마력, 토크, 변속기 - 자동차 용어

자동차 기사를 보면 디자인이 멋지고 새롭다는 것은 눈에 보입니다. 아름다운 모델과 함께 사진이 나와 있으니 말이죠. 그런데 엔진이 몇 마력이고 토크가 어쩌고, 게다가 변속기는 여러 가지가 있어서 도대체 무슨 이야기인지 궁금합니다. 자동차는 1만 개의 부품이 모여서 움직이는 복잡한 기계입니다. 이것을 이해하려면, 적어도 자동차 광고지에 내용을 알아들으려면 몇 가지 용어를 알아두는 것이 필요합니다. 엔진과 성능에 관련된 몇 가지 용어를 설명해봅니다. 마력은 말이 뛰는 힘? 얼마 전 출시된 고급 세단은 3.0ℓ 엔진으로 270마력의 힘을 낸다고 합니다. 그보다 조금 전에 출시된 경차는 1.0ℓ 엔진으로 82마력이라고 합니다. 그렇다면 엔진이 말 270마리, 82마리의 힘을 낸다는 것일까요.

왓트 증기기관 - 증기기관이 개발되자 출력을 측정하기 위해 말 1마리의 힘인 마력이 탄생했다. 1765년 당시 말 한마리의 힘을 기준으로 사용했다. / <출처 : Nicolás Pérez at en. Wikipedia.org>

1마력이 말 한 마리의 힘은 맞습니다. 다만 몇 가지 조건이 있습니다. 마력은 영국에서 처음 생겼습니다. 제임스 와트의 증기기관 성능을 재기 위해 일관된 측정치가 필요해서 생긴 것입니다. 그래서 1마력은 ‘1765년 영국산 말 한 마리의 힘’이라고 정의했습니다. 하지만 마력의 기준으로 미터법을 쓰는 곳과 야드-파운드법을 쓰는 곳에 따라 조금씩 달라 ‘국제단위계’의 도량형인 ‘W(와트)’를 사용하기도 합니다. 야드-파운드법을 사용하는 영국에서 1마력(HP)은 약 745.7W, 미터법을 사용하는 프랑스 등 국가에서는 1마력(PS)이 735.5W가 됩니다. W를 사용하는 것이 좀 더 표준에 가깝지만 자동차 업계에서는 쉬운 비교를 위해 마력을 많이 사용하고 있습니다. 자동차가 270마력이라고 해서 270마리의 말을 줄로 묶어 자동차와 줄다리기를 할 수 있는 것은 아닙니다. 마력 수치는 엔진에서 나오는 것이고 엔진 동력이 100% 바퀴로 전달돼 차가 움직이는 것은 아니기 때문입니다. 그래서 자동차 튜닝을 하는 사람들은 엔진이 축을 돌리는 힘을 ‘엔진마력’, 바퀴까지 전달된 힘을 ‘휠 마력’이라고 부르기도 합니다. 자동차에서는 엔진의 힘을 ‘최대출력 270ps, 6,500rpm’로 표기 합니다. 이를 해석하면 앞서 설명한 미터법 기준의 270마력이 엔진에서 나오는데 엔진회전수 6,500rpm에서 그 힘이 나온다는 것입니다. 최고의 힘은 엔진이 분당 6,500번 회전할 때 나온다는 뜻입니다.

마력과 토크는 다른 것?

마력은 ‘말의 힘’이라고 이해하면 대강 이해되는 것 같은데 자동차 기사에는 ‘최대토크 38.8㎏·m, 1,750~3,000rpm’같은 힘이 또 나옵니다. 마력과 똑같이 해설하면 분당 1,750~3,000번 엔진이 회전할 때 반지름 1미터짜리 물레방아를 38.8㎏의 힘으로 돌리는 것을 말합니다. 쉽게 말해 물레방아라는 표현을 썼는데 자동차에서는 동력축을 회전시키는 힘을 말합니다. 마력과 토크를 좀 더 세분화해서 비교하면 마력은 시간당 일을 할 수 있는 능력이고 토크는 차축을 돌리는 힘입니다. 따라서 토크가 높은 디젤차의 힘이 강하게 느껴지는 것입니다. 마력과 토크가 무엇인지 알았으면 차를 이해하기 쉬워집니다. 마력이 높더라도 그 힘이 나오는 엔진 회전수가 2,000~3,000rpm처럼 평소 사용하는 구간이면 효율적이지만 엔진 회전수가 6,000~7,000rpm처럼 높으면 높은 마력의 의미가 퇴색합니다. 또 토크가 높으면 최고속에 도달하는 시간이 빠릅니다.

토크는 막대 기둥을 돌리는 힘이다. 자동차에서는 동력이 엔진 축으로 전달되는 힘을 말한다. 토크가 높으면 무거운 짐을 싣고도 달릴 수 있고 가속성능도 좋다. 디젤 자동차는 토크가 높아서 화물용에 쓰이고 있다.

하지만 마력과 토크만으로 차를 평가할 수는 없습니다. 이론적으로는 마력과 토크의 수치가 자동차에 중요한 요소지만 차의 무게, 중량배분, 부품의 성능 등 다양한 고려요소가 작용하기 때문입니다.

“듀얼 클러치 변속기”는 무엇인가

CVT변속기 - 무단 자동변속기라 불리는 CVT의 원리를 표현하는 그림이다. 톱니 대신 지속적으로 연결된 체인으로 동력을 전달한다. 다만 두 축 가운데 어느 축이 크게 도느냐에 따라 변속이 결정된다. <출처 : Hapesoft at en. Wikipedia.org>

차를 살펴볼 때 엔진 말고도 중요하게 살펴보는 게 있습니다. 바로 변속기인데 연비에 중요한 영향을 미칠 뿐 아니라 자동차 성능에도 큰 역할을 하기 때문입니다. 최근에는 자동/수동의 두 가지 변속기에서 다양한 변형을 한 변속기들이 나타났습니다. 변속기는 엔진의 회전을 바퀴로 전달하는 중간에 있습니다. 엔진 회전수를 어떤 비율로 바퀴에 전달하는지 결정하는 것입니다. 따라서 가장 간단한 수동 변속기는 1단부터 5단 혹은 6단까지 톱니바퀴의 크기에 따라 회전수를 변화시킵니다. 자동변속기는 기어 변경을 자동으로 합니다. 엔진 회전수와 차의 속도를 고려해 톱니바퀴를 바꿔 붙여줍니다. 하지만 충격 없이 떼고 붙이기 위해 ‘토크컨버터’라는 장치를 씁니다. 1분에 수천 번 회전하는 톱니가 한 번에 딱 맞아 들어가기 힘들기 때문입니다. 수동변속기에는 클러치를 밟아 이 역할을 하는데 자동변속기는 다른 원리를 사용합니다. 선풍기 두 대를 마주 놓고 한 대만 틀면 다른 선풍기는 바람을 받아 회전합니다. 똑같은 원리로 엔진과 바퀴 사이에 유체로 된 동력 전달 시스템을 사용합니다. 그래서 변속이 원활하게 되는 것입니다. 반면 동력 전달 효율이 떨어져 연비가 나빠집니다.

그래서 자동변속기는 연비와 편리성을 동시에 만족시키는 것이 목표였습니다. 최근에 연비 좋은 차에 사용되는 몇 가지 방식이 있는데 대표적인 것이 ‘듀얼클러치’방식입니다. 기어가 2단에 들어가 있을 때 1단과 3단이 동시에 준비를 하고 있다가 연결되는 방식입니다. 폭스바겐의 DSG, 포르쉐의 PDK가 듀얼클러치 방식입니다. 국내에서는 현대차도 출시를 앞두고 있으며 최근 가장 각광받는 변속기 형태입니다. 또 다른 자동변속기로 CVT라 불리는 무단 변속기도 있습니다. 연료 효율은 좋지만 순간 가속력이 떨어집니다. 이외에도 스마트나 푸조의 일부 차종에 사용되는 건식 변속기도 있습니다. 토크컨버터가 없어서 변속 충격은 다소 있지만 높은 연비가 특징입니다.