Q & A
안녕하세요? F1 시즌이 개막되면서 다시 주말에 볼거리가 풍성해져서 행복합니다.
오랜만에 질문 올려봅니다.
과거 F1도 터보엔진을 사용하던 시절이 있었다고 하는데 그때는 지금보다 더 고출력인 시절이었다고 들었습니다. 초고속 경주로 인해 대형사고도 잦아 터보엔진을 제한했다고 들은것 같습니다.
일반차량의 경우 오히려 고유가의 영향으로 터보엔진이 전성기를 누리고 있는데요.
작은 배기량으로 고출력을 얻어냄과 동시에 연비향상과 이산화탄소 배출량 감소로 친환경 기술로 알려져 있습니다.
상식적으로 고출력은 더 많은 연료와 그 비율만큼의 산소를 소모하면서 얻어내는 결과인데 어째서 터보엔진이 NA의 엔진보다 연비가 좋은걸까요?
결국 터보엔진이 효율이 더 좋다는 이야기인데, 이런 이유일까요?
명확한 예로 328i가 3000cc NA에서 2000cc Turbo로 바뀌면서 연비 및 이산화탄소 배출량 개선을 예로 보시면 되겠습니다.(R32에서 R20 으로 바뀐 예로 보셔도 되고요. ㅎㅎㅎ)
1. 터보가 NA보다 단위연료당 더 많은 산소공급으로 완전연소를 도와 출력 향상(이 경우라면 이산화 탄소 배출량이 더 많아서 친환경과는 반대되는 이야기 일것 같은데요)
2. 작은 엔진으로 인한 부품의 경량에 따른 물리적인 효율 향상효과(물론 부속의 내구성이 보장된 상태에서요)
이론적으로 설명해 주실 분들이 많이 계실 것으로 기대합니다.
감사합니다.^^

동일 배기량 자연흡기에 비해선 연비가 떨어지는 걸로...
전문적 지식은 전무하지만 혹시나 글쓰신분이 착각하고 계실까 해서 첨언합니다.
터보엔진과 NA엔진을 비교할때는 동일 배기량이 아니라 동일 출력을 내는 엔진으로 비교해야 합니다.
즉 현대의 경우 소나타 2.0T가 271마력, 그랜져 3.0가 270마력을 내니 이 경우에 있어서는
2.0 터보 엔진을 비교할때는 3.0 자연흡기와 비교해야 합니다.
2.0 자연 흡기와 2.0 터보를 비교한다면 그건 공평한 비교가 아니겠지요.
BMW F10 528i가 3.0 NA엔진에서 2.0 T 엔진으로 바뀐것도 비슷한 맥락입니다.
그리고 이건 엄밀한 근거가 있는 생각은 아닙니다만, 일반적인 주행시 터보 부스터가 작동할정도로 고출력을 내며 주행하는 경우는 그리 많지 않으므로
2.0 터보 엔진이더라도 평상시에는 자연 흡기와 비슷한 과정을 통해 출력을 내게 되어 2.0 자연흡기 수준의 연비를 내고
많은 출력을 요할때는 터보가 작동되어 3.0 NA의 힘을 내므로 (기름이야 많이 먹겠지만) 성능도 만족 시키지 않을가 싶습니다. (혹시 제 생각이 잘못 되었다면 태클 환영합니다 ^^)
바로 328i의 예가 제가 드리는 질문의 요점이라고 보시면 되겠습니다. 말씀하신 이유를 정리하면 일상적인 주행(실제 운행에서 차지하는 비율이 높은경우로 1000~2000RPM 의 조건)의 경우는 NA 2000cc와 유사한 효율을 보이고 고출력이 필요로 하는 상황에서는(boost가 필요한 상황이나 실 주행에서 차지하는 비율이 낮은 경우) NA 3000cc급의 출력을 발생할 수 도 있는 구조라는 것이죠. 결국 사용빈도가 높은 실용영역에서의 저 배기량의 효율이 대 배기량엔진보다 우수하기 때문이다라고 정리 될 수 있겠네요. 바꿔말하면 최대출력을 뽑아내야 하는 상황에서라면 효율이 좋다고 볼 수 없겠네요. 납득할 만한 말씀이십니다. 좋은 의견 감사합니다.^^

부스트가 뜨는 상황이면 부스트가 걸리지 않는 상황보다 연료가 더 분사되기때문에 동배기량 NA대비 좋을수가 없구요...
다만 터보가 들어가면 아무래도 토크가 좀 더 좋아 액셀을 좀 덜 밟게 되고, 보다 낮은 배기량으로 비슷한 출력을 뽑을수 있기때문에 저배기량에 따른 약간의 + 가 있지 않을까 생각해 봅니다.
요즘차들엔 스탑앤고 (ISG)가 많이 장착되어있어 차이가 크지 않을수도 있지만, 시내에서 신호걸려 공회전을 한다고 하면 저배기량 과급차 쪽이 고배기량 자연흡기보다 연료분사가 적겠죠.

같은 출력 소배기량 터보엔진과 대배기량 자연흡기 엔진을 비교한다면...
대배기량 자연흡기 엔진는 피스톤 실린더가 더 크거나 더 많을테고 그럼 흡배기 밸브도 많아지거나 커질테고 크랭크축도 커질테고 캠축도 커질테고 또 모두 다 무거워 질테고.. 그럼 그게 다 움직임에 대한 저항으로 작용할테니 연비가 떨어지는 거 아닐까요?
소배기량 터보엔진은 터보에 의한 부하만 더 생기는 걸텐데 터보 부하 해봐야 배기압으로 하는거니까 큰 부담은 없지 않을까 생각합니다.

1. 다운사이징으로 인한 구동부품들 무게, 저항감소로 인한 연비 상승
2. 출력은 풀부스트 기준으로 표시 해놓기때문에, 풀부스트 크루징을 하지 않는 실주행에서는 같은출력
고배기량 대비 연료분사량적음.
3. 다운사이징 터보엔진도 같은출력 고배기량과 같은 퍼포먼스를 내기 위해 부스트압이 최대로 상승하는
경우 과급으로 인한 실린더 내부과열 방지를 위해 완전연소 이상의 연료를 분사해 실린더를 식히게 됨
으로 비슷한 연비나 오히려 연비하락의 결과를 초래.

바로위에 두분과 윤준삼님 의견에 동의합니다.
엔진이라느것이 개발컨셉대로 방향을잡아 진행된다하여도 엔지니어들도 100%예측하기 힘든것이고..
그결과물도 엔진벤치에서 수치나 그래프만으로는 표현하거나 모든것을 분석할수없으므로..
실재로 차량에 언져서 그차량의 컨셉에 맞는 주행과 실험을거처야만 사용하려던 목적에 도달할수있지않습니까..
3.0리터 자연흡기엔진을 언졌던 차량에 2.0리터 터보엔진으로 변경 해보려는목적에서 부터 위의분들말씀처럼
무게도 경감되고 , 기통수도줄었고. 실제로 언져서 주행해보니 전반적인 실사용영역에서 파워도 나와주고 하니..
사용을 결정하지않았는가..(물론 그네들이 아무계획없이 어쩌다보니 그렇케되었다는것은아닙니다)
특히 BMW의경우는 원밖에있는사람의입장에서보아도 이차,저차에 울궈먹는 스타일은아니라 태생이같은 엔진이라도
꾸준히 다른컨셉으로 연구하고있다고생각합니다.
제가 드리려는말은 2.0리터 터보엔진 진화와 더불어 다운사이징으로 인한이점이부각되는 분위기를 타..
(누군가 예측하고만들어진 붐인지는모르겠습니다)
시대의 부응없이는 명기들도 빛을바라지못하지않습니까..그반대도있을수있고..
그런 분위기에서 나온 2.0리터 과급엔진들이 그렇저럭 3.0리터 자연흡기엔진을 대신하고있다 생각합니다.
2.0리터 터보엔진이 요즘열올리고있는 초다단변속기와어울려?(어울리고있는지어떤지는 논외로..) 2.0리터 자연흡기보다
실사용역에서 효율이나 연비가 더좋을수도있고 그렇치않을수도있기때문에..이것은 단순비교자료로는 설명이어렵지않을
까 하는 생각입니다. 결과적으로 차량에 언쳐져서 운행되고 있고 평가받고있기때문에..
개인적으로는 거의같은차량에 언져진경우
올려진 2.0리터 엔진에도 부족한점이있고..(같은차종에 2.0자연흡기엔진이라면 2.0리터 터보의 성능이모든면에서 우월이라생각됩니다)
올려진 3.0리터 자연흡기엔진에도 부족한점있다고 생각합니다.
(저는 자연흡기쪽의 느낌이 좋은것 같습니다.)
요즘 분위기를더욱타서 속속나오고있는 다운사이징된 터보엔진이나 GDI엔진들이 맞게 가고있는것인지는
모르겠습니다. (제 내공으로는 시간이더흘러가봐야 알것 같습니다...)
오로지사용자의입장에서는 조금물러나서 생각해야되지않을까 합니다.



대학교때 내연기관에서 배운 내용에 1번 내용이 있었던걸로 기억합니다. NA대비 터보가 공기를 더 밀어 넣을수 있기 때문에 연소 효율을 좋게 할 수 있다고 했었습니다. 그리고 들어간 연료를 효율적으로 연소시키켜서 연소된 만큼 이산화탄소가 더 배출 되겠지만 그만큼 출력이 더 나오기 때문에 연료가 덜 필요합니다.
단순한 기통수 감소로 판단됩니다.
동일배기량에 하이캠을 넣어서 산소량을 늘려도 산소센서가 증가된 산소량에 비례하여
연료를 더 넣기 때문에 연비가 좋아지지 않습니다.
실제 실린더 수가 증가하면 크랭크부터 구동축 무게증가와 마찰력증가로 인해 연비가 많이 떨어집니다.
대표적인 경우가 2.0리터 6기통과 2.5리터 6기통을 비교하면 2.0리터 6기통의 연비가 더 바쁜 경우입니다.
물론 세부적 사항은 계산이 복잡하겠지만 최근의 터보는 배기량과 기통수를 같이 다운사이징하기에
연비가 좋아지는 것이지 실제 터보때문은 아니라는 것입니다.
산소가 많은 희박한 시스템이 연비가 좋다면 과거의 린번엔진이 좋았을 텐데 오히려 반대인 경우가
그 실례라고 볼 수 있습니다.

차량의 연비부분을 가만 보면 십수년간 0.1씩 0.1씩 미세하지만 꾸준하게 향상되어왔읍니다.
그러나 2005년쯤 부터 갑자기 큰폭으로 연비향상이 이루어졌읍니다.
이때 같이 변화가 생긴것이 같은 배기량에서 갑자기 눈에띄게 엔진출력이 올라가고 자동미션과 수동미션의 연비차이가 줄어들었읍니다.
부수적으로 MDPS등 연비향상에 도움되는 방식들이 나왔고, 더불어 늘어만 가던 차량무게가 줄기 시작했읍니다.
그리고 얼마안가 또한번 1킬로 정도 연비향상이 있었는데 이때 바뀐것이 자동미션이 4단 -> 6단으로 간것이었읍니다.
이 변화가 불과 5년여 기간동안 몰려서 일어났는데 즉 최근 몇년간의 연비향상은 단순히 엔진 하나만 볼것이 아니라 여러가지 복합적인 부분이라 단순히 터보라서 연비가 좋아졌다 라고 보긴 어렵다는것입니다.
지금은 한세대만 차이가 나도 연비차이가 나므로 진짜 비교를 하려면 똑같은 시기에 엔진 옵션만 다르게 나온 터보와 NA를 비교해야 그나마 정확하겠죠.
완전 연소?나 경량은 크게 의미가 없는것 같구요.
그냥 전환되면서 버려지는 에너지를 다시 재활용 하는 개념이니까 당연히 좋아지지 않을까요^^