V-hot 및 V-cold 엔진: 작동 방식, 차이점, 각 시스템의 장단점

아마 V-hot 엔진에 대해 들어본 적이 있을 것이다. 이 엔진은 “Hot inside V”라고도 불리며, 스페인어로는 “뜨거운 V” 엔진이라고 한다. 엔진에서 “hot”(뜨거운) 쪽 또는 “caliente”(뜨거운) 쪽이라고 하면 보통 배기 시스템이 있는 쪽을 말하고, 차가운 쪽은 흡기 쪽이라는 것을 알면 대략 감이 올 것이다.

V-hot 엔진과 V-cold 엔진의 차이

실제로 V형 엔진에서는 두 개의 실린더 뱅크 각각이 고유한 “hot”(뜨거운) 쪽과 “cold”(차가운) 쪽을 가진다. 그리고 특히 자연흡기 엔진에서는 일반적으로 차가운 쪽을 V자 안쪽에 짝지어 배치하고, 뜨거운 쪽은 바깥쪽에 둔다. 이렇게 하면 V자 중앙에 하나의 흡기 매니폴드를 사용할 수 있고, 배기 매니폴드를 V자 양쪽에서 엔진 하부로 쉽게 연결할 수 있다.

이 “V-cold” 구성은 자연흡기 엔진에만 해당하는 것이 아니며, 터보차저를 이용한 과급에도 충분히 적용할 수 있다. 이 경우 일반적으로 실린더 뱅크마다 하나씩, 즉 V자 바깥쪽 엔진 양측에 터보차저를 배치한다. 가솔린과 디젤을 막론하고 이 “V-cold” 방식을 따르는 V형 엔진의 사례는 많다.

특히 Audi RS 6(2008년 C6 세대)이 떠오르는데, 무려 V10 TFSI가 탑재되었다. 이 차가 생각나는 이유는 외부 기온이 높은 상태에서 “빠르게” 주행하면 열을 배출하는 데 심각한 문제가 있었기 때문이다. 다만 그 문제는 V자 바깥에 터보차저를 배치한 구성과 직접적인 관련은 없었고, 엔진이 매우 큰 데다 RS 6의 엔진룸 안에 모든 것이 빽빽하게 들어차 있었기 때문이었다.

실제로 2012년에 공개된 다음 세대 RS 6에서는 5리터 V10 TFSI에서 4리터 V8로 바뀌었는데, 훨씬 콤팩트해졌고 이미 배기 측과 터보차저가 V자 안쪽에 위치한 “V-hot” 구성이었다. 하지만 이것이 결코 Audi의 발명품은 아니다. 이미 1980년대에 Ferrari가 포뮬러 1 단일좌석차에 사용한 바 있다. 그리고 내가 시승해 본 최초의 V-hot 엔진 중 하나는 2008년 무렵의 첫 번째 BMW X6 xDrive 50i에서 만난 것이다. 단일 배기 매니폴드의 배기가스로 구동되는 트윈 스크롤 터보차저 두 개를 갖춘 엔진이었다. 또한 Mercedes-AMG GT나 첫 번째 Porsche 파나메라 터보의 V8 “hot” 엔진도 빼놓을 수 없다. 이 영상에서 AMT-GT의 V8이 작동하는 모습을 볼 수 있다.

https://www.youtube.com/watch?v=kkNKNYNFflw&t=81s

왜 “V-hot” 엔진이 더 나은가?

그런데 과급 엔진의 경우 왜 V-hot 배치가 더 나을까? 우선, 알다시피 터보차저를 작동시키는 것은 엔진의 배기가스이다. 그리고 터보차저가 배기 매니폴드에 가까울수록 배기가스가 터빈까지 이동해야 하는 거리가 짧아져 압력, 온도, 속도의 손실이 줄어든다. 즉 배기가스의 에너지 손실이 적다. 이로써 과급 시스템의 효율이 향상되고, 터보 랙, 즉 터보의 응답 지연이 줄어든다.

이것만으로도 충분히 큰 장점이다. 하지만 기술적·산업적 측면의 다른 장점도 있다. 터보차저를 V자 중앙에 둔 V-hot 엔진은 훨씬 콤팩트하다. 그래서 엔진룸에 추가 모듈을 설치하거나 조향 장치, 서스펜션의 배치를 구성하는 데 더 큰 유연성을 준다. 또한 엔진의 “차가운” 부분과 “뜨거운” 부분(말 그대로 가장 적절한 표현이다)이 더 명확하게 분리된다. 한편, 앞서 언급한 콤팩트함 덕분에 V-hot 엔진은 더 넓은 범위의 차량에 쓰기도 더 쉽다. 반면 V자 바깥에 터보를 둔 V-cold 엔진은 더 큰 엔진룸이 필요하다.

이 V-hot 구성에 따를 수 있는 잠재적 문제에 대해서는, 이미 입증되었듯이 매우 높은 온도를 견딜 수 있는 소재와, 정밀한 온도 제어를 가능하게 하는 수냉·유냉 방식의 인터쿨러 냉각 시스템으로 충분히 해결할 수 있다. 다른 단점은 과급 시스템의 무게가 더 높은 위치에 놓인다는 점인데, 이는 보통 드라이 섬프 윤활 시스템을 채택하여 상쇄한다.

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