죽기살기 Die~t 가속붙는 자동차 경량화
지난달 일본 도쿄모터쇼에서는 일본 도요타의 소형 컨셉트카 ‘1/X’가 첫선을 보였다. 가솔린과 전기를 함께 쓰는 하이브리드카로 가볍고 강한 ‘탄소섬유 강화플라스틱(CFRP)’을 차체에 적용, 무게를 다른 비슷한 크기 자동차의 3분의1인 420㎏으로 줄였다. 연비는 ℓ당 70㎞에 이른다. 도요타는 “자동차가 환경에 주는 부담을 획기적으로 줄이겠다는 뜻에서 컨셉트카의 이름을 1/X(X분의1)로 지었다.”고 밝혔다.
●전체 무게 30% 섀시 경량화가 핵심
전 세계 자동차 업계에 ‘경량화(輕量化)’ 경쟁이 갈수록 치열해지고 있다. 에너지, 환경, 성능 등 가벼운 차가 갖는 다양한 장점 때문이다. 차체가 가벼워지면 출력이 좋아지고 연비도 향상된다. 기름을 그만큼 덜 쓰게 돼 유해물질의 배출도 줄어든다. 자동차 업계에서 차의 무게를 조금이라도 줄이는 일은 전기, 바이오, 수소 등 화석연료를 대체할 차세대 엔진의 개발과 함께 미래 경쟁력을 확보할 필수적인 연구과제다.
자동차 경량화와 관련된 규제가 심해지는 것도 개발경쟁을 부채질하고 있다. 최근 미국 상원은 경량화 기준을 충족하지 못한 차에는 과징금을 물리고 기준치 이상을 실현하면 인센티브를 주는 법안을 통과시켰다.
새로운 소재와 첨단 접합기술 도입 등 업계의 개발방향은 대체로 비슷하다. 그중에서도 전체 무게의 30%를 차지하는 섀시의 경량화는 핵심적인 부분이다. 기존 강판이나 주철 대신 알루미늄, 마그네슘, 플라스틱, 탄소섬유 등을 도입하는 게 연구되고 있다. 일반적으로 주철에 비해 알루미늄은 30∼35%, 마그네슘은 40∼50% 가볍다.
현대차는 ‘그랜저TG’의 앞좌석 시트와 에어백 프레임에 마그네슘 소재를 쓰고 있다. 섀시와 엔진의 일부에는 알루미늄을 사용한다. 신형 ‘베르나’ 하이브리드도 후드, 트렁크, 시트 프레임에 알루미늄을 적용할 예정이다.
현대차는 지난해 제네바 모터쇼에서 미국 GE플라스틱스의 기술이 적용된 컨셉트카 ‘카르막(QarmaQ)’을 선보였다. 첨단 플라스틱 소재를 사용해 미래형 디자인의 구현과 함께 차의 무게를 60㎏ 이상 줄였다. 현대차는 카르막에 쓰인 기술 중 상당부분을 양산 차량에 적용할 예정이다.
기아차의 중형 세단 ‘로체’는 무게가 1395㎏(배기량 2000㏄·144마력·자동변속기 기준)으로 동급인 현대 ‘쏘나타’(1450㎏), 르노삼성 ‘SM5’(1470㎏),GM대우 ‘토스카’(1475㎏)보다 최고 80㎏ 가볍다. 이 때문에 1마력당 감당해야 할 중량이 9.7㎏으로 중형 세단 가운데 가장 낮다.
르노삼성도 지난 7월 출시한 중형 세단 ‘SM5 뉴 임프레션’에 기존 엔진보다 16㎏ 가벼운 ‘뉴 2.0 가솔린 엔진’을 장착했다. 엔진 흡기부와 커버의 일부를 주철이 아닌 플라스틱과 스테인리스 스틸로 교체하는 등 그동안 연구돼 온 신기술을 대거 적용했다. 이로 인해 연비가 ℓ당 기존 10.8㎞에서 11㎞로 다소 향상됐다. 르노닛산 관계자는 “엔진 무게의 감량은 단순히 차체가 가벼워지고 연비가 향상되는 차원을 넘어서 전체적으로 차의 성능을 최적화시킨다는 의미가 있다.”고 말했다.
GM대우는 중형 세단 ‘토스카’의 엔진에 국내 최초로 고압주조 방식 알루미늄 실린더블록을 채택했다. 경차 ‘마티즈’에도 초고장력 강판을 사용했다. 이를 통해 토스카는 연비가 이전 모델(매그너스)의 ℓ당 9.5㎞에서 10.8㎞로 14%, 마티즈는 18.1㎞에서 20.9㎞로 15% 향상됐다. 쌍용차도 액체를 강한 압력으로 밀어넣어 강관을 가공하는 최신공법 ‘하이드로-포밍’ 기술을 도입해 부품의 단순화와 경량화를 꾀하고 있다.
일본 혼다는 프리미엄 세단 ‘레전드’의 프레임과 보디에 고장력 강판, 알루미늄, 마그네슘,CFRP 등 다양한 소재를 사용해 기존 차체보다 8% 가볍게 하는 데 성공했다. 보디의 일체형 성형을 가능케 하는 ‘알루미늄 고속 블로 몰딩’ 기법을 사용해 용접 등 접합도 최소화했다.
영국 재규어는 프리미엄 세단 ‘XJ 4.2 LWB’의 2008년형 신모델에 100% 알루미늄 보디를 적용했다. 이를 통해 기존 XJ 모델보다 차체 중량이 40% 가벼워졌다. 또 용접을 하지 않고 우주 항공업에서 사용하는 ‘리벳 본딩’과 ‘에폭시 수지 접착’ 방식으로 알루미늄을 접합해 무게를 더욱 낮췄다.
스웨덴 볼보는 ‘올 뉴 S80 V8 AWD’에 들어가는 4400㏄급 V8 엔진의 엔진블록과 실린더 헤드를 모두 알루미늄으로 만들어 동급 8기통 엔진 중 가장 가벼운 190㎏의 무게를 실현했다. 독일 BMW는 3000㏄급 ‘뉴 5시리즈’의 엔진 무게를 전보다 10㎏ 줄였고 미국 제너럴모터스(GM)는 항공기에 사용되는 경량 소재 드랄늄을 ‘캐딜락’의 일부 부품에 사용하고 있다.
●신기술 장착 원가 상승 불가피
업계의 고민도 있다. 가장 큰 것이 가격 부담이다. 신영증권 박화진 연구원은 “경량화는 신기술이기 때문에 양산 과정에서 비용이 많이 들어 실제 양산 차량에 적용할지를 놓고 갈팡질팡하는 기업들이 많다.”고 전했다. 도요타의 조 후지오 회장도 “지금도 획기적으로 가벼운 자동차를 만들 수는 있는데 문제는 원가가 너무 비싸다는 것”이라면서 “값싸게 경량화를 달성할 수 있는 소재 개발에 역점을 두고 있다.”고 말했다. 고강도·고탄력 등 차체의 안전성을 향상시키는 것도 경량화 기술 개발에서 빼놓을 수 없는 요소다.
김태균 강주리기자 windsea@seoul.co.kr
