자동차 엔진 및 변속기 설계의 선도 연구실

“독자적인 무단변속기 기술 개발로 세계 유수업체 추월할 것”

2013-03-27 김미주 기자

우리나라의 자동차 산업은 이제 세계 속에 우뚝 서며 대한민국의 이미지를 브랜딩하는 주력 산업군으로 자리 잡고 있다. 21세기의 핵심 성장동력산업이자 녹색성장의 선두산업으로서의 역할을 담당하고 있는 자동차. 하나의 완성체로서 자동차가 출시되기 까지는 수많은 분야와 공정을 거쳐야 한다. 특히, 자동차에 있어 가장 중요한 것은 역시 동력이라 할 수 있다. ‘파워트레인’은 동력을 전달하는 일련의 기구로서 동력 전달계라고 표현하기도 하며, 엔진, 클러치, 토크 컨버터, 트랜스미션, 프로펠러 샤프트, 드라이브 샤프트, 디퍼렌셜 등을 총괄하는 용어지만, 때로는 엔진과 트랜스미션을 나타내는 용어로 사용할 때도 있다.

친환경 및 고효율, 고내구성에 대한 기술개발에 박차
국민대학교 자동차공학과의 파워트레인 설계 실험실(장시열 교수)은 자동차 엔진 및 변속기의 설계에 대해 연구하는 연구실이다. 오늘날 자동차 파워트레인 기술의 주요한 개발대상은 친환경 기술과 고효율, 고내구성에 대한 기술개발이라 할 수 있다. 엔진개발의 경우는 다운사이징으로 인한 고내구성 엔진기술개발이 궁극적으로 새롭게 대두되고 있으며, 이것은 하이브리드화 하는 자동차 동력 기술에서도 필요한 내용이다. 장 교수는 “엔진 구동역학 뿐만아니라 동력원으로부터 차량에 효율적인 동력 분배 및 전달에 변속기의 동력 분배를 위한 자동변속기, 무단변속기 또는 dual clutch transmission(DCT) 등이 주요 연구대상”이라며 “하지만 이러한 시스템 개발이 완성차에 상품으로 적용되기 위한 기초 기술 중 접촉 내구성을 보장할 수 있는 기술 개발은 국내에서 매우 취약한 분야”라고 전했다.
장 교수 연구팀이 현재 개발하고 있는 cone ring transmission(CRT)의 주요한 구동 메커니즘은 마찰을 궁극적으로 극대화하며 동시에 내구성을 향상시킬 수 있는 접촉구동제어 기술이 필요한 내용이다. 그러나 기존의 무단변속기나 하이브리드 시스템은 외국에서 주로 개발된 제품이고, 상용화에 따른 국내 업체의 특허 문제나 로열티 문제가 발생되고 있는 것이 현실이다. 장 교수는 “현재 여러 방식의 무단변속기가 개발되고 있으나 생산단가 및 동력전달 용량 등에 많은 문제점이 있어, 이러한 문제점을 해결할 수 있는 CRT 개발을 진행하였다”고 밝혔다.
장 교수 연구팀이 진행하고 있는 이 연구는 ‘국민대 초정밀혁신설계연구소’와 ‘한국연구재단의 기초연구사업 지원사업(2012R1A1A2041907, R11-2005-048-00000-0)’ 그리고 ‘지식경제부(R0001406)’의 지원을 받아 수행되었다. 현재 연구는 초기 설계에 따른 실물로 제작하였다고 장 교수는 전했다. 또한 실물에 대한 구동테스트도 마친 상태며, CAE 해석을 통해서 각기 구조물에서 발생할 수 있는 응력분포, 구동 시스템 규명 및 변속과정에 대해서 진행하였다.

장 교수는 “본 연구가 기초적인 연구를 활발히 진행하여 완성도 높은 결과를 낸다면, 현 상태의 무단변속기의 개발 수준을 세계 유수 업체에 견줄 수 있는 정도가 아니라 우리만의 독자적인 기술로 앞서갈 수 있을 것”이라 자신하였다. 또한 “글로벌 국제사회 문제인 저탄소 문제에도 하나의 해결책이 될 것이며 연비문제를 해결함으로써 우리 산업경제에도 큰 도움이 될 것이라 생각한다”고 전했다. 장 교수는 “앞으로 원뿔형 마찰 트랜스미션(CRT)에 대한 연구를 하이브리드 차량 및 고연비 차량에 적용하기 위한 동력전달 분배 구조와 내구성 향상을 위한 파워트레인설계의 완성도 높은 연구를 진행할 것”이며 “또한 본 연구에서 파생되는 접촉구동제어 메카니즘 (tribo-control mechanism)을 적극 응용하여 습식타입 DCT와 조향장치에 필요한 접촉 구동 연구, 마찰 제어를 위한 surface texturing 연구를 진행할 예정”이라고 말했다.
취재_김미주 기자