토크 마력 차이 변환 공식으로 계산하는 법

토크 마력 차이가 무엇인지 궁금하셨나요? 우선 토크와 마력이 무엇인지 알아보고 나서 토크 마력 차이를 살펴본 후 토크 마력 변환 공식을 활용하여 예시를 통해 직접 토크 마력 계산해 보았으니 아래의 내용을 통해 언제든지 토크 마력 환산할 수 있기를 바랍니다.

1. 들어가는 글

자동차를 구매하기 전 우리는 제원표를 보게 되는 데 이때 최대 토크와 최고 출력이 어떤 차이인지 몰라 헷갈릴 수 있습니다. 마력 토크 차이는 어떤 차이가 있으며 그로 인해 실제 주행 시 어떻게 다른지 정확하게 알기는 어렵다고 생각합니다. 게다가 전기차가 많이 대중화되면서 RPM 없는 최대 토크라는 개념까지 등장하여 사람들에게 더욱 혼란을 가져오고 있는데요.

따라서 이 글에서는 실제로 운전자가 어떻게 느끼며 엔지니어들이 실제로 사용하는 토크 마력 공식까지 자세히 다루었으니 아래의 내용을 통해 토크 마력 차이가 무엇인지 자세히 알아보시기를 바랍니다.

2. 토크

토크는 물리학에서는 회전력을 의미하는데 멈춰 있는 물체를 움직이거나 회전축을 비트는 데 필요한 힘이 순간적으로 발생하는 크기를 의미합니다.

예를 들어 꽉 잠겨 있는 병뚜껑을 열려고 할 때 손목에 들어가는 힘이나 육상 선수가 스타트 블록을 발차고 나갈 때 발생하는 힘을 토크라고 생각하면 됩니다.

토크의 단위는 나라에 따라 총 3가지로 나뉩니다. kgf m(킬로그램 포스 미터)은 한국과 일본에서 주로 사용하며 1kgf.m은 1m의 막대 끝에 1kg의 물체를 매달았을 때 축에 걸리는 회전축을 의미합니다. N M(뉴턴 미터)은 국제 표준 단위로 전 세계적으로 가장 널리 사용되며 1kgf.m은 약 9.8N.M에 해당합니다. 마지막으로 lb ft(파운드 피트)는 미국과 영국 등 파운드를 사용하는 곳에서 주로 사용합니다.

또한 운전할 때 엑셀을 밟는데 이때 몸이 시트 뒤로 파묻히는 느낌이 토크를 느낄 수 있습니다. 만약 토크가 높다면 무거운 짐을 싣고도 언덕을 잘 올라갈 수 있으며 갑자기 차를 출발할 때 가속력을 쉽게 낼 수 있습니다.

그리고 전기차는 내연기관 자동차와 달리 전기 모터가 회전하는 즉시 최대 토크를 낼 수 있는데 이는 내연기관 차량이 특정 RPM에 도달해야 힘을 낼 수 있는 것에 반해 전기차는 모터를 통해 즉각적인 토크를 사용할 수 있습니다.

3. 마력

마력은 일률(Power)을 의미하는데 일정 시간 동안 얼마나 많은 일을 할 수 있는지를 의미합니다. 따라서 토크가 한 방에 얼마나 큰 힘을 낼 수 있는지였다면 마력은 그 힘을 유지하면서 얼마나 빨리 달릴 수 있는지를 의미합니다.

예를 들어 역도 선수가 무거운 역기를 한 번에 들어 올리는 힘이 토크라면 그 역기를 든 채로 100m를 얼마나 빨리 뛸 수 있는지가 마력입니다.

마력의 단위 역시 나라에 따라 3가지로 나뉩니다. HP(Imperial Horsepower)는 제임스 와트가 증기기관의 성능을 설명하기 위해 만든 단위로 주로 영미권에서 사용합니다. PS는 독일식 마력 단위로 한국에서도 이 단위를 많이 사용합니다. kW(킬로와트)는 가장 과학적이면서 정확한 단위로 전기차에서 모터 출력을 나타낼 때 사용되고 있습니다.

운전자는 마력을 최고 속도와 고속 주행 시 가속력에서 느낄 수 있습니다. 만약 마력이 높다면 높은 속도에서도 더 높은 속도를 낼 수 있습니다. 예를 들어 고속도로에서 시속 100km로 달리고 있다고 하더라도 더 높은 속도를 내기 위해서는 높은 마력이 필요합니다.

물론 토크가 높다고 하더라도 높은 엔진 회전수를 유지하지 못하면 마력이 낮을 수 있습니다. 반면, 토크가 낮더라도 높은 속도로 엔진을 회전할 수 있다면 마력은 높게 나올 수 있습니다.

지금까지 토크와 마력에 대해 자세히 알아보았다면 토크와 마력은 어떤 차이가 있는지 아래의 내용에서 자세히 알아보도록 하겠습니다.

4. 토크 마력 차이

마력은 차를 팔게 하고 토크는 경주에서 이기게 한다는 말이 있는데 이는 반만 맞고 반은 틀린 내용입니다. 그렇다면 토크 마력 차이는 무엇인지 아래의 표를 통해 자세히 알아보도록 하겠습니다.

토크 마력 차이는 정의와 주행 체감 그리고 엔진과 유리한 환경에 있어 차이가 발생합니다.

토크는 회전시키는 힘을 의미하지만 마력은 일을 하는 속도를 의미합니다. 그리고 토크는 출발 시 가속하거나 언덕을 오르는 등에서 토크를 느낄 수 있지만 마력은 최고 속도에 도달하는 과정이나 높은 속도를 유지할 때 마력을 느낄 수 있습니다.

토크는 디젤 엔진에서 주로 사용되며 초기 전기차 모터에 중요하지만 마력은 가솔린 엔진이나 터보 차저에서 중요합니다. 또한 높은 토크는 시내 주행이나 오프로드 또는 화물 운송에서 유리하지만 높은 마력은 아우토반이나 서킷에서 유리합니다.

지금까지 토크 마력 차이에 대해 알아보았다면 어떻게 둘을 변환할 수 있는지 아래의 내용에서 토크 마력 환산 공식에 대해 자세히 알아보도록 하겠습니다.

5. 토크 마력 변환 공식

다행히 토크와 마력은 분당 회전수라고 불리는 RPM이라는 공통점이 있어 토크 마력 환산할 수 있는데 그럼 토크 마력 공식은 무엇인지 아래의 내용에서 자세히 알아보도록 하겠습니다.

• P = τ * ω

일률(P)은 토크(τ)에 각속도(ω)를 곱한 값입니다. 그렇다면 토크 마력 계산은 어떻게 하는지 자세히 알아보도록 하겠습니다.

• HP = 토크(lb ft) * RPM / 5,252

미국 등 파운드를 사용하는 곳에서 마력(HP)는 토크(lb ft)에 RPM을 곱한 후 5,252로 나눈 값입니다.

여기서 5,252로 나누는 이유는 1마력(33,000 lb ft/min)과 라디안 단위를 변환하는 과정에서 나온 상수인데 모든 다이노 그래프에서 토크와 마력 곡선은 5,252RPM에서 교차하기 때문입니다.

• PS ≒ 토크(kgf.m) * RPM / 716

한국이나 독일 등에서 사용하는 마력(PS)은 토크(kgf.m)에 RPM을 곱한 후 716으로 나눈 값입니다. 물론 조금 더 정확하게 말하자면 716.2로 나누어야 하지만 쉽게 구하기 위해 716으로 나누고 있습니다.

전기차나 내연기관 자동차를 비교한다면 킬로와트(kW)와 마력(PS, HP)로 변환하는 것이 중요한데 어떻게 변환할 수 있는지 알아보도록 하겠습니다.

• 1kW ≒ 1.36PS
• 1PS ≒ 0.7355kW
• 1HP ≒ 1.014PS

1kW는 약 1.36PS 정도라서 1PS는 0.7355kW 정도 해당합니다. 또한 1HP는 약 1.014PS 정도 해당하기 때문에 영국에서 사용하는 마력이 독일에서 사용하는 마력보다 조금 더 강한 편입니다.

지금까지 토크 마력 공식에 대해 알아보았는데 이 공식을 바탕으로 실제로 어떻게 토크 마력 변환할 수 있는지 예시를 통해 토크 마력 계산해 보도록 하겠습니다.

최대 토크가 40kgf.m이며 최고 출력이 6,000RPM에서 발생한다고 가정해 보도록 하겠습니다. 그럼 이 차량의 마력은 얼마일까요?

이 차의 마력(PS)은 40*6,000 / 716으로 약 335.19PS입니다.

따라서 이 차는 6,000RPM에서 약 335마력을 낼 수 있지만 실제 엔진은 높은 회전으로 갈수록 흡기 효율이 떨어져 토크가 내려갈 수 있습니다. 그렇기 때문에 최대 토크는 주로 1,500에서 4,000RPM일 때 나오며 마력은 토크가 조금 떨어지더라도 회전수를 통해 6,000RPM 이상에서 최대치로 나올 수 있게 됩니다.

그렇다면 이런 토크 마력 공식을 현대의 전기차에서는 어떻게 활용할까요?

전기 모터는 전기가 흐르는 순간부터 바로 최대 자기장을 형성하기 때문에 내연기관처럼 회전수가 올라갈 때까지 기다릴 필요가 없습니다. 따라서 0RPM부터 최대 토크를 낼 수 있다는 장점이 있습니다.

또한 예전 전기차에서는 높은 속도에서 효율이 떨어진다는 단점이 있었지만 요즘에 출시하는 전기차에서는 2단 변속기나 고효율 모터 기술을 이용하여 높은 RPM에서도 토크가 내려가는 것을 막아서 높은 마력을 유지할 수 있습니다.

6. 자주 묻는 질문

1) 토크가 높으면 제로백이 빠른가요?

대체로 토크가 높으면 제로백이 빠르긴 하지만 무조건 그렇기만 한 것은 아닙니다.

물론 초반 가속에서는 토크가 중요하기 때문에 토크가 높은 것이 제로백에 미치는 영향이 클 수 있습니다. 하지만 시속 60km를 넘어가는 시점부터는 토크보다 마력이 높은 것이 더 중요합니다.

따라서 시속 60km 이전까지는 토크가 높은 것이 유리하지만 그 이상부터는 마력이 높은 것이 더 중요합니다.

2) 디젤차보다 가솔린차가 더 마력이 높은 이유가 뭐에요?

디젤 엔진은 무겁고 폭발 압력이 강해서 회전수를 높게 사용하기 어렵습니다. 따라서 디젤 엔진에서는 일반적으로 4,500rpm이 한계인 경우가 많습니다.

그리고 마력은 토크 * rpm인데 RPM을 높이지 못하기 때문에 토크가 아무리 높더라도 마력은 낮을 수 있습니다.

3) 1마력은 말 한 마리가 내는 힘인가요?

18세기에 제임스 와트가 탄광에서 일하는 조랑말의 작업량을 평균 낸 후 50%를 더 올려서 만든 수치입니다. 따라서 실제로 말 한 마리가 낼 수 있는 순간적인 힘은 최대 15마력까지 낼 수 있다고 합니다.

다만, 그 힘을 지속적으로 내기 힘들기 때문에 현실적으로 말 한 마리는 1마력의 힘을 낼 수 있다고 봐도 무방하다고 생각합니다.

7. 나가는 글

지금까지 토크 마력 차이는 무엇이며 어떻게 둘을 변환할 수 있는지에 대해 자세히 알아보았습니다.

만약 무거운 짐을 싣고 다니거나 시내에 자주 다닌다면 최대 토크가 높은 차량을 구매하는 것을 추천해 드립니다.

반면, 고속도로를 자주 이용하거나 높은 속도로 달리는 것을 선호한다면 최고 출력이 높은 차량을 구매하는 것을 추천해 드립니다.

물론 터보차저가 장착된 가솔린 차량이나 높은 성능의 전기차를 구매한다면 최대 토크와 최고 출력 모두 훌륭할 것이니 이 점 참고하시기를 바랍니다.