일본을 대표하는 자동차 기업, 토요타가 12월 6일, `보다 좋은 차 만들기(もっといいクルマづくり)`를 위한 자사의 새로운 설계 개념, TNGA(Toyota New Global Architecture)에 사용될 전용 파워트레인을 대대적으로 공개했다. 토요타는 ``신규 파워트레인은 우수한 주행성능과 높은 친환경성을 양립하는 것을 추구한다``며, ``2017년 이후부터 일거에 적용 차종을 확대해 나갈 것``이라고 밝혔다.
토요타가 발표한 새로운 파워트레인은 새로운 엔진, 새로운 변속기, 새로운 하이브리드 시스템으로 구성되어 있다. 새로운 엔진은 배기량 2.5리터의 완전 신형 직렬 4기통 가솔린 엔진이고, 새로운 변속기는 8/10단의 자동변속기이며, 새로운 하이브리드 시스템은 신규 엔진을 기초로 한 ` THS(Toyota Hybrid Synergy Drive)-II` 시스템이다.
`다이나믹 포스 엔진(Dynamic Force Engine)`이라는 별칭이 붙은 신규 2.5리터 직렬 4기통 가솔린 엔진은 기본적인 설계부터 실린더 내부로 유입되는 공기의 흐름을 개선한 점이 가장 큰 특징이다. 여기에 가변제어 시스템을 대대적으로 적용하여, 종래의 가솔린 엔진에 비해 연소효율을 크게 높인다. 신형 엔진의 실린더 헤드와 블록 내부 구조는 신형 엔진의 가장 큰 특징이라고 할 수 있다. 가솔린 엔진의 실린더 내부로 유입되는 공기는 대체로 종방향의 와류가 형성되어 위에서 아래로 소용돌이 치듯 돌게 되는데, 토요타의 신형 엔진은 이 효과를 극대화시키는 데 초점을 맞춘 것이다.
이를 위해 실린더 헤드 내 흡기 포트의 형상을 직선형에 가깝게 하고, 흡/배기 밸브 사이의 뱅크각을 보다 마주보는 각도로 설계했으며, 흡기 밸브 주변에 턱을 만들어, 종방향의 와류현상을 보다 적극적으로 유도한다. 아울러, 보어에 비해 스트로크가 훨씬 긴 실린더 구조를 취하고 있다. 신형 엔진의 이러한 설계는 한 번의 회전으로 흡입-압축-폭발-배기의 4행정이 이루어지는 앳킨슨 싸이클 구조에 맞게 고안되어, 보다 높은 압축비를 생성할 수 있게 해 주는 핵심이 된다.
이 외에는 토요타의 다양한 전자제어 시스템의 적용으로 연소 효율을 높인다. 흡기에 VVT-iE, 배기에 VVT-i 가변 밸브 타이밍 기구를 설치하였으며, IN-VVT 제어도 즐어간다. 직분사 시스템은 다중 노즐이 적용된 신형 D4S 직분사 인젝터를 사용한다.
기계적으로는 고강도 커넥팅 로드와 저마찰 체인, 경량 피스톤과 개선된 피스톤 스커트 표면 처리, 밸런서 채용, 수지 코팅 베어링, 마운트 배치 최적화, 전동워터펌프 및 가변용량 오일펌프 채용, 전자제어 서모스탯 채용, 그리고 최적화된 엔진 마운트를 채용했다. 이를 통해 배기, 냉각, 각종 기구의 작동 등에 기인한 에너지 손실을 최대한으로 줄인다.
이렇게 완성된 신형 다이나믹 포스 엔진은 `고속연소(高速燃燒)`의 개념을 완성하여, 열효율의 향상과 그로 인한 연비 및 성능의 양립을 목표로 한다. 토요타는 새로운 엔진이 기존의 2.5리터 가솔린 엔진에 비해 보다 빠른 응답성을 비롯하여, 더 높은 압축비, 모든 속도 대역에서 높은 토크를 실현했다고 밝혔다. 신형 2.5리터 엔진은 일반 가솔린 자동차용과 하이브리드 자동차용으로 각각 제작된다. 그리고 토요타 자체 조사 기준으로 가솔린 엔진으로서는 세계 최고수준이라 할 수 있는 40~41%의 열효율을 달성했다고 주장한다.
새로운 엔진은 일반 가솔린 자동차용과 하이브리드 자동차용의 제원이 서로 다르다. 일반 가솔린 자동차용은 205마력/6,600rpm의 최고출력과 25.5kg.m/4,800rpm의 최대토크를, 하이브리드 자동차용은 177마력/5,700rpm의 최고출력과 22.4kg.m/3,600~5,200rpm의 최대토크를 발휘한다.
