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마력과 토크,가속과 최고속도
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작성일
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2007-03-20 10:04:59
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조회수
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1918
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엔진의 성능을 가장 잘 나타내는 수치인 마력과 토크. 하지만 자동차의 주행성 면에서 본다면 얘기가 좀 달라진다. 마력과 토크는 단지 엔진의 성능을 나타내는 것이지 이 두 가지만으로 절대적인 자동차 성능을 말할 수는 없다. 왜냐하면 엔진에서 나온 출력이 바로 타이어에 전달되는 것이 아니라 여러 부분을 거쳐 최종적으로 타이어에 의해 지면으로 전달되는 것이기 때문에 단순히 마력과 토크만으로는 판단할 수 없다. 자동차의 성능에는 많은 변수가 있고 차의 컨디션이나 관리 상태 등에 따라서도 달라지는 것이 자동차이다.
우리가 흔히 얘기하는 마력은 자동차의 출력을 말한다. 출력이 몇 마력이냐를 근거로 자동차의 성능을 논한다. 하지만 자동차에 있어서 최고 출력을 나타내는 단위인 이 마력의 수치는 그 차의 성능에 매우 중요한 부분이긴 하지만 반드시 출력과 성능이 비례하지는 않는다. 오히려 자동차의 가속만을 두고 봤을 때 마력보다 더 중요시되는 것이 토크라는 부분이다.
낮은 회전대에서 최대 토크가 나오는 엔진은 운전자에게 빠른 가속감과 좀더 편안한 운전을 가능하게 해준다. 자동차의 가속과 최고속도에 영향을 미치는 요인은 비단 마력과 토크만은 물론 아니다. 트랜스미션의 기어비, 최종감속비, 공기 저항, 엔진의 형식, 토크 곡선, 차량의 무게와 굴림 방식 등의 많은 변수가 있다.
1마력은 75kg의 무게를 1초 동안에 1m의 높이로 끌어올리는 힘을 말하며, 1ps=75kgm/sec 이다. 터뷸런스 타입 R의 예를 들어 153ps / 6000rpm이라고 할 때 엔진이 매분마다 6000번 회전할 때 11.4톤의 무게를 1m 높이로 끌어올리는 힘이라 할 수 있다. 마력은 엔진이 단위시간당 할 수 있는 일의 양을 말한다.
자동차는 출발할 때와 급가속 시에 가장 큰 힘을 필요로 하기 때문에 회전수를 높이 올려야 발휘되는 최고 마력보다는 토크가 더 중요하다 할 수 있을 것이다.
토크는 엔진의 힘을 나타내는 것으로 kg·m/rpm으로 표시한다. 역시 타입 R의 경우 19.5kg·m / 4800rpm이라면 엔진이 1분당 4000회전하면서 각 연소실의 폭발 과정에서 피스톤에 연결된 커넥팅 로드에 19.5kg의 힘이 가해진다고 할 수 있다. 토크는 이해하기 쉽게 “力”이라고 말할 수 있으며 이 힘이 휠과 타이어에 크게 전달되면 자동차는 가속력이 좋아져 앞으로 달려나가게 된다.
보통 초기 가속 성능을 얘기할 때 정지에서 100km에 도달할 때까지의 시간과 400m 도달 시간을 얘기한다. 이런 단거리에서의 가속은 낮은 회전대에서 높은 토크가 나오며, 최대 토크가 나오는 회전대까지 수평적인 출력 곡선을 가지는 엔진이 뛰어난 가속력을 보이며 달려나간다. 물론 정지에서 최고속도까지의 전체적인 성능에 있어서는 여러가지 요인이 작용하기 때문에 어떤 형식의 엔진 특성이 절대적으로 좋다고는 말할 수 없다.
몇가지의 예를 들면 혼다의 근작인 S2000의 경우에는 전형적인 고회전형 엔진이다. 혼다 고유의 VTEC 엔진 기술이 유감없이 발휘된 모델이다. S2000의 경우에 양산 엔진으로는 보기 드문 8,300rpm에서 250마력이라는 최고 출력이 나오는데, 최대 토크 역시 7,500rpm이라는 높은 회전수에서 22.2kg·m의 토크를 낸다. 따라서 항상 높은 회전수를 유지하면서 달려야 250마력이라는 수치에 걸맞는 성능을 끌어낼 수 있다. S2000의 제로백과 400m가속은 각각 6.0초와 14.0초로서 자연흡기 4기통 2리터급 엔진으로서는 대단히 훌륭한 수치이다. 오직 달리는 것에만 초점을 둬서 세팅된 우리나라 드래그레이스 참가 차량들의 기록이 12초 후반대에서 13초대인걸 감안하면(우리 나라의 드래그레이스 거리는 350m로 열린다) 대단히 우수한 기록이다.
페라리 F355와 C5 코베트로 또 하나의 예를 들어보겠다. F355와 C5 코베트의 제로백과 400m 기록을 보면 각각 4.8초와 13.3초로 코베트는 최고 출력과 중량의 열세에도 불구하고 기록이 같다. 이는 코베트의 대배기량 구식 OHV 엔진에서 비롯된 상대적으로 높은 토크에 있다. F355는 8,250rpm에서 380마력과 6,000rpm에서 37.1kg·m의 토크를, 코베트는 5,600rpm에서 345마력과 4,400rpm에서 48.4kg·m의 토크를 낸다.
이렇게 두 차의 최대 마력과 토크가 나오는 회전대를 보면 가속력의 차이가 나지 않음을 알 수 있을 것이다. 코베트는 페라리보다 훨씬 낮은 회전대에서 10.0kg·m 이상의 높은 토크를 내기 때문에 같은 기록을 낼 수 있었다. 하지만 고속으로 갈수록 고회전에 강한 엔진 구조를 가진 페라리가 코베트보다 유리하다.
제원표상에 나타나는 최고속도도 테스트 당일 날의 날씨에 따라서도 많이 달라진다. 고속으로 갈수록 자동차가 받는 공기 저항은 점점 커져서, 속도가 두 배가 되면 공기 저항은 네 배로 커지기 때문에 속도가 높아질수록 자동차의 출력 부족보다는 오히려 공기 저항이 더욱 더 고속으로 달리려는 자동차에 있어서 가장 큰 저항으로 작용하기 때문에 엔진의 출력을 높이는 일 못지 않게 고속에서의 공기저항을 줄이는 일도 메이커와 튜너들의 숙제다.
정지해 있는 자동차를 발진시키기 위해서는 강한 토크가 필요하다. 이 힘은 당연한 얘기지만 자동차의 무게가 가벼울수록 강하게 작용한다. 자동차의 무게를 줄이는 일은 전 세계 완성차 메이커가 당면한 가장 큰 숙제중의 하나로서 꼭 연비 측면이 아니더라도 여러모로 이로운 점이 많다. 자동차가 가벼우면 그만큼 순발력이 뛰어나고 가속 성능이 좋아지게 된다. 자동차의 성능을 나타내는 제원표에는 별도로 마력당 무게비의 수치까지 올리는 경우도 있다.
자동차의 운동성능을 한눈에 알 수 있는 수치로는 이 마력당 무게비를 들 수 있는데, 이 수치는 1마력이 감당하는 무게를 나타내는 것으로서 이 수치가 낮을수록 높은 운동성능을 발휘한다. 보통 마력당 무게비가 6.0:1(kg/ps) 이하면 고성능 자동차라 할 수 있는데, 국내의 티뷰론의 경우를 보면 모델에 따라 차이는 있지만 8.0:1 전후이며 최고의 성능을 발휘하는 F1 머신은 1.0:1 이내의 수치를 자랑한다. 때문에 애써 출력을 올리지 않더라도 차량의 무게를 줄이는 것만으로도 고성능을 얻을 수 있다.
그 대표적인 메이커가 엘란의 원래 주인인 영국의 로터스다. 로터스는 창립 때부터 ‘무게를 줄여 성능을 높인다’를 모토로 작고 가벼우면서도 빠른 차를 생산해 왔다. 로터스의 96년 모델인 엘리제는 수치만으로 보자면 주목할 만한 부분이 없는 평범한 엔진을 얹고 있다. 1.8리터의 소배기량에 걸맞는(?) 5500rpm에서 118마력을, 3000rpm에서 17.1kg·m의 토크를 낼뿐이다. 하지만 엘리제의 성능은 평범치 않아서 정지에서 100km가속이 메이커 발표치로 5.9초이다.
250마력의 S2000이 6.0초인걸 감안하면 대단히 좋은 기록이다. 엘리제는 공차 중량이 티코보다도 가벼운 590kg의 초경량차체이고 혼다의 S2000은 엘리제의 두배가 넘는 1,250kg이다. 이 중량의 차이가 엘리제로 하여금 빠른 달리기를 가능케 한다. 반면 토크 중심의 엔진 세팅과 가속 중시의 기어비, 처음부터 로드스터로 제작된 엘리제의 최고속도는 공기저항 때문에 200km/h를 간신히 넘는 수준이다. 이처럼 엘리제의 경우는 자동차의 중량이 성능에 영향을 미치는 대표적인 경우라 할 것이다.
■ 주요 스포츠카들의 마력당 무게비
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터뷸런스 TYPE-R
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7.84:1
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로터스 엘리제
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5.84:1
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스카이라인 GT-R(R34)
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5.5:1
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혼다 S2000
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5.0:1
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BMW M3(E36)
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4.78:1
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마쓰다 RX-7(fd3s)
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4.57:1
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포르쉐 911 TURBO (996)
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3.66:1
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바이퍼 GTS
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3.44:1
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페라리 360 모데나
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3.22:1
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맥라렌 F1
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1.81:1
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F1 머신
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1.0:1 이하
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