자동차 성능을 논할 때 빠지지 않는 단어가 바로 토크와 마력입니다. 많은 사람들이 이 수치가 높으면 고성능 차량이라는 것은 알지만, 정확히 토크가 무엇이고 마력은 어떤 의미인지 제대로 아는 경우는 드뭅니다. 하지만 이 개념을 정확히 이해한다면 단순히 높은 수치만 쫓는 것이 아니라, 자신의 용도에 맞는 합리적인 차량 선택이 가능해집니다.
엔진출력의 원리, 토크와 RPM의 관계
토크란 엔진이 발휘하는 힘입니다. 좀 더 정확히 표현하면 피스톤이 왔다 갔다 하면서 크랭크축을 돌릴 때 발생하는 비트는 힘, 즉 비틀림 모멘트를 의미합니다. 이를 이해하기 위해 공사장의 두 인부를 비유로 들어보겠습니다. A 인부는 건장하고 힘이 세서 40kg짜리 시멘트를 한 번에 두 포를 번쩍번쩍 들어올릴 수 있습니다. 반면 B 인부는 체력이 약해서 40kg짜리 시멘트를 한 포 정도밖에 들지 못합니다. 당연히 힘이 두 배나 센 A 인부가 일을 더 잘할 것 같지만, 실제로는 다릅니다.
한 시간 동안 두 인부의 작업량을 비교해보니 A 인부는 40번을 왔다 갔다 해서 총 80포대를 옮겼습니다. 그런데 B 인부는 100번이나 왔다 갔다 해서 총 100포대의 시멘트를 옮겼습니다. 힘은 A 인부가 두 배 더 쓸 수 있는데, 지구력이나 부지런함 때문에 B 인부가 더 많은 일을 한 것입니다. 이것이 바로 토크와 RPM의 관계입니다. 토크는 한 번에 발휘하는 힘의 크기이고, RPM은 분당 회전수, 즉 얼마나 자주 그 힘을 발휘하느냐를 의미합니다. 그리고 이 둘을 곱한 것이 바로 일의 총량, 즉 출력이자 마력이 되는 것입니다. 따라서 "토크가 중요한가요, 마력이 중요한가요?"라는 질문은 잘못된 질문입니다. 올바른 질문은 "토크가 중요한가요, RPM이 중요한가요?"가 되어야 합니다. 출력은 토크와 RPM 둘 다 중요하게 작용해야 올라가기 때문입니다.
디젤과 가솔린 엔진의 특성 차이
디젤 엔진과 가솔린 엔진의 차이는 앞서 언급한 두 인부의 특성과 정확히 일치합니다. 디젤 엔진은 A 인부처럼 힘은 세지만 회전수의 제약이 따릅니다. 디젤 엔진은 기본적으로 자연 발화 방식을 사용합니다. 높은 압축비로 연소실의 온도를 500도 정도로 높여서 자연 발화를 유도하면 폭발력이 매우 강해집니다. 또한 디젤 연료는 탄소 분자가 12개를 포함하고 있어 가솔린의 탄소 분자 8개보다 많습니다. 탄소 분자가 많다는 것은 탄화수소와 산소를 결합할 수 있는 연료 땔감이 많다는 의미이므로 디젤이 열효율이 높습니다. 하지만 높은 압축비에서 높은 온도에서 터지고 연료도 오래 타기 때문에 연소 속도가 늦어 RPM을 높게 가져갈 수가 없습니다.
반면 가솔린 엔진은 B 인부처럼 힘은 약하지만 빠르게 움직일 수 있습니다. 가솔린 엔진은 점화 플러그에서 불꽃을 만들어 연소시키며, 연소 온도도 디젤 엔진의 절반밖에 되지 않습니다. 탄소 숫자도 8개밖에 안 되기 때문에 빨리 탑니다. 그래서 탔다 비었다 탔다 비었다 하는 과정이 빠르고, RPM이 올라가게 됩니다. 따라서 강한 토크로 저회전에서 강한 힘을 내는 디젤 엔진은 많은 짐을 실어 나르거나 무거운 차를 견인하는 용도에 적합합니다. 가솔린 엔진은 높은 회전수에서 빠르게 주행하거나 스포츠카, 궁극의 속도를 내야 되는 레이싱카 같은 차들에 적합한 특성을 가지고 있습니다. 디젤 엔진은 도심에서 가다 서다를 반복하고 짧은 구간을 계속 반복적으로 오고 가는 구간에서 실용 출력이 아주 잘 나오는 것처럼 느껴지기 때문에 유리할 수 있습니다.
터보차저를 통한 다운사이징 기술
최근에는 가솔린 엔진이 디젤 엔진의 장점을 많이 차용하고 있습니다. 바로 과급 기술을 통해서입니다. 과급 기술은 슈퍼차저 혹은 터보차저 같은 차저 기술인데, 최근에는 제조 과정이나 단가, 제조 비용, 공정의 단순함 같은 이점이 있는 터보차저를 많이 사용하고 있습니다. 터보차저는 터빈을 통해서 배기압을 이용해 강제로 공기를 흡기로 올려보냅니다. 기계적인 압축비는 자연흡기 엔진에 비해서 낮지만 실 압축비가 높습니다. 실제로 들어가는 공기량이 더 많다는 의미입니다. 압축비가 높아서 실제로 들어가는 공기가 많으면 그만큼 태울 수 있는 연료가 많아지므로 폭발력이 강해지고 힘이 강해집니다. 힘이 강해지니까 토크가 1이 아니라 2로 강해지는 것입니다.
여기에 가솔린 엔진의 빨리 타고 빨리 비우는 특징, 즉 RPM을 높게 갈 수 있는 장점까지 겹쳐지니 출력이 전반적으로 상승하게 됩니다. 그래서 최근 나오는 가솔린 엔진은 보통 1,500rpm에서 5,000rpm까지 최고 토크가 아주 균일하게 넓게 발휘되는 것이 특징입니다. 이러한 다운사이징 과급 엔진을 이용한 기술은 가솔린 엔진을 디젤 엔진처럼 토크를 높이면서도 회전수의 장점을 같이 가져가서 출력을 더 높이는 효율적인 방식입니다. 이는 자동차 선택에 있어 중요한 시사점을 제공합니다. 단순히 토크나 마력의 수치만 높은 것을 선택하기보다는, 자신이 차를 어떻게 활용할 것인지에 따라 적합한 엔진 특성을 가진 차량을 선택하는 것이 훨씬 합리적입니다.
토크와 출력의 개념을 정확히 인지한다면 자신에게 잘 맞는 차량이 무엇이고 어떻게 활용해야 하는지 더욱 명확해집니다. 디젤은 저회전 고토크로 실용성이 뛰어나고, 가솔린 터보는 전 영역에서 균형 잡힌 성능을 제공합니다. 수치가 높다고 무조건 좋은 차가 아니라, 자신의 주행 패턴과 용도에 맞는 차량을 선택하여 잘 관리하는 것이야말로 진정한 합리적 선택입니다.
[출처]
영상 제목/채널명: https://youtu.be/X8e-RBv3I4U?si=2eBAIcGwbwj7PFKk 선택한다면, 차량 만족도와 안전성 모두를 높일 수 있을 것입니다.