회전속도계

자동차 회전속도계

회전속도계 레드존 상태

회전속도계(回轉速度計, tachometer)는 기기에 있어 축의 회전속도를 측정하여 나타내는 계기판이다. 회전속도계는 계량기, 측정기, 회전계의 일종이다. 주로 자동차 엔진의 분당 회전수(RPM)를 측정하는 것으로 한정되어 해석된다. 속도를 의미하는 그리스어인 'takhos'에서 유래하여 타코미터(tachometer)라고 부르기도 한다.

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개요

회전속도계는 운전할 때 엔진이 얼마만큼 일하고 있는지, 자동차 엔진 모터의 회전수를 운전자에게 보여주는 역할을 한다. 하지만 자동변속기에 익숙해진 운전자는 엔진 회전수에 따라 직접 변속을 하지 않아도 돼서 타코미터에는 별 관심이 없는 편이다. 하지만 엔진에 있어서는 운전 상황을 좌우하는 중요한 요소가 회전수이다. 회전수의 변화에 따라서 엔진의 파워, 토크, 응답성 등 특성이 크게 변하기 때문이다. 최적의 엔진 효율을 내기 위해선 파워밴드라는 회전수 영역이 되도록 해야 한다. 만일 이 영역에 못 미친다면 최악의 경우는 엔진이 파손될 수도 있다. 그리하여 타코미터는 엔진을 효율적으로 운전하는 과정, 즉 속도를 높이기 위해 출력을 끌어올리거나 연료를 아끼기 위해 연비 운전을 할 때 중요한 정보인 엔진 회전수를 운전자에게 보여주는 역할을 한다.

역사

디지털 회전속도계

최초의 타코미터는 기계식으로 원심력 측정을 기반으로 설계되었다. 1817년에는 기계의 회전속도를 측정하는 데에 사용되었고, 1840년에는 차량 엔진의 회전속도를 측정하는 데에 사용이 되었다. 차량뿐만 아니라 의료분야에서도 정맥에 배치된 터빈이 회전하는 속도로부터 혈류속도를 측정하는 혈액 측정계로도 쓰였다. 1930년에는 엔진회전계를 자동차의 계기판에 표시하기 시작하였다. 시간이 지나 1950년대 자기식 타코미터가 개발이 되었는데, 자석을 전선에 의해 회전시켜서 마주 보고 있는 금속판을 유도하고 바늘을 이동시키는 방식이었다. 회전하는 자석에 전류를 발생시키는 원리로 푸코식이라고 불린다. 이는 원심력을 이용한 방식에 비하여 내구성이 뛰어나서 21세기에 들어서도 자동차나 이륜차의 타코미터 등에 일부 채용되고 있다. 1970년대에 들어서면서 회전수를 센서에 의해 펄스 카운트 혹은 점화를 위한 스파크 플러그에 인가되는 펄스전압을 읽고 계산하여 계산량을 전압량으로 변환하고 전압계를 움직이는 전기식 타코미터가 개발이 되었다. 1970년대 당시에는 오일쇼크로 인하여 자동차의 연비가 가장 중요시되는 때였는데, 연비를 향상시키기 위해서는 엔진의 연소효율의 최적화 제어가 요구되었다. 제조업체의 대부분은 전기식 타코미터가 연료 공급과 전자제어에 의해 실현시키기 위해서는 최적의 연료 공급을 위해 엔진의 정확한 회전수를 측정할 필요가 있었고, 따라서 엔진의 회전을 측정하는 센서가 설치되었다. 본래 엔진제어를 위한 회전 센서는 있었지만 이로 인하여 전기식 타코미터는 저렴하게 설치될 수 있었다. 1980년대에는 센서 부분은 전기식과 같은 구조로 미터 부분을 디지털로 표기하는 디지털 타코미터가 등장하였지만 유행을 타지 못하고 바늘식이 주류를 이루었다.

특징

차량에 사용되는 회전속도계는 속도계의 오른쪽에 위치되어 있거나 왼쪽에 위치되어 있는 경우도 있다. 여러 가설 중 하나에 의하면 중앙 또는 오른쪽에 있는 정보가 인지성이 뛰어나다고 하여 보통 일상 주행에서는 속도의 정보가 중요하기 때문에 속도계가 계기판의 오른쪽에 있는 경우가 많지만 퍼포먼스가 중요한 자동차는 타코미터를 계기판의 오른쪽에 배치하기도 한다. 일부 슈퍼카에는 아예 타코미터의 위주로 계기판을 조성하기도 해서 타코미터만 가운데에 혼자 있는 경우도 많다. 타코미터의 RPM 게이지는 디젤 자동차와 가솔린 자동차 서로가 다른데, 우선 일반적으로 디젤은 6,000RPM까지 설정되어 있고, 가솔린은 보통 8,000RPM까지로 상대적으로 높게 되어있다. 이는 디젤과 가솔린의 착화 방식에서 차이가 생기는 데에 있다. 디젤은 연료를 압축시켜서 발화점까지 온도가 올라가게 만들어 폭발하는 압축 착화 방식으로 가솔린의 전기 스파크를 일으켜 만튼 폭발 방식보다는 디젤 압축압력이 강할 수밖에 없다. 두 번째 이유로 엔진 구조의 차이로 가솔린 엔진은 일반적으로 디젤 엔진보다는 스트로크가 짧은데, 스트로크는 실린더가 피스톤에서 움직이는 거리로 이 거리 차이로 인해 레드존의 차이를 만들어낸다. 같은 회전수로 운동해도 디젤엔진이 가솔린보다 더 많이 움직이기 때문에 디젤은 레드존 영역이 비교적 적은 곳에 형성되어 있어 마찬가지로 RPM 영역도 적게 표시한다.

레드존

타코미터를 보면 엔진의 고회전 영역에 적색으로 표시된 경우가 있는데, 이 적색의 영역을 레드존(Red zone)이라고 칭한다. 엔진을 구성하는 기구는 물리적으로 회전할 수 있는 한계점이 있어서, 만일 타코미터의 바늘이 레드존 영역에 있다면 한계 회전수 이상으로 회전이 되고 있다는 오버런이 진행되고 있음을 알린다. 일반 주행에서는 수동변속기일 경우 의도적으로 레드존까지 올라가는 경우가 드물고, 자동변속기일 경우 레드존 한참 전의 권장 변속 RPM에서 자동으로 변속이 이루어져서 레드존까지 도달하기 힘들지만 모터스포츠의 경우에는 극단적인 가속력을 요할 때 RPM을 의도적으로 끌어올리기 때문에 타코미터 바늘이 레드존에 있는 것을 주로 볼 수 있다. 오버런이 진행되면 상황에 따라 다르지만 극단적으로는 엔진이 손상되는 것은 확실하고, 단 한 번의 오버런으로 엔진이 타서 눌러 붙고, 엔진의 모든 기능을 상실할 수도 있어서 큰 위험이 따른다. 차량마다 레드존 구역은 휘발유 엔진 승용차는 대략 6000rpm 이후, 일반적인 125cc 오토바이의 경우 1만 rpm 정도, 600cc 정도의 스포츠 바이크나 F1 등의 모터스포츠 머신의 경우 1만 6천~2만 rpm 정도, 3,000cc 이상의 스포츠카들은 8,000RPM 이후, 디젤 엔진 승용차, 승합차, 소형상용차(카운티 같은 소형버스, 3.5톤 미만의 트럭)는 3,500rpm 이후, 대형 상용차(버스, 트럭)의 경우에는 2,000~2,500rpm 정도의 위치에 레드존 마킹이 형성되어 있다.

원리

• 가솔린 기관용 타코미터: 타코미터는 기관의 회전 속도를 나타내는 가동 선륜형 미터와 점화 코일의 1차 회로에서 점화 신호를 검출하는 전자회로로 구성되어 있다. 펄스식은 점화코일의 (-) 단자에서 발생하는 전압을 전자회로에서 검출한 후에 이 전압을 전류로 변환시켜 외부로 출력이 된다. 이 전류는 가동 선륜형 미터에 공급되어 미터는 흐르는 전류에 따르는 값을 미터에 나타내고 전자회로의 출력 전류는 기관의 회전속도와 비례하여 변화되기 때문에 흔들리는 상태로 기관의 회전속도를 나타내게 된다. 만일 이 회로의 노후가 발생하여 저항이 발생할 경우에는 보이는 게이지가 실제보다 낮아질 수 있다.
• 디젤 기관용 타코미터: 디젤 기관용 타코미터는 두 가지 방식이 있는데 독립형 연료 분사 펌프를 사용한 경우 펌프 내부에 플런저를 상하로 작동시켜 캠이 기관의 실린더 수와 동일하게 설치되어 있으므로 이중에서 1개의 캠 부근에 영구 자석과 코일을 조합시킨 검출기를 설치하면 캠이 픽업에 가까워지거나 멀어지므로 펄스가 발생된다. 이 펄스는 별도의 회로에 입력되어 미터를 작동시키는 신호로 변환되고 기관의 회전속도가 상승하면 시간당 펄스가 증가해 이동량이 커지게 된다. 분배형 연료 분사 펌츠의 경우 거버너가 내장되어 기어 부근에 검출기를 설치하여 엔진 회전수에 따라 기어의 회전속도에 변화를 주므로 이 기어의 회전속도를 검출하여 계기판의 엔진회전계로 표시하도록 한다.

참고자료

• 〈RPM이 뭐예요? 타코미터 보는 법〉, 《영현대》, 2020-06-05
• 〈타코미터〉, 《위키백과》
• Top class, 〈타코미터(Tachometer)란 무엇인가?〉, 《네이버 블로그》, 2020-05-07
• 〈계기판〉, 《나무위키》
• Top class, 〈타코미터(回轉速度計)〉, 《네이버 블로그》, 2011-02-25
• 양태식, 〈(스크랩) rpm 레드존을 넘기면 엔진은?〉, 《다음카페》, 2011-08-26
• 〈레드 존(동음이의어)〉, 《나무위키》
• 〈레드 존(동음이의어)〉, 《나무위키》
• 김경관, 〈((이론))타코미터 (Tachometer)의 이해〉, 《다음카페》, 2004-01-23

같이 보기

• 회전
• 속도계
• 엔진
• 모터
• RPM
• 계기판
• 인스트루먼트 패널

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