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터보 엔진과 자연흡기 엔진, 무엇을 선택해야 할까?

자연흡기 엔진과 터보 엔진의 특징은 명확하다. 각각의 장단점도 분명하다. 어떤 차이가 있는 것일까?

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불과 몇 년 전만 하더라도 가솔린 엔진의 주류는 부드러운 응답성을 자랑하는 자연흡기 방식이었다. 하지만 최근 흐름은 터보 엔진으로 옮겨가는 중이다. 터보 기술의 발전으로 연료소비효율(연비)과 동력성능이라는 두 마리 토끼를 동시에 잡는 것이 가능해지면서 엔진 배기량을 줄인 다운사이징 터보 엔진이 대세로 자리잡고 있다. 



과거의 터보 엔진은 주로 높은 회전 영역에서 폭발력을 극대화해 강력한 힘을 내는 고성능의 상징이었다면, 최신 터보 엔진은 고성능은 그대로 유지하면서 낮은 회전 영역에서부터 높은 토크를 발생시키는 차이가 있다. 터보 터빈의 발전과 정밀제어 기술의 발달로 터보 엔진은 자연흡기 엔진 대비 작은 배기량으로 더 높은 출력을 만들고 효율성까지 잡아냈다.



여기까지 보면 터보 엔진이 자연흡기 엔진의 단점을 모두 해결한 만능 열쇠 같다. 하지만 여전히 자연흡기 엔진에 대한 선호도도 적지 않다. 앞서 언급한 자연스러운 응답성 외에도 보다 합리적인 가격대, 상대적으로 쉬운 유지 관리 등의 장점이 있기 때문이다. 그래서 어떤 엔진이 절대적으로 뛰어나다고 하기는 어렵다. 많은 제조사들이 자연흡기와 터보 엔진을 병행해 사용하는 것은 이런 이유 때문이다.



현대·기아차도 마찬가지다. 여러 차종에 자연흡기 엔진과 터보 엔진을 적용해 각 차의 특징을 최대로 끌어내고 있다. 이러한 엔진이 적용된 현대·기아차의 주요 모델들을 통해 자연흡기와 터보 엔진의 특성에 대해 살펴보자. 


같은 배기량으로 다른 특성을 보여주는 자연흡기와 터보 엔진

현대·기아차를 대표하는 준중형 세단, 아반떼와 K3는 두 종류의 엔진을 공유한다. 하나는 효율성을 극대화한 스마트스트림 G1.6 엔진이고, 다른 하나는 고성능 터보 직분사 엔진이다. 

신형 K3를 통해 처음 적용된 스마트스트림 G1.6 엔진은 차세대 가솔린 엔진의 첫번째 모델로써 연비 향상을 위한 다양한 신기술이 적용됐다. 그 중 대표적인 게 현대·기아차가 독자 개발한 듀얼 포트 연료분사 시스템(DPFI)이며, 연료 분사 시기와 분사 비율을 최적화한 듀얼 인젝터를 사용해 싱글 인젝터 대비 연소 분무 미립화와 증발을 개선했다. 마찬가지로 새롭게 적용된 고점화 에너지 배기가스 재순환(HIE-EGR)의 연소 최적화로 연비와 배출가스를 동시에 저감할 수 있었다.



뿐만 아니라 라디에이터, 변속기 오일워머, 히터로 냉각수를 분배해 효율적인 온도 제어가 가능한 통합 열관리 시스템(ITMS)과 마찰저감 밸브트레인, 2단 가변오일펌프, 피스톤 쿨링젯, 경량화 피스톤 등을 적용한 마찰 저감 엔진 무빙 시스템(FOMS) 등을 통해 기존 자연흡기식 MPI 엔진과 비교해 연비를 10% 가까이 증대했다. 이러한 기술의 효과로 아반떼와 K3 모두 15.2km/L(15인치 휠 기준)의 뛰어난 복합연비를 달성했다. 



스마트스트림 G1.6 엔진은 단순히 연비만 좋은 것이 아니다. 최고출력 123마력과 15.7kgf·m의 최대토크를 발휘하는 엔진에 신형 IVT 무단변속기를 최적화 함으로써 경쾌한 주행까지 가능하다. 효율성과 성능이라는 두 마리 토끼를 모두 잡은 셈이다. 

1.6L 터보 직분사 엔진은 성능과 효율을 동시에 잡은 유닛이다

이와 비교해 1.6L 터보 직분사 엔진은 아반떼 스포츠, 벨로스터, i30, K3 GT 등 현대·기아차의 준중형 고성능 모델에 두루 쓰이는 핵심 유닛이다. 최고출력은 204마력이고, 1500~4500rpm에서 꾸준하게 만들어지는 최대토크는 27.0kgf·m다. 이와 같은 고출력에는 트윈 스크롤 방식의 터보차저가 바탕이 된다. 트윈 스크롤은 터보 엔진의 가장 큰 단점인 터보 래그를 최소화하여 자연흡기 엔진에 가까운 응답성을 얻기 위해 적용하는 기술이다. 



일반적인 터보 엔진은 실린더 4개에서 나오는 배기가스가 하나의 매니폴드로 모여 터보차저의 터빈에 유입된다. 이럴 경우, 각 실린더에서 나오는 배기가스의 간섭으로 배기 에너지의 손실이 발생하고, 이는 터보차저 내부의 터빈 속도가 느려지는 현상으로 이어진다. 



반면, 트윈 스크롤은 2개의 실린더 당 1개의 스크롤이 별도로 연결된다. 이렇게 하면 점화 순서에 따른 배기가스의 기통간 간섭이 줄어들어 싱글 스크롤 대비 터보 래그를 줄일 수 있다. 또한 싱글 스크롤 방식의 터보차저 대비 우수한 터보 래그 특성을 바탕으로 터보차저의 용량 증대에 용이하게 대응할 수 있으므로 트윈 스크롤 터보 엔진의 출력을 향상시키는 데에도 유리하다. 

아반떼에는 1.6 터보 직분사 엔진을 얹은 고성능 버전이 존재한다

아반떼 스포츠와 K3 GT 등에 적용되는 1.6L 터보 직분사 엔진은 성능도 훌륭하지만, 연비 또한 준수한 편이다. 18인치 휠과 접지력이 높은 고성능 타이어를 장착하고도 열효율성과 7단 듀얼클러치 변속기의 도움으로 12.1km/L의 연비를 확보했다. 


자연흡기 엔진 대비 여러 장점을 보여주는 터보 엔진

기아차 K5에는 두 가지 종류의 가솔린 엔진이 탑재된다. 국산 중형 세단에서 가장 쉽게 볼 수 있는 2.0L 자연흡기 엔진이 있고, 다른 하나는 그동안 볼 수 없었던 다운사이징 1.6L 터보 엔진이다. 


K5에 탑재된 두 가솔린 엔진은 최근 엔진 트렌드를 분명하게 보여준다. 다시 말해 다운사이징 터보 엔진의 장점이 분명하게 드러난다. 최고출력과 최대토크, 연비, 이산화탄소 배출량 등 모든 부분에서 터보 엔진이 자연흡기 엔진보다 우수하다. 

우선 힘부터 살펴보자. 자연흡기 방식의 누우 2.0L CVVL 엔진은 6500rpm에서 163마력을 만들지만, 1.6L T-GDI 엔진은 상대적으로 낮은 5500rpm에서 보다 강한 180마력의 최고출력을 만든다. 최대토크 차이는 더 크다. CVVL 엔진은 2.0L 배기량에서 기대할 수 있는 정직한 수치인 20.0kgf·m를 4800rpm에서 발생시킨다. 반면, 터보 엔진은 보다 넓은 1500~4500rpm에 이르는 구간에서 27.0kgf·m의 최대토크를 만들어 강력한 가속감을 선사한다. 



K5의 터보 엔진은 자연흡기 엔진 대비 힘이 좋은데도 불구하고 배기량이 작고, 동력손실을 최소화하는 7단 듀얼클러치 변속기와 짝을 이룬 덕분에 연비까지 좋다. 18인치 휠 기준으로 1.6L 터보 엔진을 사용하는 K5의 복합연비는 12.3km/L고, 2.0L 자연흡기 엔진을 얹은 K5는 11.6km/L의 복합연비를 기록한다. 연비에서 차이가 나는 만큼 이산화탄소 배출량 차이도 크다. 터보 엔진은 134g/km, 자연흡기 엔진은 144g/km의 이산화탄소를 배출한다. 

이와 같은 수치만 보면 모든 소비자가 터보 엔진을 선택할 것 같지만, 실제로는 그렇지 않다. 왜일까? 자연흡기 엔진만이 주는 매력 때문이다. 가장 대표적인 부분은 상대적으로 저렴한 유지비(엔진 오일이나 기타 소모품 교체 비용)와 내구성 등의 신뢰도 때문이다. 실제로 매뉴얼 상의 K5 2.0 CVVL 엔진의 오일 교환주기는 1만5000km이지만, 1.6 T-GDI 엔진은 1만km로 다소 짧다. 점화플러그 교환 시기 또한 확연한 차이를 보인다. CVVL 엔진은 16만km 주행 후 점화플러그를 교환하면 된다고 나오는데, 이 정도면 반영구적이라도 봐도 무방하다. 반면, T-GDI 엔진의 점화플러그는 7만km로 CVVL 엔진에 비해 훨씬 짧고, 이는 소비자들의 부담으로 이어질 수 있다.



기술적 측면으로 반응속도를 예로 들 수 있다. K5의 터보 직분사 엔진은 터보 래그를 최소화하기 위해 트윈 스크롤 터보차저를 탑재했지만, 가속페달을 밟는 즉시 힘을 느낄 수 있는 자연흡기 엔진과 동일한 수준의 응답성을 얻기란 쉽지 않다. 시원한 가속감에 관심이 적은 소비자 입장에서는 자연흡기 엔진도 충분히 좋은 선택이 될 수 있는 이유다. 

기아차 스토닉의 두 가솔린 엔진도 K5와 비슷한 모습을 보인다. 즉, 터보 엔진이 자연흡기 엔진보다 여러 부분에서 우수하다. 하지만 스토닉의 경우, 더 주목할 만한 부분이 있다. 바로 터보 엔진의 배기량이 1.0L 급에 불과하다는 점이다. 아무리 길이 4.1m가 조금 넘고 무게가 1200kg 남짓한 소형 SUV라고 하지만, 불과 몇 년 전만 하더라도 SUV에 이처럼 작은 엔진이 적용될 것을 예상한 사람은 많지 않았다. 

스토닉의 1.4 MPI 엔진은 부드러운 반응성이 가장 큰 특징이다

스토닉에 적용된 자연흡기 엔진과 터보 엔진의 배기량 차이는 370cc 정도이며 실린더 개수도 터보 엔진이 하나 적은 3개다. 그럼에도 불구하고 최고출력은 터보 엔진이 20마력 높은 120마력이다. 최대토크는 자연흡기 13.5kgf·m, 터보 엔진은 17.5kgf·m로 차이를 보인다. 터보 엔진의 경우, 최대토크 발생 영역대가 1500~4000rpm으로 훨씬 넓고, 자연흡기 엔진은 4000rpm에서 고정된다. 최고출력이 높고, 더 큰 최대토크가 저회전대부터 중회전대까지 폭넓게 만들어지는 덕분에 터보 엔진 버전 스토닉의 주행감이 자연흡기 엔진보다 경쾌한 것은 당연한 결과다. 



연비 또한 자연흡기 엔진보다 터보 엔진이 좋다. 6단 자동변속기 대신 직결감이 좋고 동력손실률이 상대적으로 적은 7단 듀얼클러치 변속기와의 조합으로 터보 엔진 모델의 연비가 13.5km/L로 자연흡기 엔진 모델 대비 0.9km/L 높다. 이산화탄소 배출량도 터보 엔진이 123g/km로 자연흡기 엔진보다 9g/km 낮다. 

작은 배기량이 믿기지 않을 정도로 폭발적인 힘을 자랑하는 1.0 T-GDI 엔진

그럼에도 불구하고 전체적인 판매량에서는 자연흡기 엔진 버전이 터보 엔진보다 높다. 2019년 판매량을 놓고 비교해봤을 때 1.4 MPI 모델은 월평균 621대가 팔린 반면, 1.0 T-GDI 모델의 경우 월평균 68대가 팔리는 데 그쳤다. 이유는 가격에서의 장벽이 높기 때문이다. 터보 엔진 모델은 자연흡기 엔진 모델보다 113만원 비싸서 1900만원 대의 기본 가격이 형성된다. 이는 보다 저렴한 가격으로 소형 SUV를 사려는 소비자들에게 부담일 수 있다. 



유지와 관련해서도 차이는 난다. 1.0 T-GDI 엔진의 오일 교환 주기는 1만km이고, 1.4 MPI 엔진은 1만5000km다. 또한 터보 엔진의 경우 9만km마다 밸브 간극 조정을 해야하고, 점화플러그 또한 7만km마다 교환해야 한다. 1.4 MPI 엔진은 밸브 간극 조정에 대한 권장이 없고, 점화플러그는 16만km 주행 후 교환하면 된다. 앞서 서술한 바와 같이 상대적으로 자연흡기 엔진은 유지와 보수 관련해 큰 걱정없이 탈 수 있지만, 터보 엔진은 운전자가 좀 더 자주 엔진에 신경을 써야 한다는 차이가 있다. 


배기량은 다르지만 비슷한 출력을 보여주는 자연흡기와 터보 엔진

현대·기아차의 중대형 엔진을 통해서도 자연흡기와 터보 엔진의 차이를 분명하게 확인할 수 있다. 비교 대상은 V6 람다 II 3.3 T-GDI 엔진과 V8 타우 5.0 GDI 엔진이다. 이 두 유닛은 현대·기아차를 대표하는 고성능 엔진이기도 하다.



하지만 방식과 형식은 확연히 다르다. 한 쪽은 트윈터보 직분사이고, 다른 쪽은 자연흡기 직분사 방식이다. 배기량 차이도 크다. 터보 엔진은 3.3L이고 자연흡기 엔진은 5.0L다. 배기량 차이가 있는 만큼 실린더 갯수도 6개 대 8개로 차이를 보인다. 

V6 3.3 터보 엔진은 강력한 힘을 자랑하면서 효율성까지 챙겼다

이처럼 두 엔진은 여러 부분에서 큰 차이를 보여주지만, 제원에서는 큰 차이가 없다. V6 터보 엔진의 최고출력은 370마력, V8 자연흡기 엔진은 425마력인 것만 제외하면 말이다. 하지만 최대토크만 놓고 보면 차이가 거의 없다. 터보 엔진의 최대토크는 52.0kgf·m이고, 자연흡기 엔진의 경우 53.0kgf·m다. 자연흡기 엔진의 최대토크가 근소하게 앞서지만, 발생 시점에서 큰 차이를 보인다. 터보 엔진은 1300~4500rpm까지 매우 넓은 범위에서 최대토크가 만들어지고, 자연흡기 엔진은 5000rpm에서 고정된다. 덕분에 터보 엔진을 얹은 차의 가속감이 더 폭발적으로 느껴진다.



터보 엔진의 강력한 가속력은 저회전대에서 빠르게 터지는 최대토크 덕분이기도 하지만, 다운사이징 엔진 탑재로 인한 경량화의 도움도 무시할 수 없다. 두 엔진이 각각 탑재된 제네시스 G90 AWD(5인승, 19인치 휠)와 기아차 K9 AWD(5인승, 19인치 휠)를 비교하면 크 차이가 확연하다. 



3.3 T-GDI 엔진을 얹은 G90 AWD의 경우 공차중량이 2165kg인데 반해, 5.0 GDI 엔진 버전의 G90 AWD는 60kg 가량 더 무거운 2225kg이다. 이 때문에 연비에서도 차이가 난다. 3.3 T-GDI 버전의 복합연비는 8.0km/L로 5.0 GDI의 7.3km/L보다 좋다. K9도 마찬가지다. G90처럼 두 엔진 버전 사이의 공차중량 차이는 정확히 60kg이고, T-GDI 엔진을 얹은 버전의 무게가 더 가벼운 2085kg이다. 연비 차이도 비슷해서 3.3 T-GDI 쪽이 0.6km/L 높은 8.1km/L다. 



최대토크와 연비 등의 부분에서 T-GDI 엔진이 우수한 것은 자명한 사실이다. 하지만 그럼에도 불구하고 V8 GDI 엔진의 매력 또한 무시할 수 없다. 이 엔진의 가장 큰 매력은 실린더 8개가 만들어내는 감성이다. 터보 엔진 만큼 순간적으로 폭발하진 않지만 대배기량 엔진만이 줄 수 있는 여유 있는 가속과 고회전으로 갈수록 강해지는 힘을 느낄 수 있다. 

5.0L 배기량의 V8 엔진은 자동차 시장에서 보기 힘든 유닛이지만, 한번 맛보면 잊을 수 없는 감성을 제공한다

다시 말해, 3.3 T-GDI 엔진은 이성적인 판단으로 선택하는 엔진이고, 5.0 GDI 엔진은 감성적인 판단이 앞서야 쓸 수 있는 엔진이다. 어쩌면 이런 선택은 비단 두 엔진에만 해당되는 이야기는 아닐 것이다. 서두에서 언급한 대로 최근의 터보 엔진은 효율성에 보다 초점을 맞추고 있고, 자연흡기 엔진은 배기량의 여유 등을 앞세워 소비자들의 감성을 자극하고 있기 때문이다. 어떤 엔진을 선택할지는 소비자들의 결정이다. 그리고 현대·기아차를 포함해 많은 제조사들이 다양한 엔진 선택지를 준비하는 것은 바로 이런 결정을 존중하기 위해서다. 

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