수평대향 엔진
수평대향 엔진(Flat Engine, Horizontally Opposed Engine)은 수평대향 실린더가 있는 내연기관이다. V형엔진의 뱅크 각도를 최대한 넓힌 수평 형태로 엔진이 누워 있는 형태이다. 피스톤이 움직이는 모습이 마치 복싱선수가 두 주먹을 날리는 모습을 닮아 박서엔진(boxer engine)이라고도 불린다. 또, 영어 철자의 맨 앞글자인 F를 따서 F형엔진, 기통 수를 조합해 F4, F6로 표현하기도 한다.
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개요[편집]
수평대향 엔진은 두 개의 뱅크로 나누어진 실린더 배치가 180도인 엔진이다. 즉, V형엔진의 뱅크각을 180도로 만든 것이다. 보통의 엔진처럼 피스톤 운동이 상하가 아닌 좌우로 움직인다. 피스톤을 좌우로 마주보는 형태로 배치, 피스톤 간 관성력을 상쇄한다. 그렇기 때문에 진동이 줄고, 회전 균형이 뛰어나 고회전 영역까지 매끄럽게 오르는 게 장점이다. 또한 엔진의 높이가 낮아 차체 중심을 낮추는 효과가 있다. 수평대향 엔진을 주로 쓰는 자동차 제조사로는 포르쉐(Porsche)와 스바루(Subaru)가 있다. 포르쉐는 1949년부터 스포츠카 라인업에 꾸준히 수평대향 엔진을 쓰고 있다. 스바루는 1966년 5월 14일 출시한 소형 승용차 스바루1000에 처음으로 수평대향 엔진을 탑재한 이후 50년간 스바루의 대표 엔진 기술로 발전해 왔다. 현재는 스바루의 모든 제품에 해당 엔진이 적용되며, 누적 생산 대수도 1,600만 대에 이른다.[1][2]
역사[편집]
수평대향엔진은 1897년 독일의 카를 벤츠에 의해 만들어졌다. 1897년 메르세데스-벤츠의 도스 마 도스(Dos a Dos)란 차량에 처음 탑재했다고 전해진다. 카를 벤츠는 당시 플랫 엔진을 고안했는데, 실린더를 수평으로 눕힌 덕에 앞뒤 길이가 짧고 무게중심이 낮다는 장점이 있었다. 그러나 이 엔진을 여러 양산 모델에 적용하기엔 해결해야 할 문제점이 많았다. 실린더 아래 내벽에 스크래치가 많이 생기는 점, 엔진 좌우 너비가 상당히 넓어지는 점 등 여러가지 단점 때문에 결국 엔진 생산 단가가 올라가는 치명적 문제에 맞닥뜨렸다. 그러다 1938년, 독일의 국민차 프로젝트의 일환으로, 페르디난트 포르쉐 박사가 설계를 맡은 폭스바겐 비틀이 모습을 드러냈다. 수평대향 4기통 가솔린 엔진을 꽁무니에 얹고 뒷바퀴를 굴리는 RR 구동계를 품고 등장했다. 이후 1949년 제네바 모터쇼에서 공개된 포르쉐 최초의 스포츠카 포르쉐 356이 수평대향 4기통 1,582cc 엔진을 얹으면서 포르쉐 박서엔진의 역사가 시작됐다. 박서엔진의 효과는 상상 이상이었다. 엔진 회전이 부드럽고 반응 속도가 우수할 뿐 아니라 빠른 엔진 윤활, 낮은 무게중심이 대표적인 장점이다. 뿐만 아니라 실린더 헤드가 멀리 떨어져 있어 냉각에 유리하며, 커넥팅 로드 길이가 짧아 고회전에서도 매끈한 회전질감을 유지할 수 있다. 그 결과, 포르쉐 356은 1951년 르망 레이스에서 우승컵을 거머쥐며 박서엔진의 명성을 드높였다. 포르쉐가 모터스포츠 브랜드로 거듭나는 데 중요한 역할을 한 최초의 주역이 된 셈이다. 포르쉐 외에도 토요타나 폭스바겐, 페라리도 한때 이를 자체 개발하거나 채택했으나 지금은 쓰지 않는다. 대중차로는 유일하게 일본의 자동차 기업 스바루가 1966년 '1000'이라는 모델에 탑재한 이후 2010년 3세대 박서 엔진까지 꾸준히 적용하고 있다.[3][4]
특징[편집]
장점[편집]
수평대향 엔진의 장점은 낮은 무게중심으로 인한 안정성이다. 양옆으로만 움직이기 때문에 구조상 다른 엔진보다 납작하다. 이를 최대한 낮게 장착하면 I·V형엔진 장착 차량보다 차체 중심이 낮고 안정적일 수밖에 없다. 낮은 무게중심은 직선 구간과 회전 구간에서도 높은 안정성을 유지할 수 있다는 것을 의미하며, 민첩한 핸들링을 구현하게 한다. 또한 차량 동역학적으로 우수한 특성을 제공한다. 지금까지 수평대향 엔진을 장착하는 회사인 포르쉐와 스바루가 각종 레이싱 경기에서 두각을 나타내는 이유이다. 또한 낮게 깔리는 엔진 덕분에, 보닛의 높이를 낮춰 차의 형태를 한층 공기역학적으로 만들 수 있다. 시동이 꺼진 후에도 엔진 오일의 일부가 실린더 헤드에 남아 있기 때문에 시동 직후 빠른 윤활이 가능하다는 것도 수평대향 엔진의 장점이다.[5]
두 번째 장점으로는 특유의 부드러운 동력전개 특성이다. 수평대향 엔진의 짧은 커넥팅 로드의 길이는 고회전에 적합하며 엔진 회전 질감이 우수하다. 또한 서로 마주보며 움직이기 때문에 기계적으로 보면 상하 진동도 가장 적다. 그리고 부드럽게 엔진회전수(RPM)를 높일 수 있다. 그뿐만 아니라 더 가벼운 크랭크샤프트를 사용할 수 있는 덕분에 회전관성으로 인한 동력의 손실 저감도 기대할 수 있다.[6][7]
단점[편집]
수평대향 엔진은 기술적으로 구현이 어려운 만큼 가격이 비싸다. 가령, 수평대향 엔진은 위치를 낮출 수는 있으나 실린더가 좌우로 뻗어 있어 같은 배기량의 직렬엔진, V형엔진에 비해 엔진의 좌우 부피가 굉장히 넓다. 따라서 서스펜션이나 엔진 외의 부품을 배치하는 게 까다로울 수밖에 없다. 또한 이 때문에 배기량을 늘리는 것에도 한계가 있다. 포르쉐가 1990년대 초반까지 포르쉐 911의 엔진 냉각에 비효율적인 공랭식을 사용해 왔던 것도 911의 비좁은 후방 엔진룸 크기에 맞추기 위함이었다. 더욱이 실린더 내벽 스크래치를 막기 위해 피스톤의 모양을 특수하게 빚어야 하는데, 생산 비용이 높아 일반 승용차에는 적합하지 않다. 또한 적게 쓰이기 때문에 범용성도 낮다. 그래서 변속기나 구동 시스템 등 모든 부품을 독자 개발해야 한다. 이에 따른 단가 상승도 피할 수 없는 단점이며, 스바루 차량의 가격이 경쟁사 대비 높은 이유도 여기서 비롯되었다고 보면 된다.
낮은 엔진 구조와 특유의 좌우로 넓은 구조 때문에 엔진의 유지보수와 수리도 어렵다. 이러한 이유로 많은 제조사가 수평대향 엔진을 개발하거나 채택하지 않고 있다. 즉, 정비성이 직렬엔진이나 V형엔진에 비해 크게 떨어진다. 실린더 헤드가 좌우 양쪽에 2개가 설치되는 것은 V형엔진과 같지만, V형엔진의 실린더 헤드가 상부에 위치하는 반면, 수평대향 엔진은 좌우에 위치하며, 엔진의 구조 또한 복잡하기 때문에 정비성이 나쁘다. 심지어 점화 플러그를 교환하는 간단한 작업부터 난이도가 크게 오르며, 실린더 헤드를 들어내야 하는 작업이라도 해야 하는 경우에는 엔진을 들어내야 한다. 엔진 배기량을 늘리거나 연비 성능을 높이기도 쉽지 않다. 또한 특유의 구조로 인한 윤활의 문제도 단점으로 꼽히며, 중력으로 인해 실린더 내벽이 편마모되는 현상에 취약하다는 단점도 존재한다. 오늘날 생산되고 있는 최신의 수평대향 엔진 차량의 경우, 이러한 문제들을 여러가지 방법으로 극복하여 내구성에 큰 문제는 없지만, 구조적으로 불리하다는 점은 변하지 않는다.[4][3][5]
관련 제조사[편집]
포르쉐[편집]
포르쉐는 2도어 스포츠카에 수평대향 엔진을 사용한다는 공통적인 헤리티지가 있다. 포르쉐의 2도어 스포츠카는 주행 포지션에 맞게 4기통 혹은 6기통의 수평대향 엔진을 사용한다. 수평대향 엔진은 포르쉐 최초의 스포츠카이자, 포르쉐 911의 시작이라 할 수 있는 포르쉐 356부터 사용되기 시작했다. 356의 뒷바퀴축 뒤에 엔진이 위치하는 RR레이아웃 역시 수평대향 엔진과 함께 911의 상징이라고 할 수 있다. 포르쉐 718은 911과 다른 MR레이아웃을 사용하지만, 역시 같은 수평대향 엔진을 장착했다. 포르쉐가 대부분의 자동차 제조사에서 사용하고 있는 직렬엔진이나 V형엔진이 아닌 수평대향 엔진을 지금까지 고집하는 이유는 따로 있다. 수평대향 엔진의 형태는 직렬, V형과 다르게 실린더를 포함한 피스톤, 커넥팅 로드 등이 누워 있다. 따라서 엔진 높이가 낮고 엔진을 최대한 엔진룸 바닥에 깔아서 설치할 수 있다. 엔진이 낮게 설치된다는 것은 무게중심이 그 만큼 낮다는 뜻이고, 무게 중심이 낮으면 포르쉐 스포츠카와 같이 역동적인 주행을 하는 자동차에게 큰 이점으로 작용한다. 또한 직렬이나 V형엔진과 달리 실린더와 실린더 헤드 등의 부품이 멀리 떨어져 있어 냉각에도 유리하다. 포르쉐는 수십 년간 2도어 스포츠카를 위한 수평대향 엔진을 개발하면서 단점은 극복하고, 장점은 훌륭히 계승하고 있다. 특히 '포르쉐 노트'로 불리는 포르쉐 박서엔진 특유의 중독성 있는 사운드야말로, 포르쉐 팬들을 열광시키는 특별한 요소라고 할 수 있다.[4]
스바루[편집]
스바루는 1966년 '스바루1000'이라는 소형차 모델에 수평대향 엔진을 첫 탑재한 이후 꾸준히 자사 모델에 수평대향 엔진을 탑재하고 있다. 항공기 제작회사에 뿌리를 둔 후지중공업은 항공기에 쓰였던 수평대향 엔진 기술을 1966년에 나온 스바루 1000부터 승용차에 반영하기 시작했다. 이는 전륜구동 기술이 부족해서 후륜구동 방식의 직렬엔진 차량이 주를 이루던 당시의 일본 자동차 시장에서는 획기적인 기술이었다. 특히 스바루1000은 일본 최초의 전륜구동차로 무게중심이 낮은 수평대향 엔진을 장착함으로써 전륜구동 방식의 차량은 주행 기능이 떨어진다는 일반적인 선입견을 깨고 성능과 주행 안전성의 두 마리 토끼를 잡았다는 평을 받았다.[8] 스바루는 제품의 주요 마케팅 포인트로 대칭형 AWD 시스템과 복서 엔진을 내세우고 있다. 지난 2008년에는 유럽 시장을 겨냥해 세계 최초로 승용차용 디젤 수평대향 엔진을 개발하기도 했다.[3][7] 스바루는 수평대향 엔진에 시메트리컬 AWD를 조합하여, 사륜구동 시스템이 가지는 뛰어난 주행 안전성과 달리기 성능에 수평대향 엔진 특유의 무게 배분이 더해져 안정적인 고속 주행과 민첩한 코너링을 실현한다. 이는 스바루 특유의 안전 철학과 달리는 즐거움에 핵심적인 역할을 한다.[2] 또한 수평대향 엔진을 전방에 배치하는 스바루 차종들은 엔진 자체의 높이가 낮은 특성을 이용하여, 충돌시 엔진이 실내로 침입하는 현상을 원천적으로 차단하므로 충돌 안전성의 향상에도 활용하고 있다.[5]
각주[편집]
- ↑ 김서현, 〈내연기관 자동차의 심장, 엔진 이야기〉, 《타고》, 2021-02-18
- ↑ 2.0 2.1 박진우 기자, 〈스바루, 고집으로 지켜낸 수평대향 엔진 50년〉, 《오토타임즈》, 2016-05-11
- ↑ 3.0 3.1 3.2 김형욱 기자, 〈[車엿보기]'스바루부터 포르쉐까지..' 박서 엔진의 추억〉, 《이데일리》, 2014-02-17
- ↑ 4.0 4.1 4.2 스투트가르트스포츠카, 〈2도어 포르쉐 스포츠카가 ‘복서’ 엔진을 고집하는 이유는 무엇일까?〉, 《네이버 포스트》, 2020-11-17
- ↑ 5.0 5.1 5.2 모토야, 〈포르쉐와 스바루만 쓴다는 박서 엔진...어떤 엔진일까?〉, 《모토야》, 2022-08-08
- ↑ 도이치 아우토, 〈포르쉐 스포츠카의 심장, 수평대향엔진〉, 《네이버 포스트》, 2019-12-10
- ↑ 7.0 7.1 〈복서 엔진을 파헤친다〉, 《제이슨류닷넷》, 2011-08-01
- ↑ CAR & TECH, 〈스바루의 3세대 수평대향형 박서엔진〉, 《카테크》, 2011-03-03
참고자료[편집]
- CAR & TECH, 〈스바루의 3세대 수평대향형 박서엔진〉, 《카테크》, 2011-03-03
- 〈복서 엔진을 파헤친다〉, 《제이슨류닷넷》, 2011-08-01
- 김형욱 기자, 〈[車엿보기]'스바루부터 포르쉐까지..' 박서 엔진의 추억〉, 《이데일리》, 2014-02-17
- 박진우 기자, 〈스바루, 고집으로 지켜낸 수평대향 엔진 50년〉, 《오토타임즈》, 2016-05-11
- 도이치 아우토, 〈포르쉐 스포츠카의 심장, 수평대향엔진〉, 《네이버 포스트》, 2019-12-10
- 스투트가르트스포츠카, 〈2도어 포르쉐 스포츠카가 ‘복서’ 엔진을 고집하는 이유는 무엇일까?〉, 《네이버 포스트》, 2020-11-17
- 김서현, 〈내연기관 자동차의 심장, 엔진 이야기〉, 《타고》, 2021-02-18
- 모토야, 〈포르쉐와 스바루만 쓴다는 박서 엔진...어떤 엔진일까?〉, 《모토야》, 2022-08-08
같이 보기[편집]
