자동차의 엔진 성능을 비교하실 때 보통 이 자동차는 몇 마력의 최고 출력을 내고 최대 토크는 얼마인지를 비교하게 됩니다. 그러나 그 의미와 차이를 정확히 알고 비교하시는 분들은 많지 않은 것 같습니다. 따라서 이번 시간에는 자동차의 최고 출력을 나타내는 마력과 최대 토크가 자동차의 성능에 어떻게 반영되는지에 대한 의미, 그리고 그 차이에 대해서 알아보는 시간을 갖도록 하겠습니다.
목차
- 마력과 토크의 단위 개념에 대한 이해
최대출력, 마력
최대토크 - 자동차에 적용되는 최대 토크(Torque)와 최고 출력(마력)의 개념에 대한 이해
- 최대 토크와 최고 출력이 자동차 성능에 미치는 특성
- 마무리
마력과 토크의 단위 개념에 대한 이해
최대출력, 마력
듀얼 클러치 변속기 (DCT)의 원리 및 장단점 바로가기
증기기관이 발명되고 당시 사람들은 발명된 증기기관이 어떤 성능의 일을 할 수 있는지에 대한 설명의 필요성이 있었습니다. 여기에 당시 이동 수단이었던 마차를 끌던 말의 개념을 도입하게 됩니다. 즉 한 마리의 말이 75 Kgf의 무게를 1초 동안 1m를 끄는 일률을 1마력이라고 정의하고, 발명된 증기기관이 몇 마력의 일을 할 수 있는 성능을 가지고 있다고 설명할 수 있었습니다. 우리나라에서는 자동차에 보통 ps 단위를 사용하고 있습니다. 또한 이를 단위 개념으로 다시 표현하면 다음과 같습니다. 1 마력 = 1 ps = 75 Kgf.m/sec으로 표현할 수 있겠습니다. 예를 들면 자동차 성능표에 표시된 6,000 RPM에서 최대 출력 245마력이라 하면 이 자동차는 엔진 회전수 6,000 RPM에서 75 X 245 X 1 / 1 = 18,375 Kgf.m/sec , 즉 최대 18,375 Kgf(18.4톤)의 무게를 1초 동안 1m를 끌 수 있는 성능을 나타냅니다.
최대 토크
토크(Torque)라 하면 비틀림 모멘트라고도 부르며, 어떠한 물체에 작용하여 그 물체를 회전(비틀림)시키려고 하는 힘을 말합니다. 단위는 보통 Kgf.m로 표현하고 있습니다. 자동차의 엔진에 비유하면 실린더 내의 혼합된 공기와 연료를 점화플러스에 의해 폭발시키면서 이로 인한 피스톤의 직선 운동을 커넥팅로드와 크랭크 샤프트를 통해 회전 운동으로 변환시켜 주는 과정에서 크랭크 샤프트를 회전시키려는 순간적인 힘이라고 보시면 됩니다.
자동차에 적용되는 최대 토크(Torque)와 최고 출력(마력)의 개념에 대한 이해
위의 설명드린 토크와 출력(마력)의 개념을 좀 더 쉽게 이해시켜 드리고자 하며, 아래의 그림을 통하여 엔진의 토크와 출력이 자동차에서 어떻게 작용하고 어떻게 성능으로 나타나는지 다시 한번 설명을 드리겠습니다.
듀얼 클러치 변속기 (DCT)의 원리 및 장단점 바로가기
그림에서 볼 수 있듯이 케이스 1의 경우 작업자는 한 번에 50 Kgf의 무게의 부품 박스를 2개, 즉 100 Kgf를 이동할 수 있는 힘을 가지고 있지만 30분 동안 5회 왕복을 통하여 결국 10박스, 500 Kgf의 부품을 이동할 수 있습니다. 반면에 케이스 2의 작업자는 비록 한 번에 50 Kgf의 부품 박스 1개를 이동할 수 있는 힘을 가지고 있지만 30분 같은 시간에 20회의 왕복을 통하여 총 20박스 1,000 Kgf의 부품을 이동할 수 있었습니다. 이 경우 케이스 1의 작업자와 케이스 2의 작업자에 대해서 여러분은 어떤 작업자가 마음에 드시는지요? 물론 쉽지 않습니다. 각각의 작업자의 장단점에 대한 특성이 다르기 때문입니다. 케이스 1의 작업자는 케이스 2의 작업자 보다 한 번에 더 큰 무게의 부품 박스를 이동할 수 있습니다. 힘이 세다고 볼 수 있지요. 하지만 케이스 2의 작업자는 케이스 1의 작업자 보다 한 번에 많은 무게의 부품 박스를 이동할 수는 없지만 정해진 시간 안에 더 많은 부품 박스를 이동할 수 있습니다. 이것을 자동차의 성능에 비유하면 한 번에 이동할 수 있는 부품 박스의 최대 무게를 자동차의 최대 토크(Torque)라 할 수 있으며, 여기에 시간 개념을 추가하여 나온 부품박스의 이동한 일의 최종 결과가 바로 자동차의 최고 출력이라 할 수 있습니다. 이해가 되시나요? 물론 이 글을 읽으시는 분들께서는 모두 쉽게 이해하셨으리라고 봅니다. 즉 토크는 엔진이 순간 발휘하는 힘을 말합니다. 여기에 시간 개념이 포함되어 정해진 시간 동안 얼마나 빠르게 움직이느냐(엔진 분당 회전수 : RPM)에 따라 일의 총결과가 만들어지고 이것이 바로 자동차의 출력(마력)을 의미합니다.
최대 토크와 최고 출력이 자동차 성능에 미치는 특성
자동차의 성능을 판단하실 때 자동차 제조사에서 제공하는 엔진 성능 곡선 그래프를 많이들 참고하십니다. 그렇다면 이 그래프를 보시면서 엔진의 토크가 중요할까요? 아니면 출력이 중요할까요?
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위의 설명드린 내용에서 알 수 있듯이 엔진의 출력을 향상하기 위해서는 토크를 증가시키던지 엔진 RPM을 증가시켜야 합니다. 아니면 토크와 엔진 RPM 둘 다 증가시켜야 합니다. 따라서 엔진의 최대 토크와 최대 출력은 서로 밀접한 관계를 가지고 자동차의 성능에 영향을 미치기 때문에 어떤 것이 더 자동차의 성능에 중요한 역할을 하는지 판단하는 것은 조금 문제가 있습니다. 다만 자동차의 토크와 분당 엔진 회전수 관련해서는 전형적으로 디젤 엔진과 가솔린 엔진의 특성에서 비교 확인할 수 있습니다. 디젤 엔진은 아시다시피 자연 발화 방식의 엔진으로 연소 온도가 높고, 압축비가 높기 때문에 가솔린 엔진에 비해서 최대 토크가 높습니다. 반면에 분당 엔진 회전수(RPM)는 가솔린 엔진에 비해 높게 설정할 수 없습니다. 가솔린 엔진은 점화플러그에 의한 점화 방식이고 연소 온도도 가솔린 엔진 대비 낮고 압축비도 높을 필요가 없기 때문에 디젤 엔진 대비 최대 토크는 낮으나 분당 엔진 회전수(RPM)는 높게 설정할 수 있습니다. 따라서 저 RPM에서 큰 토크 성능을 가진 디젤엔진 자동차는 등판성능이 중요시되는 오프로드를 주행하거나 많은 짐을 싣고 주행을 하는 자동차(SUV, 트럭 등 상용차 등)에 유리할 것이고, 반면 최대 토크는 작지만 빠른 엔진 회전수의 성능을 가진 가솔린 엔진은 높은 엔진 회전수에서 빠르게 주행을 요구하는 자동차(승용차, 스포츠카 등)에 적합할 것입니다. 최근에는 가솔린 엔진도 터보 차저(Turbo-Charger) 기술등을 도입하여 이러한 디젤 엔진의 토크 특성을 적용하고 있습니다. 물론 오늘 내용과 관계가 있지만 터보 차저(Turbo-Charge)에 대한 기술은 다음 기회에 한번 알아보는 시간을 갖도록 하겠습니다. 따라서 정리해 보면 상대적으로 저 RPM에서 토크가 높은 자동차는 순간 가속도가 높아 다른 차량을 순간 추월할 때 유리하고, 도심에서 가고 서다를 반복할 때 운전자에게 가속에 따른 빠른 자동차의 응답성을 느끼게 해주는 특성을 보일 것입니다. 반면 상대적으로 토크는 낮지만 빠른 엔진의 회전수(RPM)를 확보할 수 있는 자동차는 높은 속도로 운전을 요구할 때 유리한 특성을 보일 것입니다. 따라서 이러한 여러분들은 자동차를 선택하실 때 운전 습관이라든지, 운전 환경에 따라 이러한 엔진의 특성을 비교 검토하시는 것이 본인에게 맞는 자동차를 선택하시는데 도움이 되실 것입니다.
듀얼 클러치 변속기 (DCT)의 원리 및 장단점 바로가기
마무리
지금까지 자동차의 성능을 나타내는 엔진의 최대 토크와 최고 출력의 차이와 의미에 대해서 알아봤습니다. 보통 일반 운전자분들은 많이는 들어봤지만 그 의미와 차이에 대해서 확실히 알고 계신 분들은 적다고 생각합니다. 오늘 내용을 통하여 쉽게 이해하셨으면 합니다. 또한 앞서도 말씀드렸지만 같은 배기량 대비 본인에게 맞는 자동차를 선택하기 위해서는 본인의 운전 습관과 운전 환경에 맞는 특성을 가진 자동차의 선택이 필요할 것으로 보이며 위의 내용이 선택하시는데 도움이 되셨으면 합니다.
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