첨단 기술의 종합 세트인 자동차의 발전과 함께 심장 역할의 엔진도 크게 변화하였습니다. 이 번 글에서는 엔진을 어떻게 배치하느냐 따라 달라지는 엔진의 성능과 특성을 자세히 살펴보도록 하겠습니다.
기통 수에 따른 엔진 특성
기통 수는 연료의 폭발에 의해 피스톤을 움직여서 동력을 발생시키는 엔진의 실린더(Cylinder) 개수를 의미합니다.
기통 수가 늘어나면 당연히 파워가 증가하므로 프리미엄 고급 차량이나 슈퍼카에는 6 기통 이상의 다기통 수의 엔진이 장착됩니다.
따라서 실린더가 4개면 4 기통 엔진, 6개면 6 기통 엔진, 8개면 8 기통 엔진, 12개까지 늘어나면 12 기통 엔진이라고 말합니다.
하지만 지구 환경오염에 대한 경각심이 높아지고 세계적인 탄소 배출량 제재에 따라 저 배기량 고성능 엔진 즉 다운사이징 엔진을 사용하는 추세에 따라 프리미엄 차량에도 직분사 터보 차저를 적용한 4 기통 엔진이 많이 적용되고 있으며 조금 더 비용을 들여야만 6 기통 이상의 차량을 구입할 수 있습니다.
가로/세로 배치에 따른 엔진 특성
실린더 내에서 왕복하는 피스톤의 직선 운동이 회전 운동으로 바뀌게 되는 크랭크 축이 바퀴의 차축과 평행하면 가로 배치라고 하며 수직이면 세로 배치라고 합니다.
아래 그림에서 볼 수 있듯이 가로 배치 엔진은 변속기를 통해 바로 바퀴의 차축에 연결할 수 있으므로 동력 전달을 위한 추가 부품이 필요하지 않고 전달과정에서의 동력 손실도 최소화할 수 있습니다.
따라서 대부분의 전륜 구동 자동차에 주로 사용되는 배치이며 엔진룸 공간도 상대적으로 작아지므로 실내 공간의 활용도를 높일 수 있습니다.
하지만 가장 무거운 엔진이 앞쪽에 치우치게 되므로 앞뒤 무게 배분과 균형 측면에서는 불리하므로 고속 주행 보다는 효율이 강조되는 차량에 많이 적용됩니다.
반면 세로 배치는 엔진의 크랭크 축이 바퀴의 차축과 수직이고 뒤바퀴를 구동하는 프로펠러 샤프트와는 평행이므로 변속기를 통해 연결하면 후륜 구동차에 적용할 수 있는 배치가 됩니다.
동력 전달 과정이 길어지므로 동력 손실이 발생하고 고가의 추가 장치들이 필요하지만 차량의 뒤쪽으로 추가 장치의 무게와 엔진 무게의 일부가 배분되면서 밸런스가 좋아져 주행 안정성이 향상됩니다.
실린더 배열 방식에 따른 엔진 특성
엔진 실린더를 1열로 배열하는 것이 가장 일반적이며 실린더의 점화 순서를 미세하게 조정하여 발생하는 진동이나 소음도 최소화되도록 설계할 수 있는 장점도 있습니다.
경우에 따라서는 'Linear'의 이니셜 L자를 사용하여 L4, L6 엔진으로 부르기도 하지만 직렬 4 기통, 직렬 6 기통 등으로 단순하게 부르기도 합니다.
이것은 직렬 배치 엔진이라고 하며 영어의 'Inline'의 이니셜 I자를 사용하여 4기통 엔진을 I4 엔진, 6기통 엔진을 I6 엔진이라고 부릅니다.
하지만 6기통 이상의 엔진은 가로 배치나 세로 배치를 해도 공간이 부족하거나 실린더의 안지름인 보어(Bore)의 크기에 제약이 발생합니다.
그래서 개발된 엔진이 V형 엔진입니다. 아래 그림과 같이 6기통 V형 엔진 V6는 직렬 3기통 엔진 2개를 병렬로 연결한 형태로 직렬 6기통에 비해 공간 효율성이 증가하고 설계를 최적화하기가 상대적으로 용이합니다.
이와 같은 방식으로 V8 엔진은 직렬 4기통 엔진을 병렬로 연결하고 V12 엔진은 직렬 6기통 엔진을 병렬로 연결하여 프리미엄 고급 차량이나 슈퍼카에 장착하게 됩니다.
수평대향 엔진은 이러한 V형 엔진에서 엔진 배열이 이루는 각도가 180인 수평 형태의 엔진을 말하며 박서(Boxer)형 엔진이라고도 불립니다.
V6의 엔진 배열이 이루는 각도는 60도에서 V8 엔진은 90도에서 진동과 안정성이 최적화 된다고 알려져 있습니다.
수평대향 박서 엔진의 가장 큰 장점은 자동차에서 가장 무거운 엔진의 물리적 높이가 낮아 무게 중심이 바닥 쪽으로 이동하여 고속 주행 시의 안정성이 크게 향상된다는 것입니다.
그러나 전체적인 엔진 설계가 상대적으로 어렵다고 알려져 있으며 고속 안정성, 독특한 엔진 구조와 엔진음을 포인트로 스바루(4기통, 6기통), 포르셰(6기통), 페라리(12기통) 등의 고성능 스포츠카에 많이 적용하는 엔진 방식입니다.
