완성차 제조사 스바루(Subaru)가 자사의 정체성이자 시그니처 파워트레인인 '수평대향 복서(Boxer) 엔진'을 포기하는 대신, 최대 약점으로 꼽혀온 연비 효율을 획기적으로 끌어올리는 차세대 엔진 재설계에 승부수를 던졌다.

북미 시장에서 순수 전기차(BEV) 성장세가 둔화하고 하이브리드차(HEV) 수요가 급증하는 가운데, 가솔린 모델과 하이브리드 모델에 공통으로 탑재할 수 있는 고효율 차세대 복서 엔진을 표준화해 주행 안정성과 연비라는 두 마리 토끼를 동시에 잡겠다는 전략이다.

11월 15일(현지시각) 일본 종합 경제 미디어 닛케이 아시아(Nikkei Asia)에 따르면, 스바루는 지난달 차세대 복서 엔진 핵심 기술을 전격 공개하고 상용화 개발에 박차를 가하고 있다.

스바루는 주문자상표부착생산(OEM) 방식으로 타사로부터 공급받는 일부 경차·소형차를 제외한 자사 모든 가솔린 차량에 복서 엔진을 탑재해 왔다. 스바루의 한 고위 임원은 "내연기관이 존재하는 한 우리는 결코 복서 엔진을 포기하지 않을 것"이라고 단언했다.
저중심·안정성 강점 뒤에 숨은 '숏스트로크 열손실'… 흡기·터보 재설계로 열효율 45~50% 도전

복서 엔진은 일반 직렬(In-line) 엔진처럼 피스톤이 위아래로 움직이지 않고, 수평으로 마주 보고 누운 채 좌우로 대칭 운동을 하는 구조다. 피스톤의 상호 반작용이 진동을 상쇄하고 엔진 무게중심을 낮춰 탁월한 고속 주행 안정성과 코너링 핸들링을 제공하는 것이 최대 강점이다.

그러나 구조적 한계로 인해 연비 면에서는 경쟁사들에 뒤처져 왔다. 실제로 1.8리터 터보 복서 엔진을 얹은 스바루 '레보르그(Levorg)'의 복합 연비는 리터당 약 13.8km 수준으로, 1.5리터 터보 직렬 엔진을 장착한 혼다 '시빅'(약 15.7km/L)에 크게 못 미친다.

현재 스바루 복서 엔진의 열효율은 업계 평균 수준인 약 40%에 도달해 있지만, 차량 전폭(너비) 제약 때문에 실린더 지름(보어) 대비 피스톤 이동 거리(스트로크)를 짧게 설계하는 '숏스트로크(Short-stroke)' 구조를 취할 수밖에 없다. 이는 고회전 고출력에는 유리하지만 연소실 표면적이 넓어져 외부로 빠져나가는 열손실이 커지므로 실제 주행 연비를 깎아먹는 원인이 되어 왔다.

스바루 엔지니어링 진영은 이 같은 물리적 약점을 정면 돌파하기 위해 수십 년간 축적한 터보차저 과급 기술과 연소실 유동 제어 를 결합했다. 실린더 내부로 유입되는 공기의 흐름을 극대화하도록 흡기 포트를 직선화·최적화해 재설계하고, 터보차저로 고밀도 공기를 밀어 넣어 연료와 공기가 초고속으로 균일하게 혼합·연소되도록 만든 것이다.
스바루의 한 수석 엔지니어는 "신규 설계를 한계치까지 끌어올리면 열효율을 약 45% 수준까지 향상시킬 수 있다"며 "나아가 하이브리드 시스템에서 엔진을 발전 전용으로 특화하거나 부실 연소(프리챔버) 기술을 결합할 경우 궁극적으로 열효율 50% 달성도 가능하다"고 설명했다. 현재 닛산자동차 역시 자사 'e-파워(e-Power)' 하이브리드용 발전 전용 엔진에서 열효율 50% 달성을 목표로 개발을 진행 중이다.

발전기 전용 아닌 '바퀴 직접 구동' 표준 설계… 북미 하이브리드 급증세 정조준

스바루는 차세대 복서 엔진을 단순 발전기(시리즈 하이브리드)로만 쓰지 않고 바퀴를 직접 구동하는 표준 파워트레인 으로 설계해 가솔린 차량과 하이브리드 차량 모두에 폭넓게 적용할 계획이다. 광범위한 엔진 회전 영역에서 높은 열효율과 스바루 특유의 역동적인 주행 감각을 동시에 구현하겠다는 구상이다.

이러한 전략 선회는 스바루가 처한 글로벌 시장 환경 변화와 맞닿아 있다. 스바루의 글로벌 연간 판매량은 2017회계연도 106만 대로 정점을 찍은 이후 최근 수년간 90만 대 수준에서 정체되어 있다.

엄격한 배출가스 규제가 적용되는 유럽 시장에서는 높은 규제 대응 비용 때문에 내연기관 판매를 접고 순수 전기차(EV)에만 집중하기로 한 반면, 전체 수익의 핵심인 미국 시장에서는 전기차 수요가 식고 하이브리드 수요가 폭발적으로 증가하고 있기 때문이다.

中 BYD '양왕 U7'·체리·지리까지 복서 엔진 가세… "독자 노선 옳았음 입증"

흥미로운 점은 전동화 전환의 선봉장으로 꼽히는 중국 완성차 업체들마저 최근 잇따라 '복서 엔진' 개발에 뛰어들고 있다는 사실이다.

세계 최대 친환경차 기업인 중국 비야디(BYD)는 초호화 프리미엄 브랜드 '양왕(Yangwang)'의 플래그십 세단 'U7' 플러그인 하이브리드(PHEV) 모델에 자체 개발한 2.0리터 터보 수평대향 복서 엔진을 탑재했다.

낮은 보닛 디자인 구현과 정숙성 확보를 위해 포르쉐와 스바루의 전유물이던 수평대향 레이아웃을 전격 채택한 것이다. 여기에 중국 토종 강자인 체리자동차(Chery)와 지리자동차(Geely) 역시 독자적인 복서 엔진 개발 프로젝트를 추진 중인 것으로 알려졌다.

스바루의 한 관계자는 "중국 주요 완성차 제조사들이 차세대 전동화 파워트레인에 복서 엔진 구조를 도입하는 모습을 보면서, 우리가 지켜온 수평대향 복서 엔진에 여전히 밝은 미래가 있다는 확신이 한층 강해졌다"고 말했다.


신경원 글로벌이코노믹 기자 shincm@g-enews.com