내 차가 더 강력한 머신으로 탈바꿈 하는 방법, 자동차 튜닝 제 1탄!
안녕하세요, 토비토커 카레귀신입니다.
얼마 전 그란투리스모 6에 대한 포스팅에는 7세대 콜벳 스팅레이 기본형을 가지고 게임에 대해 전반적으로 알아보고, 뉘르부르그링을 달려보는 시간을 가졌습니다.
그런데 게임에 익숙해지고 코스에 대해 자신감이 점점 붙으니, 기본형으로 달리기에는 무언가 심심한 느낌이 점점 들어옵니다.
내 차가 조금만, 조금만 더 빠르면 더 짜릿하게 트랙을 돌 수 있을텐데....
이와 같은 생각이 든 순간, 어느덧 손은 이미 튜닝 메뉴를 향해 레버를 빠르게 움직이고 있었습니다.
이번 포스팅에서는 게임을 좀 더 재밌게 즐기고 아울러 자동차에 대한 기본 지식도 익힐 겸, 자동차 튜닝에 대해 시리즈로 알아보도록 하겠습니다. 튜닝의 기초 및 차량 동역학의 기본원리를 알아보는 만큼 튜닝에 대한 복잡한 설명은 지양하고, 튜닝을 통해 차량의 특성이 어떻게 바뀌는지 최대한 쉽게 알아보겠습니다.
자동차의 성능을 끌어올리는 필수적인 요소
자동차 튜닝으로 인한 성능의 극대화를 알아보기 위해서는 우선적 몇가지 물리 공식을 이해할 필요가 있지만, 공식의 유도과정이나 물리 용어가 복잡하고 어렵기 때문에, 여기서는 아~~~~주 간단하게 언급만 하고 넘어가기로 합니다.
먼저 보시는 첫번째 그림은 아베오RS가 언덕을 올라가고 있을 때 서스펜션의 영향을 배제하고 작용하는 힘과 하중의 분포를 간단하게 도식화 한 것이고,
두번째 그림은 아베오RS가 코너를 돌고 있을 때 서스펜션이 코너링에 어떤 작용을 주는지 보여주는지 도식화 한 것입니다.
끊임없이 찬양을 해도 모자를 만큼 위대한 법칙인 뉴턴의 운동 제2법칙을 이용하여 운동방정식을 유도하고 각각의 항들에 대해 설명해 드려야 하지만 머리가 많~~~이 아파오기 때문에 과감하게 생략하고, 추후에 튜닝에 대해 좀 더 자세하게 공부할 때 설명해 드리겠습니다.
아무튼, 차량의 성능을 끌어올리기 위해서는 위의 그림의 항들을 이용하여 보통 다음의 과정이 필요하다는 것만 말씀 드립니다.
(1) 가속도의 증가 : 출력향상, 엔진 반응성 개선, 짧은 기어비, 무게 경량화, 접지력의 향상 등등
(2) 선회성능의 증가 : 무게 경량화, 낮은 무게중심, 짧은 휠베이스, 넓은 트레드, 전후 무게배분, 단단한 서스펜션 등등
튜닝을 통해 차량 성능을 끌어올려야 하는 인자 몇 가지를 위에 적어놓았으니, 이제 본격적으로 몇 가지 항목을 돌아보면서 튜닝을 시켜 보도록 하겠습니다.
첫 번째, 엔진의 튜닝
자동차가 기존보다 잘 나간다고 느낄 수 있는 가장 쉽고 확실한 방법은 바로 엔진의 출력향상입니다. 세계 유수의 자동차 메이커는 기존에 있던 엔진을 튜닝하거나, 혹은 새로운 강력한 엔진을 개발하여 엔진의 출력을 높입니다.
그림처럼 터보차저를 장착한 간단한 예시를 들면, 엔진의 출력향상은 기본적으로 토크의 상승으로 표현이 됩니다. 출력의 단위는 kW라는 일률인데, 다시 풀어서 이야기 하면 엔진의 토크가 자동차를 위해 할 수 있는 단위시간 당 일이라고 표현할 수 있지요.
때문에 터보차저 등 과급기 장착 등으로 토크를 크게 증가시키면, 엔진이 그 만큼 일을 더 많이 하고 있는 것이고, 그것을 표현해주는 수치인 마력, 즉 출력도 자연스럽게 높아지게 되는 것이지요.
주의할 점은 터보차저 엔진에서 엔진 크기에 맞지 않게 터빈의 용량을 무리하게 키울경우, 터보렉으로 인한 리스폰스의 악영향을 불러 일으킬 수 있습니다. 또한 같은 사이즈의 터빈이라고 해도 무리하게 출력상승을 시키기 위해 부스트압을 과하게 올려 공기를 무리하게 밀어넣을 경우 내구성에 심각한 손상을 입힐 수 있습니다.
또한 출력상승에는 흔히 '맵핑'이라고 불리는, ECM 소프트웨어를 변경하는 방법이 있습니다. 튜닝으로 인해 엔진의 하드웨어를 변경하였을 경우, 바뀐 사양에 맞게 최적화를 시키기 위해 연료분사량, 점화타이밍 등의 ECM 소프트웨어를 조정하는 편입니다. 하지만 제조사가 차량을 출고하였을 때는 출력/연비 뿐만 아니라 신뢰성/내구성 및 배기가스규제도 함께 고려하여 만들기 때문에 ECM 소프트웨어 변경에는 굉장히 신중한 접근이 필요합니다.
다른 방향으로는 흡/배기 튜닝을 통한 반응성 개선이 있습니다. 주로 자연흡기 엔진의 튜닝에서 사용하는데, 리스폰스라고도 하는 엔진의 반응성을 개선시켜 차량을 민첩하게 움직이는 것입니다. 이 흡배기 튜닝은 과급기와 같이 엔진출력을 드라마틱하게 상승시키지는 못하는 대신 엔진의 반응성을 극한으로 끌어올려 과급기 엔진보다 더욱 민첩하게 움직일 수 있게 합니다.
흡/배기 튜닝의 예로는 에어클리너의 타입교체(박스형->오픈형) 이나 용량 교체, 흡기 매니폴드 형상 교체와 같이 흡기가 매끄럽고 빨리 엔진으로 들어올 수 있게 만드는 방법이나, 배기 매니폴드 형상 교체 및 머플러 교체와 같이 배기가 매끄럽고 빨리 나갈 수 있게 만드는 방법이 있습니다.
한편, 엔진을 구성하는 각 파트들을 경량화 함으로써 회전관성을 줄여 엔진의 한계회전수를 상승시킴으로써, 최대출력은 더욱 높이고 반응성도 같이 향상시키는 방법도 있습니다.
그럼 그란투리스모로 돌아와서 각각의 항목에 대해 튜닝을 하도록 하겠습니다. 여기서는 낮은 엔진RPM에서 반응성은 무시하고 오로지 최대출력 상승만을 생각하도록 하겠습니다.
과급기는 수퍼차저를 선택하고 흡+배기는 레이싱사양으로 선택하고 엔진의 각 파트를 경량화시켜, 높은 RPM에서의 최대출력 향상을 극대화 시키고 반응성도 날카롭게 만들도록 하겠습니다.
사진을 보시면 최대출력이 460ps에서 889ps로, 최대토크가 64kg·m에서 112kg·m로 약 두배 가까이 상승하였고, 엔진파트 경량화로 인해 엔진 한계회전수는 7000rpm에서 8000rpm으로 변한 것을 확인하실 수 있습니다.
두 번째, 구동계의 튜닝
다음으로 알아볼 항목은 구동계의 튜닝입니다. 엔진에서 나온 토크를 바퀴를 통해 구동력으로 전환해 주어야 하는데, 이 때 중간에서 토크의 방향전환 및 전달을 해주는 장치가 트랜스미션입니다.
여러분께서도 잘 아시다시피 트랜스미션은 종류가 여러가지 있지만, 그란투리스모 6의 튜닝항목은 토크컨버터 항목 없이 수동변속기 기준으로 되어 있으므로, 여기서는 단순하게 수동변속기만을 기준으로 합니다.
자동차의 구동력과 속도의 관계는 변속기의 기어비와 밀접한 관계가 있습니다. 자동차에서 사용하는 내연기관은 다른 기관 대비 토크의 특성이 플랫하게 나오기 때문에, 출발서부터 고속으로 달릴 때까지 기어 변속을 통해 적절하게 차속과 구동력을 상황에 맞게 분배해 주어야 합니다.
위의 그림처럼 엔진토크가 일정하고 종감속비가 3.00이라고 가정합니다. 기어비가 클 수록 바퀴에 전달하는 구동력은 커지지만 속도의 증가는 한계가 있고, 기어비가 작을 수록 빠른 속도로 달릴 수 있지만 구동력은 부족한 것을 확인할 수 있습니다. 때에 따라서 빠른 가속이 필요할 때도 있고, 최고속도를 높여 길게 유지해야할 때도 있기 때문에, 상황에 맞는 기어비를 선정하는 것이 중요합니다.
그란투리스모 6에서도 마찬가지로, 각 차량의 특성이나 돌고싶은 트랙의 성향에 맞춰 적절한 기어비를 선정하는 것이 매우 중요합니다. 다만 그란투리스모 6에서는 플레이어가 원하는 최고속도만 설정하면 기어비가 자동적으로 세팅 되도록 편리하게 되어 있습니다.
자동변속기 차량의 경우는 기계적인 특성 상 튜닝의 범위가 한정되어 있습니다. 토크컨버터의 교환을 통해 변속기의 토크증배 특성을 바꾸거나 TCM 맵핑으로 변속패턴 등을 바꿀 수는 있지만, 수동변속기처럼 기어비를 직접적으로 교환하기는 까다롭습니다.
이 밖에 전반적인 구동계통으로 확대를 하면, 기어비 외에도 플라이휠 혹은 클러치 플레이트나 후륜/사륜구동 차량의 드라이브 샤프트를 교환하여 차량의 리스폰스 특성을 날카롭게 바꿀 수도 있고, LSD (Limit Slip Differential) 혹은 구동력 분배장치를 통해 각 바퀴에 대한 구동력 분배를 조정할 수도 있습니다.
머리가 아프시죠? 잠시 쉬어가도록 하겠습니다.
방금 알아본 두가지는 파워트레인의 튜닝을 통해 엔진의 출력과 반응성, 변속기의 기어비 등을 조절하면서 차량의 전반적인 가속도를 증가시키는 법을 알아보았습니다.
복잡한 것을 말로만 이해하려고 하니 머리가 아파오는 군요. 잠시 쉬기로 하고, 다음 시간에는 경량화 및 서스펜션 튜닝이 코너링에 어떠한 영향을 주는지 알아보고, 또한 그란투리스모 6를 통해 차량의 특성이 어떻게 바뀌는지 확인하도록 하겠습니다.
이상 차량 운동방정식을 다시 기억해내느라 연습장에 썼다 지웠다 반복하고 있는 카레귀신이었습니다.
