가솔린과 디젤의 차이, 회전수와 토크는 왜 차이날까? 반대로는 못 만들까?

가솔린과 디젤 엔진의 회전수(RPM)와 토크 특성 차이는 주로 연소 방식, 연료 성질, 엔진 구조에 기인합니다. 이 두 엔진의 특성은 여러 물리적, 화학적 이유에 기반하지만, 이들 엔진을 반대로 만들거나 특성을 조정하는 것은 구조적으로 제약이 있습니다.

1. 연료 성질 차이

• 가솔린: 휘발성이 높고 연소가 빠르기 때문에 폭발적인 에너지를 짧은 시간에 방출합니다. 이로 인해 가솔린 엔진은 고회전이 유리하며, 고 RPM에서도 안정적으로 작동할 수 있습니다.
• 디젤: 디젤은 가솔린보다 점도가 높고 연소 속도가 느립니다. 디젤 엔진은 공기 압축으로 연료를 스스로 점화하는 압축착화 방식을 사용하며, 이 과정에서 높은 압력이 발생해 큰 토크를 만들어냅니다. 그러나 높은 압축비 때문에 엔진 부품에 가해지는 스트레스가 크고, 회전수를 지나치게 높이는 데는 한계가 있습니다.

2. 엔진 구조 차이

• 가솔린 엔진은 상대적으로 낮은 압축비(10:1 ~ 12:1)로 설계되며, 이로 인해 엔진 부품이 가볍고 고속 회전이 가능합니다. 이 가벼운 부품은 빠르게 회전할 수 있으므로, 고 RPM에 적합합니다. 다만 토크는 상대적으로 적게 발생합니다.
• 디젤 엔진은 높은 압축비(16:1 ~ 20:1 이상)로 설계되며, 강한 압력을 견디기 위해 더 튼튼하고 무거운 부품이 필요합니다. 이로 인해 회전수가 상대적으로 낮지만, 낮은 RPM에서도 강한 토크를 제공합니다.

3. 토크와 회전수의 관계

• 가솔린 엔진은 회전수를 높여 더 많은 힘을 내는 방식에 초점이 맞춰져 있습니다. 하지만 토크는 낮은 편이라 회전수에 비례해 속도를 높이지만, 끌어올리는 힘(토크)은 상대적으로 적습니다.
• 디젤 엔진은 낮은 회전수에서 최대 토크를 발휘하여 큰 힘으로 차를 밀어내는 특징이 있습니다. 그러나 회전수를 지나치게 높이면 연료 연소 시간이 늦어지기 때문에 엔진의 효율이 떨어집니다.

4. 왜 반대로 만들기 어려운가?

• 가솔린 엔진의 낮은 회전수, 높은 토크: 가솔린 엔진을 디젤처럼 낮은 RPM에서 높은 토크를 내게 설계하려면, 압축비를 올리고 엔진 부품을 더 강하게 설계해야 합니다. 그러나 이는 가솔린의 특성과 맞지 않으며, 무겁고 복잡한 엔진이 되어버립니다. 또, 압축비를 지나치게 올리면 노킹(엔진의 폭발성 연소로 인해 발생하는 비정상적인 소음과 진동) 문제가 발생할 수 있습니다.
• 디젤 엔진의 고회전수, 낮은 토크: 디젤 엔진을 고 RPM으로 돌리려면 부품을 가볍게 하고, 연료의 점화 속도를 빠르게 해야 합니다. 그러나 디젤의 특성상 점화 속도가 느리고 압축비를 낮추면 연소 효율이 떨어지기 때문에 고회전이 어려워집니다.

결론

가솔린과 디젤 엔진의 특성은 연료의 물리적·화학적 차이와 엔진 설계에 깊이 연관되어 있습니다. 각 엔진의 목적과 특성에 맞게 설계되어 있어 가솔린 엔진을 낮은 RPM에서 고토크로, 디젤 엔진을 고 RPM으로 만들기 위해서는 큰 구조적 변화가 필요합니다. 물론 이런 변형이 불가능한 것은 아니지만, 효율적이지 않으며 현재의 기술로는 두 연료의 특성을 최대한 살리는 방식이 더 적합합니다.

 

 

 

 

옥탄가가 높은 휘발유를 사용하면 고압축비 엔진을 설계할 수 있기 때문에 고토크 엔진을 구현하는 데 도움이 될 수는 있습니다. 하지만 단순히 옥탄가가 높은 휘발유를 사용하는 것만으로 디젤 엔진과 같은 고토크 특성을 구현하기는 어렵습니다. 이를 이해하려면 옥탄가와 엔진 특성에 대해 좀 더 깊이 알아볼 필요가 있습니다.

옥탄가와 고토크 엔진의 관계

• 옥탄가는 휘발유의 노킹 저항성을 나타내는 지표입니다. 옥탄가가 높을수록 연료가 더 높은 압력과 온도에서 **자발적으로 폭발(노킹)**하지 않고, 정확히 점화 시기에만 폭발합니다. 이 때문에 옥탄가가 높은 연료는 압축비가 높은 엔진에서 사용할 수 있으며, 이는 더 높은 효율과 더 큰 힘을 내는 데 기여할 수 있습니다.
• 고토크 엔진을 만들려면, 높은 압축비가 필요합니다. 더 높은 압축비를 사용하면, 연소 시 더 많은 에너지를 추출할 수 있어 토크가 증가합니다. 따라서 옥탄가가 높은 휘발유는 압축비를 올리고 고토크를 발생시키는 데 유리합니다. 하지만 가솔린 엔진은 원래 빠르게 연소하는 특성을 가지고 있기 때문에, 디젤과 같은 특성을 구현하는 데는 한계가 있습니다.

가솔린과 디젤의 차이점

• 가솔린 엔진은 연료가 공기와 미리 혼합되어 점화 플러그에 의해 폭발하는 방식입니다. 고회전, 고출력에 유리하지만, 낮은 회전수에서의 고토크 특성은 상대적으로 덜합니다.
• 디젤 엔진은 연료가 공기와 혼합되지 않고, 공기를 압축해 온도를 높인 후 연료를 직접 분사해 자연발화시키는 방식입니다. 이 방식은 압축비가 높고, 그 결과 낮은 회전수에서도 강한 토크를 발휘할 수 있습니다.

아우디의 디젤 엔진과 고회전 디젤 엔진

아우디는 TDI 디젤 엔진으로 잘 알려져 있으며, 이 엔진은 터보차저와 고압 연료 분사 시스템을 통해 효율성과 성능을 높이고 있습니다. 아우디는 Le Mans 레이싱에서 디젤 엔진 기술을 선보이면서 고성능 디젤 엔진 개발에 앞서 왔습니다. 특히 이들은 디젤 엔진이 전통적으로 회전수가 낮다는 한계를 극복하기 위해 고급 소재와 기술을 사용해 고회전에서도 성능을 낼 수 있는 디젤 엔진을 개발해 왔습니다.

8000 RPM 디젤 엔진

8000 RPM에 도달하는 디젤 엔진은 상당히 이례적인 경우입니다. 일반적인 디젤 엔진은 4000~5000 RPM을 넘기기 어려운데, 아우디와 같은 브랜드는 특수한 레이싱 디젤 엔진에서 이같은 고회전을 구현할 수 있습니다. 이 경우, 고성능 소재와 터보차저, 정밀한 엔진 관리 시스템이 결합해 고회전에서도 안정적으로 연료를 연소시키고, 높은 출력을 낼 수 있습니다.

다만, 이런 고회전 디젤 엔진은 매우 특수한 환경에서나 사용되며, 일반적인 도로 차량에 적용되지는 않습니다. 고회전 디젤 엔진을 만들 수는 있지만, 디젤 엔진의 본래 강점인 낮은 회전수에서의 고토크 특성을 희생해야 하기 때문에 실용적이지는 않다는 것이 일반적인 관점입니다.

결론

• 옥탄가가 높은 휘발유는 가솔린 엔진의 압축비를 높여 더 높은 토크와 출력을 낼 수 있게 합니다. 하지만, 디젤과 같은 낮은 RPM에서 고토크를 내는 특성은 연료 성질과 연소 방식의 차이 때문에 단순히 옥탄가가 높은 휘발유로는 구현하기 어렵습니다.
• 고회전 디젤 엔진은 가능하지만, 이는 일반적인 디젤 엔진과는 매우 다른 특수한 엔진입니다. 아우디의 레이싱 엔진은 이런 예외적인 고회전 디젤 엔진의 대표적인 사례지만, 일반 도로 차량에는 적용되지 않습니다.
• 결과적으로, 가솔린 엔진은 고회전, 고출력에 유리하고, 디젤 엔진은 낮은 RPM에서 고토크에 유리한 특성을 가지고 있습니다. 이를 반대로 만들려면 상당한 기술적 도전이 따르며, 본래의 강점을 희생하는 결과가 될 수 있습니다.