자동차 엔진의 종류와 구조

오늘은 엔진의 차이점에 대해 이야기해 보고 싶습니다. 많은 사람들에게는 모든 엔진이 똑같고 사용하는 연료, 즉 가솔린이냐 디젤이냐에 따라서만 구분되는 것처럼 보이지만, 이 주제는 여러 가지 구조와 각각의 설계상 특징 및 용도 때문에 생각보다 할 이야기가 많습니다.

이런 이유로, 제가 원하는 것보다 조금 빠르지만, 오늘은 다양한 엔진 구조와 엔진 종류를 간략히 정리해 드리려고 합니다. 겉으로는 그렇게 보이지 않아도 가솔린 엔진과 디젤 엔진, 2행정과 4행정 엔진, 천연가스 엔진, 전기 모터는 모두 다르게 만들어지기 때문입니다.

보시다시피 내용이 꽤 복잡해지기 때문에, 이 주제를 최대한 쉽고 명확하게 정리해 드리겠습니다. 우선 당연히 약간의 역사부터 살펴보겠습니다. 많은 사람들에게는 지루한 주제일 수 있지만, 몇 가지 흥미로운 일화 덕분에 분명 재미있게 느끼실 겁니다.

흥미롭게도 가장 먼저 등장한 엔진은 전기식 블록이었지만, 가솔린으로 구동되는 엔진이 훨씬 높은 성능을 내고 구현하기도 쉬웠기 때문에 결국 밀려나게 되었습니다. 처음 등장한 엔진들 가운데에서도 카를 벤츠와 고틀리프 다임러가 거의 동시에 만든 엔진이 두드러지는데, 이들이 오늘날 우리가 보는 기계 장치의 기초를 마련했습니다.

이 초기 블록들 덕분에, 예를 들어 자동차 안에서의 위치나 구조에 따라 매우 다른 기계 장치들이 등장하게 되었습니다. 위치에 따라 보면, 중앙 후방에 엔진을 배치하는 고급 스포츠카를 제외하고는 대부분 엔진 블록을 앞쪽에 횡방향 또는 종방향으로 배치합니다.

이는 엔진 블록을 횡방향으로 배치할 수 있다는 뜻이며, 이 방식은 차량 앞부분을 최대한 짧게 만들고 실내를 최대한 넓게 확보하려는 경향 때문에 오늘날 가장 많이 쓰이는 방법입니다. 반면 종방향 엔진에 대해 말하자면, 이는 보통 후륜구동 차량에 사용되지만 전륜구동 차량에도 쓰인 적이 있는 엔진을 가리킵니다.

가장 일반적인 엔진의 종류를 알게 되었으니, 이제 그 구조에 대해 이야기할 차례입니다. 현재 기본적으로 엔진은 직렬(인라인) 실린더 엔진, V형 실린더 엔진, 수평 대향 실린더 엔진으로 분류됩니다. 보시다시피 선택지가 다양합니다.

직렬 엔진: 이 종류의 엔진은 실린더가 수직으로 일렬로 배열된 것이 특징입니다. 이런 블록은 2기통부터 8기통까지 가능하지만, 오늘날 가장 많이 쓰이는 것은 4기통 블록입니다. 흥미롭게도 이 구조는 가장 만들기와 수리하기 쉬운 구조이기 때문에 가장 많이 사용되는 것도 당연합니다.

V형 엔진: 실린더가 하나의 공통 베드 또는 크랭크케이스로 연결된 두 개의 뱅크로 나뉘어 있으며, 그 사이각은 60도, 90도 등 다양하게 설정될 수 있습니다. 보통 6기통 이상의 블록에 사용됩니다. 이 구조 덕분에 훨씬 컴팩트한 블록을 만들 수 있고, 크랭크축이 더 짧아지는 등의 장점이 있습니다. 그러나 직렬 엔진보다 캠축이 두 배 필요하기 때문에 개발, 제작, 정비가 더 어렵다는 단점도 있습니다.

수평 대향 실린더 엔진: 이것은 두 뱅크가 180도 각도로 배치된 V형 엔진의 매우 특별한 경우입니다. 우선 이 엔진은 복서 엔진이라고도 불리며, 오늘날 911 모델 중 Porsche나 Subaru의 고성능 모델들이 이 엔진을 사용합니다. 주요 장점은 엔진 높이가 낮아져서 폭은 넓지만 높이가 충분하지 않은 모든 종류의 차량에 설치하기 쉽다는 것입니다.

바ankel 엔진: 마지막으로, 로터리 엔진에 대해 이야기하지 않고서는 끝맺을 수 없습니다. 이 블록은 발명자인 엔지니어 펠릭스 반켈의 이름을 따서 불리며, 그는 당시로서는 혁신적인 설계를 만들었습니다. 일반적인 실린더와 피스톤 대신 타원형 챔버 안에서 삼각형의 로브형 로터를 사용합니다.

매우 특이한 엔진으로, 배기량이 아주 작아도 V형이나 직렬 6기통 엔진과 같은 성능을 낼 수 있습니다. 이 엔진에서는 연료와 공기의 혼합물이 흡기 포트를 통해 흡입되어 로터의 한 면과 챔버 벽 사이에 갇힙니다. 로터의 회전이 혼합기를 압축하고, 점화 플러그로 점화됩니다. 로터의 움직임에 따라 연소가스가 배기 포트를 통해 배출됩니다. 이 사이클은 로터의 각 면에서 한 번씩 일어나며, 한 번 회전할 때마다 세 번의 출력 행정이 발생합니다.

안타깝게도 새로운 기술들이 결국 이 종류의 엔진을 대체하게 되었습니다. 다만 현재까지 일부 모델은 이 엔진을 사용해 왔는데, 제가 알기로는 마지막 모델이 Mazda RX8이었습니다. 이 엔진의 단점 중 하나는 내구성 문제라고 할 수 있습니다.