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億대 차량의 알 듯 모를 듯 한 ‘엔진 제원’
무조건 숫자만 크면 장땡? ‘글쎄요’
보어×스트로크부터 배기량과 과급기까지
제원표에 담긴 그 의미, 알아야 免墻하지!

상용차 브랜드의 아시아 최대 수입국으로 떠오른 한국은 볼보트럭, 다임러트럭, 만트럭, 스카니아, 이베코 등 유럽 5개사 외에도 중국과 일본 브랜드들까지 대거 진출하며, 각축전을 벌이는 양상이다. 이들 브랜드들은 점유율 확대와 기술력 과시를 위해 해마다 다양한 신모델을 선보이고 있다.

하지만, 런칭 행사에 참여하는 고객은 일부일 뿐. 대부분 카탈로그와 영업사원의 설명으로 제품 소개가 이뤄지고 있는 실정이다.

그만큼 차량 구매에 있어 카탈로그의 역할이 중요하지만 억대를 호가하는 차량의 마력, 토크 외에도 보어, 스트로크, 터보차저 등의 다양한 엔진 제원을 보고, 이 수치가 얼마나 의미가 있는지 가늠하기 어려울 수 있다. 엔진 제원에서 나오는 숫자와 다양한 표기들이 무엇을 뜻하는지, 이해하기 어려운 부분들이 있기 때문이다.

적재중량의 지표 ‘배기량’

배기량은 통상적으로 차량의 급을 말해주지만, 화물차의 경우 적재중량의 지표가 되기도 한다.

배기량에 대해 쉽게 풀어보면, 각 실린더의 ‘용량×기통수’가 공기와 연료를 흡입하는 양을 의미한다고 보면 된다.

일반적으로 배기량이 클수록 엔진은 고출력을 뽑아내기 유리하다. 가령 300마력대로 출력이 동일한 엔진일지라도 배기량이 높을수록, 고 회전수(rpm)에 따른 엔진 스트레스가 적고 일정한 출력을 발휘할 수 있다.

일반적으로 4.5톤 이상의 중형은 6~7ℓ급 엔진이, 8~15톤의 준대형에서는 10~11ℓ급이, 15~27톤의 대형에서는 13ℓ급 이상의 엔진이 장착된다.

다만, 최근 강화되는 환경규제와 함께 엔진, 변속기, 조향장치, 제동장치, 현가장치 등의 기계장치를 컴퓨터로 제어하는 ECU(전자제어장치) 업그레이드, 과급기 등 배기량의 한계를 넘어 출력을 높일 수 있는 기술이 발달하면서, ‘배기량=출력’이라는 공식은 과거에 비해 희석됐다.

배기량을 결정짓는 ‘보어×스트로크’

배기량은 실린더의 용량에 따라 결정되는데, 이 실린더의 용량을 나타내는 척도가 ‘보어’와 ‘스트로크’다.

실린더 내부 지름을 보어, 피스톤의 상하 이동 거리를 스트로크라 하며, 이 두 가지 제원만 알고 있다면, 실린더의 용량과 배기량을 쉽게 알 수 있다.

배기량(cc)을 구하는 공식은 ‘보어(mm)²×3.14(π)×스트로크(mm)×실린더 개수(기통) / 4’ 이다.

예를 들면, 현대차 마이티에 장착된 F-엔진은 4기통으로 보어와 스트로크의 크기는 103mm×118mm다. 이를 배기량 공식을 대입해보면, 3,930cc로 3.9ℓ의 배기량을 가진 것을 쉽게 알 수 있다.

이렇게 보어와 스트로크는 직접적으로 배기량 크기를 결정짓는다. 몇몇 브랜드들은 동일한 엔진에 실린더 용량을 조절해 다양한 배기량을 만들어 내고 있다. 다만, 배기량과 출력을 높이기 위해 단순히 실린더 용량만 무작정 늘릴 수는 없다.

실린더 용량이 커질수록 실린더 내부의 폭발력이 커져, 소음과 진동이 커질 뿐만 아니라 내구성에도 영향을 미치기 때문이다.

이에 따라 브랜드들은 한 개의 실린더가 엔진 내구성에 상관없이 최고의 폭발을 낼 수 있는 크기까지 임계점을 정하고 이 밑으로 실린더의 개수를 추가해 배기량을 늘린다. 이것이 바로 ‘기통’이다.

고른 출력의 상징 ‘기통’

실린더의 개수를 ‘기통’이라고 부른다.

화물차의 경우 I4(직렬 4기통), I5(직렬 5기통), I6(직렬 6기통), V8(병렬 8기통)이 일반적으로 사용되는데, 기통은 배기량을 늘림과 동시에 엔진의 출력을 높여주는 효과도 있다.

기통을 구성하는 실린더의 상하 운동은 크랭크축이 담당하는데, 이 크랭크축이 720도(360도×2회전)를 회전하면, 1개의 실린더를 기준으로 1회 폭발이 발생한다.

이를 폭발행정이라고 한다. 4기통의 경우 크랭크축이 720도 회전하는 동안 4회, 6기통은 6회, 8기통은 8회의 폭발행정이 발생한다.

즉, 배기량이 크고 기통수가 많을수록 크랭크축이 회전하는 동안 더 많은 폭발이 이뤄져 출력과 토크가 회전수(rpm) 고저 차에도 불안정하지 않고 고르게 유지될 뿐만 아니라 각 실린더의 용량을 줄일 수 있어 진동이나 소음 측면에서도 유리하다.

반대로, 배기량은 작지만 기통수가 많다면, 실린더 용량이 작아 원하는 만큼의 출력을 발휘할 수 없다.

배기량에 따른 적정 기통수를 맞추는 것이 명품 엔진의 척도로 평가받는 이유다. 일반적인 화물차의 경우 배기량 5ℓ급 이하는 직렬 4기통을, 그 이상의 배기량에 대해서는 직렬 6기통 또는 병렬 8기통을 사용하고 있다.

상관관계, ‘출력·토크·회전수’

차량의 제원표를 보면, 출력(ps)과 토크(kg·m)가 가장 먼저 눈에 띈다. 차량의 심장인 엔진 성능을 가장 간단히 보여줄 수 있는 지표이기 때문이다.

토크는 엔진이 가진 회전력을 뜻하는데, 회전력이 높을수록 구동력 또한 좋아진다. 즉, 토크가 높다면 순간적으로 끌어내는 힘이 높아 초기 가속과 등판력이 우수하다. 그렇기에 화물차에서 가장 중요시되는 부분이기도 하다.

출력은 엔진이 가진 힘을 말하며, rpm과 토크에 비례한다. 즉, 차량을 움직이는 힘이다. 일반적으로 토크가 커질수록 출력도 같이 높아지며, 높아진 출력만큼 최고속도 또한 올라간다.

쉽게 풀어보면, 저속 저회전수에서는 토크가 차량을 견인한다면, 고속 고회전수에서는 출력이 차량을 이끌어 간다고 생각하면 된다.

이 같은 원리로 대부분의 브랜드들은 엔진 출력과 토크 옆에 ps/rpm, kg·m/rpm 등의 회전수를 표기한다.

예를 들어, 8ℓ급 배기량을 가진 엔진의 제원이 최고출력은 280ps/2,200 rpm, 최대토크는 110kg·m/1,000~ 1,700rpm으로 가정해보자.

이 엔진은 1,000~1,700rpm 구간에서 사다리꼴 형태의 최대토크 곡선을 그리고 있는데, 이 구간 안에서는 언제든 엔진이 발휘할 수 있는 최대의 등판력을 얻을 수 있다. 여기서 엔진 회전수를 더 올린다면, 최대토크는 오히려 떨어지지만, 2,200rpm까지 최대 280마력의 출력을 발휘해 최고속까지 끌어올려 유지할 수 있으며, 이 이상의 회전수를 올려도 더 이상 가속이 의미가 없다는 것을 말한다. 다만, 5톤이 넘는 화물차의 제한속도는 90㎞/h로 제한되어 있다.

종합해보면, 낮은 회전수부터 고 회전수까지 최대 토크가 일정하게 유지되는 것이 화물차에 좋은 엔진이라고 볼 수 있다.

출력의 마법 ‘터보차저’

차량의 출력을 결정짓는데, 앞서 말한 배기량이 일종의 폐활량을 담당한다고 치면, 슈퍼차저, 터보차저 등의 과급기는 스테로이드로 폐활량의 한계치를 넘어 출력을 향상시켜주는 장치다.

과급기는 엔진의 출력을 높이기 위해 실린더 내부로 공기를 집어넣는 기계를 말하는데, 화물차에는 연료가 연소된 후 발생되는 배기가스의 흐름에너지를 이용하는 터보차저가 주로 장착되며, 방식에 따라 ‘WGT(Waste Gate Turbo-charger)’와 ‘VGT (Variable Geometry Turbo-charger)’ 로 구분할 수 있다.

WGT 방식은 엔진에서 발생된 배기가스를 고정식 유로를 통하여 터빈 휠에 공급해 출력을 올려준다. 고정식 유로를 사용하는 만큼, 특정 속도구간에서 최대의 효율을 발휘하는데, 주로 저·중속 영역에 높은 효율을 보여준다.

또한, 구조가 간단하고 저렴해, 주로 준중형과 중형 트럭에 적용되고 있다.

VGT 방식은 WGT 방식의 진화된 터보차저로서, 유로의 폭을 ECU의 제어를 통해 자유롭게 조정이 가능해, 다양한 속도에서 최대의 효율을 발휘하는 특징을 가지고 있다. 특히, 저속영역에서 뛰어난 효율을 보여준다.

다만, 제어장치가 복잡하고, 가격이 높아, 대형 트럭에 주로 사용하며, 준중형 트럭은 이스즈의 엘프, 중형 트럭은 볼보트럭의 FL 시리즈가 VGT 방식을 사용하고 있다.

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