터보엔진 연비 높이려면?

주행 중 급가속·급제동 자제해야



  • 캐나다 한국일보 (editor@koreatimes.net) --
  • 11 Jun 2019

뭐니뭐니해도 운전습관 중요 무겁고 불필요한 짐 싣지 말 것


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오늘날 자동차업계에서 다운사이징은 유행이 아닌 필수다.

6기통 엔진은 일부 고급차에서나 볼 수 있을 정도고, 터보차저가 없으면 힘이 부족하다는 느낌이 들 정도로 과급 장치가 대중화됐다.

 

다운사이징은 제조사를 압박하는 각국 환경 규제(특히 EU와 미국)에 대응하기 위한 것. 세계적인 규제가 배출개스를 줄이고 연비는 높이라고 부추긴다. 이렇게 하려면 엔진 크기를 줄여야 한다. 배기량 축소에 따른 부족한 힘은 터보차저로 채우는 것이 다운사이징 엔진의 기본 개념이다. 
2.0~2.5리터 자연흡기 엔진은 1.5리터 터보가 대신한다. 3.0~3.5리터 6기통 엔진은 2.0 리터 4기통 터보가 맡는다. 4.0리터 이상 8기통의 자리는 3.0리터 터보 6기통이 채우는 경우가 많아졌다. 

하지만 다운사이징 엔진 덕에 성능과 연비가 높아졌는데, 실제 체감은 그리 크지 않다. 이유는? 
다운사이징 엔진은 분명 성능과 연비를 높여준다. 그러나 성능과 연비가 ‘동시에’ 높아지는 경우는 없다. 무슨 말인가? 

개솔린 1.5리터 터보 엔진으로 200마력을 내는 차가 있다고 치자. 200마력을 자연흡기 엔진으로 만들려면 2.5리터 전후 배기량을 가져야 한다. 하지만 터보차저 하나가 1.0리터 가량의 배기량을 줄여줬다.

이 차가 연비 인증을 받는다. ‘2.5리터급 200마력의 효율을 발휘하는 차’가 아닌 ‘평범한 1.5리터 자동차’가 돼 있다. 연비 인증 환경에선 엔진이 가진 모든 출력과 토크를 쓰지 않는다. 정차 환경, 엔진 부하가 적은 정속주행 환경에서 측정되는 만큼 터보차저가 힘을 쏟아내지 않아도 된다. 그저 작은 배기량의 엔진이니 연료 소비가 줄어든 것뿐이다. 표면적으로 자동차업체들이 광고하는 연비는 이렇게 높아진다. 
그러나 200마력이란 출력을 모두 사용해보기 위해 가속페달을 깊게 밟으면 상황이 달라진다. 1.5리터의 제한적인 배기량에서 큰 출력과 회전힘을 만들어내기 위해 터보차저가 엔진에 더 많은 공기를 밀어 넣는다. 엔진은 최고 성능을 뽑으려고 더 열심히 일한다. 
여기서 연료와 공기, 열의 관계가 중요해진다. 터보차저가 엔진의 실린더 내부로 많은 양의 공기를 밀어 넣으면 자연스레 연료도 더 많이 들어간다. 이론적으로 공기와 연료가 완벽하게 연소되려면 14.7:1의 비율을 맞추는 것이 좋다. 상황에 따라 연료를 더 많이 또는 더 적게 사용하기도 하지만 기준점 자체가 바뀌지는 않는다. 
터보차저가 공기를 많이 밀어 넣으면 그 비율에 맞춰 더 많은 연료를 분사해야 한다. 배기량보다 많은 공기를 넣어 성능을 끌어올리는 것이 터보차저의 기본 개념이다. 쉽게 늘어난 연료 분사량이 엔진이 갖는 배기량 이상으로 성능을 가져오는 것이다. 다시 말해서 연료를 더 많이 쓰기 때문에 연비는 자연히 떨어질 수밖에 없다. 
공연비보다 낮은 비율로 연료를 분사하면 오염물질도 만들어지지만 엔진 내부 온도가 높아지는 문제도 생긴다. 실린더 내부 온도가 높아진 상태에서 많은 양의 공기가 실린더 내부로 밀려들어 온다. 이 때 피스톤이 압축을 시작하면 소량의 연료만으로도 조기 점화가 발생할 수 있다. 흔히 말하는 노킹(knocking) 현상이다. 특히 배기개스로 공기를 압축하는 터보차저의 특성상 엔진 내부로 들어오는 공기의 온도는 상승하게 된다. 결국 노킹 위험이 더 커진다. 
하지만 엔진 내부의 각종 센서들이 다양한 위험을 미리 감지해 노킹을 막기 위한 조치를 취한다. 연료를 더 분사해 엔진 내부의 온도를 낮추기도 한다. 특히 직분사(direct injection) 시스템을 갖춘 엔진은 순간적으로 연료를 분사하고, 한 번이 아닌 수차례로 나눠 뿌릴 수도 있다. 정밀하게 연료를 제어할 수 있기에 엔진의 온도 관리도 쉬워진다. 때문에 터보차저와 직분사 시스템은 궁합이 잘 맞는다는 평을 듣는다. 문제는 이렇게 연료를 분사했을 때 연비는 떨어진다는 것. 

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연비 하락의 이유는 또 있다. 이는 배기량이 작아진 엔진이 큰 덩치의 자동차를 이끈다는 데 있다. 과거 중형차에는 2.0리터, 더 큰 차에는 3.5리터 이상 엔진이 주로 쓰였다. 요즘은 중형차에도 1.5리터 터보, 대형차에 2.0리터 터보 엔진이 탑재되는 경우가 늘어난다. 최고 출력과 최대 토크만 놓고 보면 터보 엔진의 성능이 더 월등하다. 그러나 이 수치는 엔진이 모든 힘을 발휘하고 있는 상황에서다. 
가다 서다를 반복할 때는 터보차저도 제대로 도움을 주지 못해 엔진 혼자서 크고 무거운 차체를 이끌어야 한다. 배기량이 넉넉하면 엔진의 저회전 영역에서도 여유로운 힘이 나온다. 반대로 배기량이 작아질수록 엔진은 저회전 영역에서 낮은 힘을 낼 수밖에 없다. 결국 운전자는 답답함을 느끼고 가속페달을 더 밟는다. 엔진에 걸리는 부하에 맞춰 연료 소모량이 늘어나는 것이다. 
그렇다면 터보차의 연비를 높이려면 어떻게 해야 할까? 급가속과 급제동을 자제해야 한다. 일정한 속도로 주행할수록 연비는 크게 향상된다. 차량에 불필요할 정도로 무거운 짐을 싣는 것도 지양해야 한다.
이는 일반 자동차 연비를 높이는 운전법과 동일하다. 다운사이징 터보 엔진은 성능과 연비를 높이는 매력적인 기술을 담고 있지만 제한적 요소도 존재한다. 무엇보다도 자동차가 UFO처럼 순간이동을 하지 않는 이상 터보차저, 하이브리드, 전기차에 상관없이 어떤 신기술이 등장해도 연비를 높이는 운전법이 필요하다. 오토뷰(autoview.co.kr) 전재

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