하이브리드 자동차(2015, 고2, 6월)*

자동차의 매연으로 인한 대기 오염이 갈수록 심해지면서 각국에서는 앞 다투어 환경오염을 줄일 수 있는 자동차를 생산하는 데 박차를 가하고 있다. 그중 상용화에 성공한 대표적인 사례로 친환경차인 하이브리드(hybrid) 자동차를 들 수 있다. ‘하이브리드’란 두 가지의 기능을 하나로 합쳤다는 의미로, 내 연기관 엔진만 장착한 기존의 자동차와 달리 하이브리드 자동차는 내연기관 엔진에 전기모터를 함께 장착한 것이 특징이다.

하이브리드 자동차는 만드는 방법에 따라 구동 방식이나 구조상 차이가 있지만, 대체로 위의 그림과 같은 핵심 구성요소들로 이루어져 있다. 내연기관 엔진은 기관 내부에서 연료를 연소시켜 열에너지를 기계적 에너지로 바꾼다. 전기모터는 자동차의 주행 상태에 따라 전동기나 발전기 역할을 할 수도 있고 작동하지 않을 수도 있다. 전동기 역할을 할 때는 전력을 사용하여 자동차를 움직이게 하고, 발전기 역할을 할 때는 회전 에너지를 전력으로 바꾸어 배터리를 충전한다. 배터리는 전기모터가 필요로 하는 에너지를 공급하는 장치로, 자동차의 주행 상태에 따라 에너지가 충전되기도 한다. 그 외 구성 요소에는 내연기관 엔진과 전기모터의 회전 운동을 바퀴에 전달하는 변속기, 연료를 보관하는 연료탱크, 전력이나 전기모터를 제어 하는 모듈 * , 배터리 상태를 확인하는 모듈 등이 있다.

하이브리드 자동차는 차량 속도나 주행 상태 등에 따라 내연기관 엔진과 전기모터의 힘을 적절히 조절하여 에너지 효율을 높인다. 시동을 걸 때는 전기모터만 사용하지만, 가속하거나 등판 * 할 때처럼 많은 힘이 필요하면 전기모터가 엔진을 보조하여 구동력을 높인다. 정속 주행은 속도에 따라 두 유형이 있는데, 저속 정속 주행할 때는 전기모터만 작동하지만, 고속 정속 주행할 때는 엔진과 전기모터가 함께 작동한다. 반면에 감속할 때는 연료 공급이 중단되어 엔진이 정지되고 전기모터는 배터리를 충전한다. 또한 잠깐 정차할 때는 엔진이 자동으로 정지하여 차량의 공회전 * 에 따른 불필요한 연료 소비와 배기가스 발생을 차단한다.

하이브리드 자동차는 기존의 내연기관 자동차와 비교했을 때, 전기모터 시스템이 추가로 내장되면서 차체가 무거워지고, 가격도 비싸진다는 단점이 있다. 또한 구조가 복잡해서 차량 정비에 어려움이 가중되고, ㉠ 근본적으로 배기가스를 배출할 수밖에 없다는 한계가 있다. 하지만 동력 성능이 뛰어날 뿐만 아니라 연료 소비율이 낮아 배기가스도 적게 배출하여 환경오염을 줄일 수 있다는 장점이 있다. 이런 점에서 하이브리드 자동차는 무공해를 지향하는 전기자동차나 수소연료전지자동차가 일반화될 때까지 중요한 운송 수단이 될 것으로 보인다.

* 모듈: 프로그램이나 기계 또는 시스템의 구성 단위.

* 등판: 차량 따위가 비탈길을 올라가는 일. 

* 공회전: 기계 따위가 헛도는 일.

― (출전) 「하이브리드 자동차」(재구성)

이해를 돕는 문항

21. 윗글을 바탕으로 <보기>에 대해 이해한 내용으로 적절하지 않은 것은? [3점]

① ㉮에서는 전기모터만 작동한다.

② ㉯와 ㉱에서는 엔진과 전기모터가 함께 작동한다. 

③ ㉰와 달리 ㉲에서는 엔진도 작동한다.

④ ㉳에서는 전기모터가 전동기의 역할을 한다.^[각주:1]

⑤ ㉴에서는 엔진이 자동으로 정지한다.

22. ㉠의 이유로 가장 적절한 것은?

① 동력 성능이 떨어지기 때문에 

② 내연기관 엔진을 사용해야 하기 때문에^[각주:2]

③ 배터리를 주기적으로 교체해야 하기 때문에

④ 오염된 공기를 정화시켜 주는 장치가 없기 때문에

⑤ 전기모터의 사용이 배기가스 발생을 유발하기 때문에

1. 2문단을 보면, 전기모터가 발전기 역할을 할 때는 회 전 에너지를 전력으로 바꾸어 배터리를 충전한다. 그 리고 3문단을 보면, 감속할 때(바)는 연료 공급이 중 단되어 엔진이 정지되고 전기모터는 배터리를 충전한다. 즉, 전기모터가 배터리를 충전할 때는 전동기가 아니라 발전기 역할을 한다. [본문으로]
2. 하이브리드 자동차가 근본적으로 배기가스를 배출할 수밖에 없는 이유는, 내연기관 엔진을 사용하여 연료 를 연소시켜야 하기 때문이다. [본문으로]