자동차를 구입하거나 성능을 비교할 때 가장 많이 확인하는 대표적인 지수가 바로 마력과 토크 그리고 제로백입니다.
이 번 글에서는 자동차의 마력, 토크, 제로백에 대해 더 이상의 궁금한 점이 없을 정도로 자세히 알아보도록 하겠습니다. 자동차 용어 완전 정복!
마력 (Horse Power)
본래 마력(Horse Power, HP)은 말을 동력원으로 사용하던 시절에 사용하던 일률을 나타내는 영국식 용어였습니다.
'힘'의 단위로 오해하는 경우도 많은데 말 한 마리가 1분 동안에 할 수 있었던 일을 기준으로 정의한 일률 즉 단위 시간당 에너지입니다. 주로 전기차의 모터 파워를 나타내는 단위로 환산하면 1 HP는 약 746 와트(W)가 됩니다.
미터법 상의 마력(Pferdestärke, PS)은 75kg의 물체를 초속 1m의 속도로 움직일 수 있는 동력의 양을 말하고 독일 방식이며 전기차의 모터 파워를 나타내는 단위로 환산하면 약 1 PS는 736 와트(W)가 됩니다.
특별한 경우가 아니라면 대부분의 경우에 PS 마력을 사용합니다. 그렇다면 자동차 성능을 이야기할 때 마력이 가장 먼저 나오는 이유는 무엇일까요?
바로 자동차의 고유 기능인 '달리기' 성능을 기본적으로 결정하는 엔진의 출력을 나타내기 때문입니다.
물론 그 과정에서 마찰이나 효율 문제로 인해 동력에 손실이 발생하게 됩니다.
엔진의 마력이 높으면 단위 시간 동안에 상대적으로 높은 에너지를 제공하므로 중량이 무거운 차량도 빠른 속도로 달릴 수 있도록 변속기를 통해 큰 동력을 바퀴에 전달해 줍니다.
배기량과 압축비
엔진의 배기량이 클수록 많은 연료가 엔진 내부에서 폭발할 수 있으므로 자동차의 마력은 증가하는데 보통 엔진 실린더 수를 나타내는 기통 수가 클수록 배기량이 증가하며 적게는 2 기통에서 많게는 12 기통 이상까지 다양합니다.
또한 같은 배기량일 경우 압축비가 높거나 고회전이 가능한 엔진일수록 더 큰 마력을 갖습니다.
압축비는 엔진의 피스톤이 실린더의 상사점에 있을 때 만들어지는 연소실 체적을, 하사점에서의 실린더 전체 체적으로 나누어 계산하는 비율로 이 값이 높을수록 폭발력이 증가합니다.
추가로 압축된 공기를 엔진에 주입하면 실압축비는 더욱 증가하게 되는데 터보 차저나 슈퍼 차저 엔진이 더욱 큰 마력을 발휘하는 이유가 바로 여기에 있습니다.
디젤 엔진은 가솔린 엔진보다 압축비가 높고 폭발력도 강해서 동일 기준으로 비교하면 더 높은 마력을 가질 것으로 생각되지만 실제로 고회전이 불가능하여 최대 마력은 가솔린 엔진이 상대적으로 높습니다.
그러나 바로 뒤에 이어서 얘기할 토크는 디젤 엔진이 월등하게 높습니다.
토크 (Torque)
토크는 자동차뿐만 아니라 다른 회전운동을 하는 기계장치에서도 매우 중요한 역학적인 측정값으로 회전력을 의미합니다.
자동차도 엔진 내부의 폭발로 직선으로 움직이는 피스톤에 의해 크랭크축이 회전하는 힘이 변속기를 통해 바퀴 축을 회전시키는 것이므로 회전력인 토크가 매우 중요한 것입니다.
보통 단위는 kgf·m 또는 줄여서 kg·m로 나타내는데 1 kg·m는 회전축에 수직으로 1 m 길이의 지렛대를 달고 끝에 1 kg의 무게추를 달았을 때 축에 가해지는 회전력으로 정의합니다.
미터법으로는 무게에 중력가속도 g를 곱하여 1 kgf·m = 9.8 N·m가 됩니다. 따라서 만약 40 kg·m의 토크를 갖는 자동차가 있다면 미터법으로는 약 392 N·m 값으로 환산됩니다.
디젤 엔진의 압축비와 폭발력이 상대적으로 높아 동급 가솔린 엔진 보다 매우 큰 토크 성능을 나타냅니다.
특히 엔진의 회전 속도가 낮을 때 즉 차량의 속도가 낮을 때에도 회전력인 토크가 높기 때문에 일반 승용차나 SUV 차량뿐만 아니라 크고 무거운 화물차나 대형차에도 디젤 엔진이 사용되는 것입니다.
하지만 디젤 엔진은 압축비와 폭발력이 과도하게 커서 가솔린 엔진에서와 같은 고회전을 견디지 못하기 때문에 마력은 상대적으로 낮은 것입니다.
이것은 최대 마력이 최대 토크에 최대 각속도를 곱해서 구할 수 있고 각속도가 회전 속도에 비례하므로 쉽게 이해할 수 있습니다.
제로백
제로백은 자동차가 정지 상태에서 시속 100 km(또는 시속 60마일)의 속도에 도달하기까지 걸리는 시간을 초로 나타낸 가속 성능 지수입니다.
대략 제로백이 7초 전후인 차량들의 경우에 그 시점까지의 이동거리가 '백'미터 정도인 것도 매우 신기합니다.
일반적인 승용차들이 10초 전후의 제로백 성능을 보이지만 3초대를 주파하는 슈퍼카들도 있습니다.
제로백은 정지 상태에서 시작되기 때문에 초기에 바닥을 치고 나가는 회전력인 토크가 높아야 하며 속도가 어느 정도 붙은 이후에도 강력한 동력을 빠르게 제공해야 하므로 마력도 높아야 합니다.
또한 차량이 무거울수록 계속 정지해 있으려는 관성이고 크고 같은 힘으로 가속할 때의 속도가 상대적으로 낮으므로 높은 제로백 성능을 위해서는 차량의 무게를 최소화해야 하며 슈퍼카나 스포츠카에 알루미늄 합금이나 탄소 섬유가 사용되는 이유가 바로 이 때문입니다.
그 밖에 자동차의 토크가 충분하다면 휠 크기가 클수록 회전력이 증가하므로 제로백 지수에 유리하며 최종적으로 타이어의 노면 접지력이 좋아야 미끄러짐에 의한 동력 손실이 발생하지 않으므로 제로백이 향상됩니다.
