자연흡기 엔진에 대해 들어보셨나요? 자연흡기 엔진이란 무엇이며 어떤 작동 원리를 지니고 있고 자연흡기 엔진의 장점 4가지와 자연흡기 엔진 단점 3가지에 이어 자연흡기 터보차저 차이점까지 자세히 정리해 두었으니 아래의 내용에서 자연흡기 엔진에 대해 자세히 알아보시기를 바랍니다.
1. 글을 시작하며
소위 자동차의 심장이자 자동차가 움직이는 데 있어 없어서는 안 되는 중요한 부품 중 하나인 엔진은 수없이 많은 발전을 거쳐 지금까지 왔습니다.
물론 지금은 효율이 좋은 터보차저 엔진이나 친환경적이면서 조용한 전기 모터 등이 자동차 시장을 차지하고 있는 것은 사실입니다.
하지만 그런 와중에도 여전히 자연흡기 차량이 조금씩 출시되고 있는데 그 수가 많지 않아서 올드카를 선호하는 분 중 일부는 Naturally Aspirated(NA)로 불리는 자연 흡기 엔진을 그리워하고 있습니다.
사실 자연 흡기 엔진은 내연기관의 가장 기초가 되면서 예전부터 사용해 온 역사가 깊은 엔진 중 하나입니다.
그렇다면 이 자연 흡기 엔진을 사람들이 왜 그리워하며 아직도 잊지 못하지만 대부분의 제조사는 포기하고 있는 걸까요?
아래의 내용에서는 자연 흡기 엔진이란 무엇이며 자연흡기 엔진 장단점에 대해 자세히 알아보도록 하겠습니다.
2. 자연흡기 엔진이란?
자연흡기 엔진은 말 그대로 자연적으로 공기를 흡입하여 이를 에너지로 전환하는 엔진입니다.
엔진은 연료를 태우기 위해 산소가 필요한데 자연 흡기 엔진은 피스톤이 내려갈 때 생기는 실린더 내부의 압력 차이를 이용하여 대기압으로만 외부의 공기를 빨아들일 수 있습니다.
따라서 자연흡기 작동 원리는 과급기라는 장치를 이용하여 공기를 강제로 압축하여 밀어 넣는 터보차저 작동 원리와 다를 수밖에 없습니다.
예를 들어 자연흡기는 자연스럽게 숨 쉬는 것이라면 과급기를 통한 터보차저는 산소마스크나 인공호흡 등 강제로 숨을 쉬는 것을 의미합니다.
만약 현대에서 많이 사용되고 있는 터보차저 작동 원리에 대해 자세한 내용이 궁금하신 분들은 아래의 링크에서 자세히 알아보시기를 바랍니다.
3. 자연흡기 엔진 장점
1) 직관적인 운전 재미
첫 번째 자연흡기 엔진 장점은 직관적인 운전의 재미가 있다는 것입니다.
자연흡기 차량을 운전해 보면 마치 운전자의 발끝과 엔진이 하나가 된 듯한 느낌을 받을 수 있습니다.
이와 관련하여 조금 더 자세히 설명하면 우선 자연흡기에서는 터보 렉이 없기 때문에 가속 페달을 밟는 순간 즉시 공기가 유입되면서 출력으로 이어지게 됩니다.
다만, 터보차저 엔진에서는 가속 페달을 밟으면 공기를 압축하고 나서 터빈 휠을 돌리기까지 시간이 필요하기 때문에 터보 렉이 발생한다는 단점이 있습니다.
그리고 자연 흡기 엔진에서는 직관적으로 차량을 제어할 수 있는데 예를 들어, 가속 페달을 10% 밟으면 10%만큼 가속하며 50% 밟으면 50%만큼 가속하기 때문에 즉각적인 피드백은 스포츠 주행이나 정교한 조작이 필요할 때 장점으로 다가올 수 있습니다.
2) 예측 가능한 부드러움
두 번째 자연흡기 장점은 예측 가능한 부드러움으로 RPM이 올라가면 자연스레 출력이 올라가기 때문에 예측하기 쉽다는 장점이 있습니다.
즉, 낮은 RPM부터 높은 RPM까지 출력이 일정하게 올라가기 때문에 차량의 힘을 충분히 예측할 수 있습니다.
반면, 터보 엔진에서는 특정 RPM에서 갑자기 출력이 높아지는 터보 부스트 현상이 있어 차량을 제어하기 쉽지 않다는 단점이 있습니다.
3) 단순한 구조
세 번째 자연흡기 엔진 장점은 단순한 구조로 부품 수가 굉장히 적다는 장점이 있습니다.
공기를 압축하는 터보차저나 압축된 공기의 열을 식히는 인터쿨러 그리고 높아진 압력을 조절하는 밸브 등이 없기 때문에 구조가 상당히 단순하다는 특징이 있습니다.
그리고 공기를 강제로 밀어 넣지 않기 때문에 엔진에 가해지는 압력이나 열이 적어서 장기적으로 유지 보수하는 데 비용이 적게 발생한다는 장점이 있습니다.
4) 독특한 배기음
네 번째 자연흡기 엔진 장점은 배기음이 독특하다는 것으로 6기통과 8기통의 자연 흡기 엔진 소리가 굉장히 특이하여 많은 사람들로 하여금 엄청난 선호를 갖고 있습니다.
터보차저 엔진의 경우 배기가스의 힘으로 터보를 돌리기 때문에 배기음이 터빈을 지나면서 많이 줄어들게 됩니다.
하지만 자연 흡기는 연소실에서 빠져나온 배기가스가 별다른 방해 없이 곧바로 배기구까지 이어지기 때문에 엔진에서 발생하는 날카롭고 거친 배기음이 발생하는데 이 소리를 많은 사람들이 좋아하는 편입니다.
4. 자연흡기 엔진 단점
1) 낮은 출력
첫 번째 자연흡기 엔진 단점은 출력이 낮은 것입니다.
자연흡기에서 더 강한 힘을 내기 위해서는 더 많은 공기가 필요하지만 어쩔 수 없이 1기압의 힘으로만 공기를 빨아들여야 한다는 단점이 있습니다.
사실 출력을 높이기 위해서는 배기량이라고 불리는 엔진 자체의 크기를 키워야 하는데 2.0L의 엔진에서는 150 ~ 160마력도 내기 힘들어서 3.0 ~ 4.0L 이상의 큰 배기량이 필요해집니다.
또한 대기압에 의존하기 때문에 공기 밀도에 민감한데 강원도와 같이 해발고도가 높아 공기 밀도가 낮은 곳에서는 덩달아 출력이 낮아진다는 단점이 있습니다.
2) 낮은 연비
두 번째 자연흡기 단점은 연비가 낮은 것이지만 이는 예전 이야기이며 현재는 다운사이징 터보 기술로 인해 연비를 많이 보완하였습니다.
앞에서 말씀드렸듯이 출력을 높이기 위해서는 배기량이 많아야 하는데 그로 인해 소모되는 연료의 양 또한 많아진다는 단점이 있습니다.
그리고 최대 토크가 높은 RPM에서 나오기 때문에 일상생활에서의 낮은 RPM 구간에서는 힘이 약해서 가속 페달을 더 많이 밟아야 하기 때문에 연비가 나빠진다는 단점이 있습니다.
3) 비친환경적
세 번째 자연흡기 단점은 친환경적이지 않기 때문에 각종 환경 규제의 대상이 된다는 것입니다.
배기량이 커지면 연료 소모량이 많아지는데 그로 인해 이산화탄소 배출량 또한 덩달아 많아지게 됩니다. 따라서 정부가 시행하는 이산화탄소 배출 규제에 따라가기 힘들다는 단점이 있습니다.
그리고 자동차 제조사는 부족한 연비와 출력을 보완하기 위해 다운사이징 터보나 하이브리드 차량이라는 선택을 할 수밖에 없다는 단점이 있습니다.
5. 글을 마치며
자연흡기 엔진은 효율성과 환경 규제라는 측면에서 많이 도태되어 조금씩 사라지고 있는 엔진 중 하나입니다.
심지어 터보차저 엔진의 발전은 자연흡기의 장점 중 하나였던 반응성을 지니고 있기 때문에 더욱 자연흡기를 사용할 이유가 사라지게 되었는데요.
현재 가성비 차량이나 경차에서 터보차저 엔진을 사용할 비용마저 아끼기 위해 자연흡기가 사용되고 있는 것처럼 저렴한 것의 대명사처럼 되어가고 있습니다.
하지만 효율성이나 환경 문제에서 벗어나 운전자의 의도대로 즉각적인 반응을 보여주는 측면에서 다루기 쉽고 운전자의 애착이 가는 것은 부정할 수 없는 사실이라고 생각합니다.
따라서 포르쉐 911 GT3나 람보르기니 V10 또는 V12 등 일부 모델에서는 자연흡기만 줄 수 있는 감성이나 즉각적인 반응성을 위해 자연 흡기 엔진을 탑재해 오고 있습니다.
그렇기 때문에 자연흡기의 장점은 그대로 가져가되 연비와 출력을 높이면서 친환경적인 엔진으로 보완되어 나왔으면 좋겠습니다.