차를 구매하기 전 스펙 보는 방법 2편 (엔진, 출력, 토크, 미션)

운동선수들을 볼 때 피치컬이 좋고 겉보기에 강해 보여도 실력은 떨어지는 사람이 있는가 하면 체격조건보다 운동능력이 월등히 앞서고 센스가 좋아 국제무대에서도 활약하는 선수가 있습니다. 그런데 운동선수의 능력은 활약하는 경기를 보는 것 외에 정밀신체검사, 체력측정을 거치지 않으면 선수가 가진 가치를 알아보기 힘듭니다. 그러나 자동차는 늘 제조사가 제원을 공개하므로 차가 가진 성능을 알아볼 수 있습니다. 기계공학 영역으로 들어가지 않더라도 제조사가 공개한 수치로 차가 가진 기본능력을 알아볼 수 있습니다.

가장 중요한 수치는 무엇일까요? 주행과 관련된 수치들입니다. 그것은 엔진 성능과 기어작동방식으로 우리가 유추해 낼 수 있습니다. 엔진은 사람 몸에 비유하면 심장과 같은 것입니다. 기어는 파워를 전달해주는 혈액과 같은 것으로 사람의 몸이 움직이도록 합니다. 가장 중요한 제원인 엔진과 기어에 대해 알아보겠습니다.

1. 엔진

압축비

엔진은 실린더 내부에서 연료를 압축하고 폭발시켜 힘을 얻는 기관입니다. 실린더 내부를 폭발시켜 피스톤을 움직이는 힘으로 움직입니다. 피스톤은 실린더 내부를 상하로 움직이며 동력을 전달합니다. 이렇게 전달 된 동력은 기어를 통해 바퀴로 연결이 되어 차량이 움직입니다.

여기서 실린더 안의 공기를 압축하는 비율을 ‘압축비’라고 합니다. 압축비가 높으면 어떻게 될까요? 풍선을 불 때 공기가 많을수록 풍선이 팽창합니다. 공기가 많아질수록 풍선 내부의 공기는 점점 압축될 것입니다. 그러다 풍선 재질이 갖는 강도보다 공기의 압축이 높아지면 풍선은 터지게 됩니다. 즉 엔진이 가지고 있는 압축비 수치가 높을수록 엔진의 힘도 강력해집니다.

그런데 가솔린보다 디젤엔진은 압축비가 1.5~2배 정도 높습니다. 가솔린기관의 압축비가 너무 올라가면 노킹 현상(실린더 내의 이상연소에 의한 소음 발생, 출력저하 및 연비감소로 이어짐)이 발생하기 때문에 11:1 이상의 압축비를 초과하지 않습니다. 반면 디젤은 구조적으로 노킹 현상이 일어날 수 없으므로 22:1의 높은 압축비를 가질 수 있습니다. 그러므로 디젤엔진은 연비도 좋습니다.

보어와 스트로크

실린더 단면의 지름을 ‘보어’라고 합니다. 그리고 피스톤이 실린더 내부에서 가장 높이 올라간 지점부터 가장 낮은 지점까지의 거리를 ‘스트로크’라고 합니다. 이것은 차량을 구동하는 엔진의 특성을 결정짓는 가장 중요한 요소입니다.

롱스트로크 엔진

보어보다 스트로크가 긴 엔진입니다. 외형상으로는 캔 음료와 같습니다. 스트로크가 길어 피스톤의 이동량이 많고 그만큼 압축과 폭발력이 커서 큰 힘을 얻을 수 있습니다. 이런 특징이 있는 만큼 디젤엔진과 궁합이 좋습니다. 대부분 디젤엔진은 롱스트로크 방식으로 되어 있습니다. 또한, 많은 힘이 있어야 하는 SUV 모델이나 디젤 세단은 대부분 롱스트로크 방식입니다. 이 엔진은 압축비가 높아 폭발력이 크므로 소음과 진동이 큽니다. 그래서 디젤엔진은 소음과 진동을 줄이는 장치를 추가로 장착합니다.

쇼트 스트로크 엔진

스트로크가 보어보다 크기 때문에 외형적으로는 참치통조림 같은 모양입니다. 스트로크 거리가 짧아 엔진회전수를 올리는 데 빠르고 속도 조절에 용이합니다. 경주용 차량, 모터바이크에 적합한 엔진입니다. 스포츠카들은 대부분 쇼트 스트로크 엔진을 장착하고 있습니다. 엔진회전수를 극단적으로 올리기 때문에 쇼트 스트로크 엔진의 차량은 엔진 고장이 잦은 편입니다. 특히 F1처럼 극단적인 레이싱에 출전하는 자동차들은 엔진도 소모품처럼 자주 교환을 합니다. 디젤보단 가솔린 차량에 쇼트 스트로크 엔진이 탑재되는 편입니다.

 

스퀘어 엔진

보어와 스트로크가 같으면 정사각형 원통 모양이 될 것입니다. 이 엔진을 스퀘어 엔진(정사각형을 의미함)이라고 부릅니다. 롱스트로크와 쇼트 스트로크의 중간 형태입니다. 일반적인 휘발유 엔진 차량은 스퀘어 엔진을 탑재하고 있습니다. 쇼트 스트로크를 쓰기엔 부담되고 롱스트로크를 쓰기엔 높은 압축을 하기가 어려우므로 그 절충인 스퀘어 엔진이 탑재되는 것입니다.

최고출력, 최대토크

엔진이 가진 힘을 나타내는 것은 출력(PS)과 토크(kg.m)로 나타냅니다. 이 둘은 같은 것 같으나 차이점이 있으므로 별도로 표기를 해야 합니다.
출력이 높을수록 최고 속도가 올라갑니다. 엔진이 최대의 힘을 낼 수 있는 수치인데 보통 출력 옆에 엔진 회전수(rpm)를 표시합니다.
토크는 실린더에서 피스톤이 움직이는 힘입니다. 즉 순간적으로 엔진이 발휘하는 힘으로 가속 성능과 연비효율에 미치는 영향력입니다.

아우디 A6의 가솔린 모델은
최고출력이 252/5000~6000ps/rpm, 최대토크는 37.7/1600~4,500kg.m/rpm입니다.

이것을 해석하면 엔진회전수 5000~6000rpm에서 말 252마리가 끄는 힘으로 최고 속도를 낼 수 있으며, 엔진회전수가 1600~4,500rpm일 때 최대 37.7kg.m의 힘을 전달하는 것입니다. 아우디가 가진 37.7km. m의 힘은 시속 100kｍ를 6.3초에 도달하게 만듭니다.

아우디 A6 디젤 모델은 최고출력 231에 최대토크 50.98kg.m입니다. 즉 가솔린보다 토크가 높지만, 출력은 떨어집니다. 그러나 시속 100km 도달 시간은 6.3초로 같습니다.

이처럼 출력과 토크는 서로에게 영향을 줍니다. 어느 한쪽이 높고 어느 한쪽이 낮을 수 있습니다.

배기량

엔진 실린더의 부피를 배기량(CC)으로 표현합니다. 실린더는 연료와 공기가 혼합되는 곳으로 실린더가 클수록 보어와 스트로크가 커지게 됩니다. 그래서 배기량이 높을수록 엔진의 출력과 토크가 올라가게 됩니다. 대신 엔진도 무거워지고 연료 효율도 떨어지게 되면서 연비는 낮아집니다. 우리나라는 배기량으로 세금을 부과하기 때문에 가장 먼저 살펴야 합니다.

2. 변속기 (기어)

엔진이 가진 힘을 바퀴에 전달하는 장치가 변속기입니다. 그런데 힘이 필요한 언덕에서는 힘을 전달해야 하고, 빠른 주행이 필요한 곳에서는 빠른 회전수를 전달해야 할 것입니다. 차가 정지하고 있는 상태에서는 관성이 0이므로 힘이 많이 필요합니다. 이때는 큰 톱니바퀴를 사용하여 힘을 전달합니다. 반면 속도가 100km라면 관성에 의해 차가 앞으로 나가고 있으므로 작은 큰 힘보다는 빠른 회전수가 더욱 필요합니다. 그래서 작은 톱니바퀴를 사용하여 회전을 많이 시켜야 합니다. 변속기는 이것을 조절하는 장치입니다. 10년 전만 해도 수동변속기와 자동변속기가 시중에 양립했으나 지금은 자동변속기가 대부분입니다. 차량에 따라 스포츠 모드로 운전자가 직접 변속을 하도록 하고 있으나 클러치 조작이 없어서 자동변속의 느낌이 강합니다.

변속비

변속비는 엔진과 구동축의 회전수 비율을 뜻합니다. 변속비가 2:1이면 엔진에서 2회전 할 때 바퀴에 연결된 기어가 1회전을 하는 것입니다. 변속비가 커지면 힘이 강합니다. 엔진이 여러번 돌 때 바퀴가 1회전을 하는 것이기 때문입니다. 반대로 변속비가 적으면 고속주행에 유리합니다. 제조사들은 보통 1단에서 7~8, 6단에서 1.5~1.2 정도의 변속비로 세팅을 하고 있습니다. 또한, 승용차는 일반적으로 5단 이상에서 급격히 비율을 낮게 유지하는데 연비효율을 높이기 위한 세팅입니다. (우리나라 도로에서 120km 이상 제한속도를 두는 곳은 없기 때문이기도 합니다.)

듀얼클러치 DCT, DSG

듀얼클러치 미션은 하나의 기어박스 안에 두 개의 변속기를 넣는 방식입니다. 보통 홀수 단의 변속기, 짝수 단의 변속기를 구성하여 변속의 효율을 높게 하며 자동, 수동의 장점을 모두 갖게 하여 연비가 가능하게 합니다. 홀수단, 짝수단은 TCU가 제어하며 변속을 매우 민첩하고 다양하게 하도록 합니다. 그러나 내용이 복잡하고 비용이 비싸다는 단점이 있습니다.

현대자동차가 사용했던 건식 듀얼클러치 (DCT)

듀얼클러치 미션은 DCT, DSG, S Tronic 등 제조사마다 다른 명칭을 부여하기도 합니다. 명칭에 따른 구분보단 습식과 건식을 구분하는 것이 더욱 중요합니다. 건식 듀얼클러치 미션은 현대자동차에서 2010년대 중반까지 사용한 미션으로 우리가 흔히 아는 DCT 미션입니다. 폭스바겐이 주로 사용한 미션은 습식인데, DCT, DSG 등 모델에 따라 탑재된 것이 다릅니다. 건식은 클러치 두 개를 결합한 방식으로 부식 및 마모 위험이 크고 결함 위험이 있습니다. 습식은 두 개의 클러치 사이에 오일을 순환시켜 온도를 낮추고 내구성을 더욱 높였습니다. 최근의 차들은 습식을 주로 장착하고 있습니다. 여기에 제조사들이 회사만의 노하우를 담아 미션 이름을 바꿔서 미션이 엄청 많은 것처럼 보이나 본질이 듀얼클러치라는 것은 같습니다.

 

 

CVT

듀얼클러치는 미션을 세분화하고 역할을 나누는 것에 초점을 맞췄다면 CVT는 기어 역할을 두 개의 풀리를 벨트가 연결하여 엔진의 동력을 전달하는 방식입니다. 풀리는 기어처럼 단으로 있는 것이 아니며 비스듬하게 있으므로 ‘무단 변속기’로 보기도 하고, 연속 가변 변속기라는 이름으로도 불립니다.

우리나라에서는 CVT의 이미지가 좋지 않습니다. 2000년대 CVT를 탑재한 모델들의 성능이 기대 이하였기 때문입니다. 그러나 쉐보레의 말리부는 CVT를 탑재하였는데 쉐보레의 기술력으로 높은 연비와 좋은 가속 성능을 구현해 냈습니다.

완벽하다고 할 수 없지만 말리부에 장착된 CVT는 준수한 성능을 보여주었습니다.

CVT는 변속 충격이 없고 효율이 높지만 큰 출력을 내는 것은 좋지 않습니다. CVT 방식은 엔진효율을 극대화하는 방식이기도 하는데 최근에는 듀얼클러치 방식의 효율이 100%에 근접함에 따라 상대적으로 CVT가 부족해 보이기도 합니다.

그러나 CVT는 듀얼클러치보다 고장률이 낮고 수리비용도 매우 낮습니다. 또한, 미션오일 교체 횟수도 적어 경제적입니다.

 

 

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