토크(Torque ) 와 마력(Horse power )의 차이점

 

우리가 엔진에서 측정할 수 있는 것은 특정 회전수(rpm)에서의 토크입니다.

그리고, 마력은 그 회전수에서 계산된 값입니다.

토크는 단위가 kg.m 혹은N.m, ft.lb를 쓰며 이는 바퀴를 돌릴 수 있는 힘을 표시하는 물리량입니다.
파워를 표시하는 마력(PS)은 아래의 식과 같이 계산됩니다.

PS = 2 x π x T x n / (75 x 60)

위에서π = 원주율
T = 토크
n = 엔진의 1분당 회전수

위의 식 만으로는 토크와 파워가 무엇을 의미하는지 이해하기 어려울 것입니다.
카탈로그에서 가장 많이 볼 수 있는 최고마력은 차의 최고속도를 결정짓는 물리량입니다.
즉, 차량의 무게가 같다고 가정한다면, 최고마력이 높은 차의 최고속도가 더 높습니다.
토크는 최고속도에 이르는 시간을 결정짓는 물리량입니다.
즉, 토크가 높은 차가 더 빨리 최고속도에 이를 수 있습니다.

토크`는 `비틀어 돌리는 회전력`을 의미한다고 보시면 되는데요 
스패너 같은 공구로 볼트를 돌릴 때 스패너의 토크가 볼트에 작용해 볼트를 돌아가게 하는데. 자동차 엔진 내 피스톤도 똑같은 방식으로 지레장치라 불리는 크랭크축에 토크를 작용합니다. 스패너와 마찬가지로 피스톤과 크랭크가 클수록 토크 크기도 커진다. 트럭이나버스 엔진의 거대한 피스톤은 아주 큰 토크값을 갖고 있기 때문에 엄청난 동력을 낼 수 있습니다.

 
그럼 아래의 두 차량을 예로 설명을 드리겠습니다.

차량 A : 무게 1500kg, 마력 150 ps/6000rpm, 토크 25kg.m/3800rpm
차량 B : 무게 1500kg, 마력 180 ps/6000rpm, 토크 15kg.m/3800rpm

만약 위와 같다면, 차량 B는 최고속도 200km/h로 달릴 수 있습니다.
하지만, 200/km에 도달할 때까지 액셀페달을 끝까지 밟고 있어도 약 6분 정도 달려야 그 속도에 도달 할 수 있습니다.
차량 A는 최고속도 약 180km/h로 달릴 수 있습니다.
하지만, 180km/h에 도달할 때까지 엑셀페달을 끝까지 밟고 있으면 약 2분 정도면 도달할 수 있습니다.


차량 B는 최고속도 200km/h까지 도달할 수는 있으나, 그 시간이 오래 걸리며,
차량 A는 최고속도 180km/h까지 도달할 수는 있으나, 그 시간이 짧게 걸립니다.

출발후 1분이 경과되었을 때의 속도를 보면, 차량 A는 170km/h, 차량 B는 140km/h임을 알 수 있습니다.
즉, 차량 B는 비록 최고속도는 높을 지 몰라도 그 속도에 도달하는 시간이 느림으로써 일반 소비자들은 느린 차로 인식할 수 있습니다.
비록
토크와 마력이 높은 엔진일 지라도 차량의 무게가 엔진에 비해 무겁거나 변속비 및 종감속비등의 설정이 좋지 않으면 가속성능이 떨어질 수도 있습니다.
그래서, 차량의 카타로그에 보면 가속능력을 평가할 수 있도록 0->100km/h 의 시간을 제시하거나 혹은 0->400m까지의 시간을 제시하기도 합니다.
이러한 데이터를 비교해 보면 어떤 차가 더 순발력이 좋은지 판단할 수 있지요.

다시 마력과 토크 예기로 돌아가 보면, 마력이 높으면 최고속도가 높을 수 있는 능력을 갖고 있는 것을 의미합니다.
하지만, 그 최고속도에 도달할 때 까지의 시간은 토크가 높을 수록 빠릅니다.
차가 빠르다는 표현을하기 위해서는 이제부터 최고속도가 빠른 것을 의미하는지 순간가속성능이 우수한 것을 의미하는지 구분해 사용하시기 바랍니다. 그리고, 그것을 구분하기 위해 마력과 토크의 차이를 이해 하시기 바랍니다.

비슷한 크기의 차량에서 토크가 큰 엔진이 달린 차는 토크가 적은 차를 쉽게 추월할 수 있습니다.
하지만, 먼 거리를 최고속도로 주행하여 빨리 도착하려 한다면 마력이 큰 엔진이 달린 차가 유리합니다.
정속 주행을 하면서 힘의 여유가 어느 정도 있느냐 하는 것은 토크의 크기가 영향을 더 미침니다.
하이웨이를 주행하다가 언덕길이 나타나면 엑셀페달을 똑같이 밟고 있어도 차량의 속도가 줄어드는 차는 토크가 적은 차이고, 거의 속도가 줄어들지 않고 달릴 수 있는 차는 토크가 큰 차량입니다.
에어컨만 틀어도 힘이 줄어드는 것을 느끼는 차는 토크가 적은 것입니다.

따라서,
일반적으로 미국 내에서 평범하게 사용할 차량이라면 마력이 높은 차량 보다는 토크가 높은 차량이 운행하기에 더 편리합니다.
우리가 하이웨이에서 최고속도로 달릴 일이 거의 없기 때문입니다.
오히려, 하이웨이인근에서 다시 도로로 진입할 때에 얼마나 빨리 시속 100km에 도달 할 수 있느냐가 더 중요합니다.
뒷차와의 추돌위험을 줄이면서 안전하게 진입할 수 있는 조건이기 때문입니다.
하니웨이를 진입하여 엑셀페달을 최대한 밟아서 100km/h에 이르는데 일반적으로 15~20초 정도 소요되며, 만일 120km/h로 진행하던 차량이 있었다면 20초 사이에 약 666m를 주행합니다. 즉, 보이지도 않던 차가 갑자기 자기 뒤에 와 있을 수 있습니다.
그래서 추돌의 위험을 줄이려면 최대한 빨리 가속해야 하며 차량의 능력도 빨리 가속할 수 있는 충분한 토크를 갖고 있어야 합니다.
또한, 80km/h 정속주행 하다가 엑셀페달을 최고로 밟아 120km/h에 도달하는 시간이 몇 초인가에 따라 다른 차를 추월 할 수 있는 능력이 어느 정도인지 비교할 수 있습니다. 그러한 능력은 토크가 높은 차가 우수합니다.

단,
최대토크를 비교할 때에는 최대토크가 나오는 엔진의 회전수가 얼마인지도 고려를 하셔야 합니다.
최대토크는 20kg.m/3400rpm 혹은 20kg.m@3400rpm 과 같은 형식으로 표시하여 "/"나 "@"의 앞의 숫자가 최대 토크이고, 뒤의 숫자는 엔진의 회전수를 표시합니다. 이 최대토크가 나오는 회전수가 실용사용 구간인 2000~3000 rpm 구간내에서 나오는 것이 좋으며 고속회전 영역에서 나올 수록 최대 마력이 증대되지만 중저속 토크가 좋지 않은 특성이 있기 때문입니다.

일반적으로 버스, 트럭 등은 최고속도 보다는 육중한 무게를 움직이기 위해서는 토크가 상당히 중요합니다.
만일 비슷한 마력을 갖는 가솔린 엔진을 버스나 트럭에 사용한다면 높은 토크를 만들기 위해 높은 변속비를 갖어야 합니다.
그래서 변속기가 8~10단 정도의 변속기가 필요합니다.
하지만, 디젤엔진은 6단 정도로도 차를 구동하기 위한 토크를 만들어 낼 수 있어 운전이 편리합니다.
또한, 기술적인 측면에서 보면 디젤은 고마력을 내기 위해 배기량을 높이는데에 제약이 별로 없습니다.
또한, 터보챠져를 사용하기도 편리합니다.
하지만, 가솔린은 고마력을 얻기 위해 배기량을 높이기가 좀 불편한 면이 있습니다.
특히 엔진의 실린더 보어(cylinder bore) 직경이 100mm를 넘어가면 노킹에 취약해 져서 실린더 수를 늘려야 만 합니다.

승용차용으로 개발된 디젤엔진은 마력도 가솔린 엔진과 비슷하며, 토크가 높아 가솔린엔진에 비해 여러가지 장점이 있습니다.
특히, 우수한 연비가 그것이지요.(V.W TDI 엔진)
하지만, 진동, 소음이 크고 값이 비싸다는 단점이 있습니다.
실용성을 중시하는 유럽에서는 승용차에도 디젤엔진 사용율이 거의 40%를 넘어가고 있지요.

흔히 엔진의 특성을 논하면서 가솔린 엔진의 마력이 높고, 디젤엔진의 토크가 높다는 표현을 많이 합니다.
그러나, 가솔린 엔진이 장착된 차와 디젤엔진이 장착된 중 어느 것이 좋으냐 하는 것을 엔진차이 만으로 비교를 하기는 어려움이 있습니다.
엔진에서 나온 토크가 변속기와 종감속기어를 지나 바퀴에 이르는 전체 파워트레인(Power Train)의 조화가 어떻게 잘 개발 되었느냐에 따라 차량의 특성에 영향을 더 줄 수 있습니다.

다시한번 정리한다면, 
배기량은 엔진 속 실린더 전체에 채워 넣을 수 있는 공기량을 뜻한다. 이는 곧 엔진 출력을 알려 주는 잣대가 됩니다.

배기량은 리터(ℓ) 또는 ㏄ 단위로 나타내는데 배기량이 2400cc 는 엔진 속에 2399㏄만큼 공기가 들어갈 수 있다는 것을 뜻하는데요

. ㏄가 높을수록 차량 힘도 좋아지고 그만큼 가격도 비싸지게 됩니다.

 

엔진의 최대 마력이 높으면 최고속도가 높을 수 있는 능력을 갖고 있는 것을 의미하며,
최대 토크가 높을 수록 차량의 최고속도에 도달할 때 까지의 시간이 빠를 수 있는 능력을 갖고 있는 것입니다.
그리고,
엔진에서 보여주는 값은 엔진이 갖고 있는 능력일 뿐이며,
실제 차량에서는 전체 파워트레인의 조화가 얼마나 잘 되어 있느냐에 따라 크게 다를 수 있으므로 엔진 성능이 차량 성능의 직접적인 비교가 될 수는 없다는 것입니다.