자동차를 장만하려고 주변 친구들에게 조언을 구했는데 가솔린 엔진과 디젤 엔진을 두고 의견이 분분합니다. 설명을 들을수록 더 헷갈리는 것 같아요. 두 엔진의 차이점, 정확히 무엇인가요?
서로 다른 조언을 하는 친구들 사이에서 혼란스러우셨죠? 가솔린 엔진과 디젤 엔진의 특징들이 다르기 때문인데요. 엔진은 자동차의 심장인 만큼 올바른 이해와 선택이 중요합니다. 두 엔진의 작동 원리와 장단점 그리고 새롭게 주목받고 있는 차세대 엔진까지! 지우가 엔진교실의 일일 선생님이 되어 알려드리겠습니다. ^^
1교시. 가솔린 엔진과 디젤 엔진의 작동 원리
가솔린 엔진과 디젤 엔진의 작동 원리를 살펴보기 전, 자동차 엔진에 대한 기본 개념부터 살펴볼게요. 엔진은 열에너지를 기계적 에너지로 바꾸는 장치를 말합니다. 열을 가해 자동차가 구동되는 힘을 얻는 기기인데요. 가열부터 구동에너지 발생까지 '흡입→압축→팽창→배기' 네 단계를 거칩니다. 가솔린 엔진과 디젤 엔진의 차이는 그 과정에 있죠. 작동 원리의 차이점을 알아야 두 엔진의 장단점도 쉽게 비교할 수 있으니 차근차근 따라오세요~
1. 가솔린 엔진 작동 원리
▷1단계 흡입: 연료인 가솔린(휘발유)과 공기를 흡입한다.
▷2단계 압축: 흡입했던 가솔린과 공기를 10분의 1로 압축한다.
▷3단계 팽창: 압축한 가솔린과 공기를 전기불꽃으로 점화한 후 폭발시켜 구동에너지를 얻는다.
▷4단계 배기: 연소 가스를 배출한다.
2. 디젤 엔진 작동 원리
▷1단계 흡입: 공기를 흡입한다.
▷2단계 압축: 흡입했던 공기를 20분의 1로 압축한다.
▷3단계 팽창: 공기 중에 연료인 경유를 분사한 후 자연발화 시켜 구동에너지를 얻는다.
▷4단계 배기: 연소 가스를 배출한다.
두 엔진의 차이점, 모두 눈치 채셨나요? 작동 원리를 보면 연료의 종류, 압축비율, 팽창 방식이 서로 다른 것을 알 수 있는데요. 연료의 경우 가솔린 엔진은 가솔린(휘발유)을 사용하지만, 디젤 엔진은 경유를 사용합니다. 공기의 압축비율도 각각 10분의 1, 20분의 1로 다르죠.
가장 큰 차이점은 팽창 방식입니다. 가솔린 엔진은 압축한 가솔린과 공기에 불을 붙여 폭발시킴으로써 구동에너지를 얻지만, 디젤 엔진은 뜨겁게 달궈진 공기 중에 액체인 경유를 분사해 자연적으로 발화시켜 구동에너지를 얻습니다. 앞서 말한 것처럼 두 엔진은 작동 원리의 차이점 때문에 서로 다른 장단점을 지니는데요. 엔진 선택에 중요한 기준이 되는 장단점을 살펴보겠습니다.
2교시. 두 엔진의 장단점 비교
디젤 엔진의 장단점
▷장점: 연비가 좋다 / 힘이 좋다 / 화재 위험이 적다
▷단점: 진동과 소음이 크다 / 구매비용이 비싸다
과학적으로 공기의 압축비율과 온도는 비례합니다. 압축비율이 높을수록 온도도 높아지죠. 따라서 공기를 10분의 1로 압축하는 가솔린 엔진보다, 20분의 1로 압축하는 디젤 엔진의 공기가 더 뜨거운데요. 고온일수록 연료의 연소가 잘 이뤄지기 때문에 같은 양의 연료를 썼을 때 디젤 엔진이 가솔린 엔진보다 효율이 좋습니다. 다시 말해, 디젤 엔진이 연비가 뛰어나죠.
연비뿐만 아니라 엔진의 힘도 좋습니다. 디젤 엔진은 경사진 곳을 오르는 힘이나 무거운 것을 끄는 힘이 센데요. 이러한 장점으로 화물차나 버스와 같은 상용차 엔진에 애용됩니다.
디젤 엔진의 연료인 경유의 인화점은 최대 65℃ 가량으로, 40℃ 이하인 가솔린 엔진에 비해 높습니다. 불이 붙는 온도가 높으면 화재 위험이 적으므로 디젤 엔진이 더 안전하겠죠?
그러나 디젤 엔진은 높은 압축비율로 인해 진동과 소음이 크다는 단점이 있습니다. 또 경유분사장치와 같은 고가의 부품을 사용하기 때문에 구매비용이 비싼데요. 자동차 제조업체들은 지속적인 기술 개발로 디젤 엔진의 단점을 보완해나가고 있는 상황입니다.
가솔린 엔진의 장단점
▷장점: 승차감이 좋다 / 구매비용이 싸다 / 날렵하다
▷단점: 연비가 나쁘다 / 점화 장치 고장이 잦다
이어서 1세대 자동차 엔진인 가솔린 엔진의 장단점을 살펴볼까요? 디젤 엔진의 단점이 곧 가솔린 엔진의 장점인데요. 가솔린 엔진은 진동과 소음이 적어 승차감이 뛰어나고 정숙성이 좋습니다. 구매비용도 상대적으로 낮아 부담이 적지요. 또 엔진의 회전수(RPM)가 높아 빠른 속도와 날렵함을 자랑하는데요. 이 때문에 일반 승용차뿐 아니라 스포츠카에 많이 사용됩니다.
반면 연비가 나쁜 것이 가솔린 엔진의 가장 큰 단점으로 꼽히며, 전기불꽃 점화 장치의 고장이 상대적으로 빈번합니다. 스피드는 뛰어나지만 경사진 곳과 같은 가혹조건에서는 디젤 엔진에 비해 힘이 부족하다는 단점도 있죠.
내게 맞는 엔진은 무엇일까?
앞서 설명한 두 엔진의 장단점을 비교해 자신에게 맞는 엔진을 선택하면 되는데요. 연간 주행거리가 길어 연비가 중요한 운전자 또는 가혹조건에서도 힘이 센 자동차를 선호하는 운전자는 디젤 엔진을, 주로 시내에서 주행하고 승차감이 좋은 자동차를 원하는 운전자는 가솔린 엔진을 선택하는 것이 좋습니다.
3교시. 엔진의 경계를 무너뜨린 'HCCI 엔진'
17세기에 등장한 자동차 엔진은 오늘날까지 꾸준히 발전하고 있는데요. 기술 발전에 힘입어 가솔린 엔진과 디젤 엔진의 장점을 함께 지닌 엔진이 등장하기에 이르렀습니다. 바로 HCCI(Homogeneous Charge Compression Ignition) 엔진이죠.
HCCI 엔진은 가솔린 엔진에 디젤 엔진의 팽창 방식을 도입한 엔진입니다. 상황에 따라 불꽃점화(가솔린 엔진 방식)와 압축착화(디젤 엔진 방식)를 번갈아 일으켜 구동에너지를 얻는 것인데요. 이 때문에 HCCI 엔진은 압축착화-점화겸용 엔진이라고 불리기도 합니다.
개발자들이 꿈꾸는 가장 이상적인 HCCI 엔진은 가솔린을 연료로 사용하되, 저온 압축착화로 구동에너지를 얻는 것입니다. 이것이 구현된다면 디젤 엔진의 연비와 힘을 지니면서 가솔린 엔진 못지않은 승차감을 선사하는 슈퍼엔진이 탄생할 텐데요. HCCI 엔진에 대한 기술 개발은 현재진행형입니다.
전기자동차에도 엔진이 있을까?
석유를 연소해 구동되는 일반 자동차와 달리 전기자동차는 전기에너지로 구동됩니다. 기기 내부에는 엔진 대신 전기모터가 장착되어 있는데요. 전기모터는 배터리에 축적된 전기에서 에너지를 얻습니다. 때문에 전기모터뿐 아니라 배터리도 자동차 성능에 중요한 영향을 미치죠. 전기자동차는 소음도 없고 유해가스도 배출하지 않아 미래의 자동차로 주목받고 있습니다.
3교시에 걸쳐 가솔린 엔진과 디젤 엔진 그리고 차세대 HCCI 엔진을 알아보았는데요. 지우의 엔진교실 두 번째 시간에는 가솔린 엔진과 디젤 엔진만큼이나 의견이 분분한 '슈퍼차저 vs 터보차저'에 대해 살펴보겠습니다. 다음 이 시간에 또 만나요! ^^
