Flat Engine, Horizontally Opposed Engine
1. 개요
엔진의 실린더의 배치 방법 중 하나. 실린더가 마주보며 수평으로 배치된다. 즉, 보통의 엔진의 피스톤이 상하로 움직여 동력을 얻는다면 이 엔진은 좌우로 움직여 동력을 얻는다.2. 특징
수평대향 엔진의 장점은 엔진 앞,뒤 길이가 짧고 엔진 높이가 낮고 무게 중심이 낮다는 것이다. 또 이론 상 피스톤이 좌 우로 움직이며 서로 진동을 상쇄시켜주기 때문에 진동이 적다. 상호 상쇄로 인해 진동이 획기적으로 감소한다는 장점 하나로 아직도 포르쉐, 스바루의 브랜드 네임을 유지하고 있다고 해도 과언이 아니다.개발 당시에는 특유의 실린더 배치로 인한 윤활문제 및 중력 문제로 인하여, 엔진 실린더의 편마모 현상으로 인해 내구도에 문제가 있었지만, 이후 기술의 발전으로 일단 심각한 문제는 해결된 상태이다. 하지만 심각한 실린더 편마모만 잡은거지, 어차피 중력을 거스를 수는 없기 때문에 엔진 오일을 강제적으로 분사하는 드라이 섬프를 달지 않는 한 직렬 엔진이나 V형 엔진의 안정성을 따를 수는 없다. 링크 오히려 엔진 오일을 순환시키기가 어려우므로 엔진오일의 점도와 청정도에 영향을 지대하게 받을 수밖에 없고, 한국처럼 연교차가 큰 환경에서는 철마다 계절 전용 오일로 갈아치우는 식의 투자를 하는게 오히려 상대적으로 간편할 정도다. 그게 아니라면 운전할 때마다 유온에 엄청나게 신경을 써야 하는데, 때려밟는 용도의 스포츠카를 가지고 유온 맞추느라 제대로 못달릴거면 그런 자동차를 모는 의미가 없다. 따라서 반켈 엔진 정도까진 아니라도 유지비가 매우 비싸단 것.
엔진의 무게 중심이 낮아 코너링에서 선회 시 매우 안정적이나, 좌우로 공간을 많이 차지하여 더블 위시본 서스펜션이나 멀티링크 서스펜션의 사용이 어려운 편이다. 하지만 보통 좌우 폭을 늘려서 우겨박는다.[1] 그리고 일반 직렬 엔진이나 V형 엔진은 헤드 탈거나 헤드 가스켓과 점화 플러그, 점화 코일같은 소모품을 교체할때 엔진을 안 꺼내도 되지만. 수평대향 엔진은 웬만하면 엔진을 꺼내야 하는 경우가 많은 것도 단점이다.[2] 즉 정비성이 나쁘고 정비공임도 매우 비싸다.
3. 활용
BMW 모토라드의 HP2 엔듀로 모델. 좌우로 툭 튀어나온게 엔진 실린더이다.
이륜차에도 쓰이는 경우가 있는데 BMW의 R시리즈( 모토라드 참조.)와 혼다의 골드윙, 그리고 IMZ 우랄이 이 배치법을 사용한다. 특히 BMW 이륜차의 경우 공랭 2기통 수평대향 엔진은 상징과도 같다. 역사도 오래되어 2차대전 시절 독일군의 사이드카에서도 쓰였을 정도.[3] 공랭 2기통 수평대향 엔진은 R nine T시리즈에서 현역으로 사용되고 있다.
이 경우 수평대향 엔진 특유의 진동상쇄로 인해 승차감이 좋으며 양쪽으로 엔진의 실린더가 양쪽으로 툭 튀어나오기 때문에 공기와 바로 맞부딪혀 자연냉각 효율이 높다. 다만 실린더로 인해 스텝포지션이 한정될 수 있다.[4] 덤으로 전도 시 엔진 헤드가 까지고 엔진 자체에 데미지를 입을 확률이 매우 높다.
혼다의 골드윙의 경우 1,800cc 수평대향 6기통[5]이며 당연히 수랭식이다. 수평대향 엔진처럼 회전축이 차량 진행방향과 일치되게 배치된 이륜차 기종들[6]은 엔진 플라이휠의 반작용에 의해 한쪽으로 쏠리는 느낌이 들 수 있다.[7]
우랄의 경우 BMW의 R-75를 기반으로 한 사이드카를 아직까지 그 시절 디자인으로 그대로 생산중이다.
사륜차의 경우 포르쉐와 스바루[8]의 많은 차종들이 이 배치법을 사용한다.[9] 희대의 베스트셀러 폭스바겐 비틀 역시 공랭식 수평대향 4기통 엔진을 사용했다.
항공기에서는 단발 항공기(주로 4인승 이하 경비행기)에 한정하여 병렬형 좌석을 적용한 항공기에 주로 적용되는데 이런 좌석구조는 원래부터 전면 면적이 클 수밖에 없어서 수평대향의 단점인 부피 문제가 별로 부각되지 않고 무게중심을 낮추면서 엔진 마운트의 높이를 낮춰 전방 시야 확보에 유리해지기 때문이다. 경비행기 계의 베스트셀러 4기통 라이커밍 O-360, Rotax의 Rotax 912가 대표적이다.
4. 종류
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좌: V-Flat 우:복서 |
4.1. V-Flat 엔진
V형 엔진에서 실린더의 뱅크각이 180°로 배치된 엔진.구조는 기본적으로 V형 엔진과 동일하기 때문에 서로 마주보는 피스톤의 크랭크핀 각도가 0°, 즉 두 크랭크가 같은 크랭크핀에 고정되었다. 따라서 V형 엔진의 피스톤들이 운동할때와 동일하게 마주보는 피스톤이 같은 방향으로 움직인다.
4.2. 복서 엔진
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| 출처 : 위키피디아 |
수평대향 엔진중에서 제일 흔한 타입으로, 스바루와 포르쉐가 현재도 생산하고 있다. BMW의 경우 오토바이 엔진으로만 쓴다.
마주보는 피스톤의 크랭크핀 각도가 180°, 즉 두 크랭크가 크랭크축을 기준으로 대칭된 서로 다른 크랭크핀에 고정된 구조다. 따라서 V-Flat 방식과 달리 서로 마주보는 피스톤이 반대 방향의, 정확히는 엔진 중앙을 기준으로 대칭적인 모션을 가진다.
본 문서에서 다루는 내용 대부분도 복서 엔진에 대한 것이다.
5. 여담
흔히 피스톤이 누워있다는 이유로 대향 피스톤 엔진과 혼동하는 경우가 많다. 하지만 두 엔진은 피스톤이 누워있다는 점을 제외하면, 설계가 완전히 다른 엔진이다. 피스톤이 서로를 등지는 수평대향엔진과 달리 대향 피스톤 엔진에서는 피스톤이 서로를 마주보는 방향으로 배치되었다. 예시로 1960년대에 나온 영국군의 치프틴 전차가 사용한 엔진은 대향 피스톤 엔진(Opposed Piston Engine)으로서, 피스톤과 플라이휠의 배치가 수평대향 엔진과는 정 반대이다.[10][11] 전차 차체를 낮추는데 효과적이라고 생각해서 도입했는데, 엔진 내구도와 신뢰성이 좋지 않아서 두고두고 까였다. 그런데 그게 좋아 보였는지 소련에서 T-64를 만들때 스파이를 동원해서 치프틴의 엔진과 융커스 유모 205 엔진을 베껴서 만든 5TD 엔진을 달았다가 치프틴 이상으로 문제투성이 전차가 되어버렸다.명탐정 코난에서 코난의 말에 따르면 독특하고 불규칙적인 공회전 소리를 내며 장착된 차량이 움직일 때 무겁게 깔리는 배기음을 낸다고 한다. 양쪽 실린더가 동일하게 도는데 불규칙은 왠 개풀 뜯어먹는 소리냐고 하겠지만 보통 뒤에서 보았을 때 배기구의 위치가 차의 중앙이 아니라 차의 좌우 중 한 곳에 쏠려서 위치해 있기 때문에 실린더에서 배기구까지의 파이프 길이가 양쪽이 다를 수밖에 없기 때문에 불규칙한 소리가 나는 것이다.
여담으로 토요타 GT86의 경우 효율성을 위해 일부러 양쪽 실린더부터 배기구까지의 배기관의 길이를 동일하게 만들어서 특유의 박서 엔진의 배기음[12]이 나지않는다고 한다.[13] 참고로 박서 엔진음은 공회전 시 드등 드드등 드등 하는데 할리 데이비슨이 인기를 끌게 만든 말발굽 사운드와 엇비슷하게 들린다.
이런점을 이용해 직렬형 4기통에도 비슷한 노트사운드를 만들어 낼 수 있는 방법이 있다. 1320 header D serise
[1]
포르쉐의 경우는 뒷차축에 멀티링크를 쓰는데, 일반 멀티링크보다 단순화된 차축을 쓰고. 스바루는 앞차축을 맥퍼슨 스트럿으로 해결했다.
[2]
점화 플러그는 엔진을 안내리고도 교체 가능하긴 하다. 다만 다른 차량들보다 공간이 안나와서 작업의 난이도가 상당히 높다.
[3]
BMW
R-75 모델로 당시 기계화가 덜 되어 아직까지 군마가 사용되던 전장에서 꽤 유용하게 사용되었고 연합군에게도 꽤 인상깊었덨듯 하다. 미국의 경우는 할리데이비슨에서 아예 똑같은 카피를 만들려 했었을 정도이며, 러시아의 경우는 종전 후 설계 및 생산설비를 가져다가 당시 공산권 국가들에게 나눠졌을 정도. 덕분에 한국전쟁에서도 BMW 사이드카의 카피판을 북한군이 사용했다.
[4]
실린더에 화상을 입기도 한다.
[5]
자동차인 스바루조차 보통은 4기통이며 수평대향 6기통은 포르쉐의 상징적인 엔진형식이기도 하다.
[6]
모토구찌의 V트윈이나 클래식 모델들 중 세로배치 2기통 등.
[7]
단발
프롭기들의 토크현상과 동일한 원리이다.
[8]
포르쉐의 경우 대표작인 911에
RR구동과 함께 50년의 전통을 지녔으며, 스바루는 디젤 엔진을 만들때도 수평대향 형으로 만들정도로 아예 상징이다시피 하다.
[9]
스바루 임프레자,
포르쉐 911,
토요타 86이 박서 엔진을 사용한다.
[10]
즉, 대향 피스톤 엔진은 피스톤이 중앙부에 모여 연소실을 공유하며 크랭크 축이 두 개로 된다.
[11]
이렇게 생겼다.
[12]
스바루 노트 라고도 부른다.
[13]
애프터 마켓 튜닝용 매니폴드를 사면 그 소리를 다시 들을 수 있게 된다.