로터리엔진의 개념과 특징
‘로터리엔진’
오늘은 전설의 엔진이라 불리는 로터리 엔진의 개념과 특징에 대해 쉽게 알아보자.
1. 로터리엔진이란?
로터리 엔진은 누에고치 모양의 케이스 속을 주먹밥 모양의 로터가 회전해 동력을 얻는 엔진이다. 로터리 피스톤 엔진이라고도 불리며, 일반적인 엔진(리시프로 엔진)이 직선운동에 의해 발생된 동력을 회전운동으로 변환시키는데 비해 회전운동만으로 출력을 얻는다는 것이 특징이다.
1960년, 독일 펠릭스 반켈박사의 오랜 연구 끝에 마침내 로터리 엔진이 개발되어 시연에 성공했다. 로터리 엔진의 연구는 기존 엔진의 피스톤이 공간을 많이 차지해 비효율적이라는 생각에서부터 출발했다.
로터리 엔진을 개발한 반켈 박사는 NSU라는 자동차 회사와 함께 최초의 로터리 엔진이 탑재된 NSU RO 80을 개발한다. 하지만, 이내 NSU는 아우디에 인수되고, 이후 로터리 엔진 기술은 많은 단점 때문인지 아우디의 관심을 끌지 못했다.
당시, 로터리 엔진의 미래성을 보지 못한 아우디는 로터리 엔진의 기술을 일본 마쯔다에 판매한다. 마쯔다는 6년에 걸쳐 로터리 엔진의 단점인 내구성과 연비 문제를 개선하고, 전설의 시작인 최고속도 185의 코스모 스포츠를 출시한다. 이것이 로터리 엔진 발전의 시작이었다.
2. 로터리엔진의 원리
일반적으로 로터리 엔진의 구성은 아래와 같다. 공기를 흡입하는 흡기구. 실린더 역할을 하는 하우징. 실린더 내부를 밀봉시키는 아펙스 씰. 피스톤의 역할을 하며 회전하는 로터. 공기를 배출하는 배기구.
로터리 엔진은 3개의 연소실을 가지며, 각각의 연소실은 기존 리시프로 엔진의 경우와 같이 흡입, 압축, 연소·팽창, 배기의 4개 행정을 거친다.
로터리 엔진은 (1)~(4)의 순서대로 작동된다. 이 모든 과정들이 중심의 로터를 회전시키는 역할을 한다.
(1) 공기와 연료가 흡입구로 흡입
(2) 로터가 회전하며 공기와 연료 압축
(3) 압축된 공기와 연료가 스파크로 폭발
(4) 연소된 공기와 연료가 배기구로 배출
3. 로터리엔진의 특징
로터리 엔진이 리시프로 엔진과 결정적으로 다른 점은 각 행정이 그 행정 전용 장소에서 이뤄진다는 점이다. 예컨대 리시프로 엔진의 4개 행정은 모두 실린더 위쪽에 있는 연소실을 중심으로 이루어지지만, 로터리 엔진은 혼합기를 흡입하여 압축하는 곳, 연소·팽창이 일어나는 곳, 연소가스를 배출하는 곳이 모두 다르다.
로터리 엔진은 흡배기 밸브를 따로 둘 필요가 없다. 또한 적은 배기량으로도 강한 출력을 내고, 엔진의 크기가 작아 공간 효율성도 좋다. 실제로, 이니셜 D에 등장했던 타카하시의 차량으로 유명한 RX-7은 로터리 엔진을 통해 1300cc의 배기량으로 260마력을 내뿜는다.
하지만 로터리 엔진의 가장 큰 단점은 엔진의 내구성이다. 이는 로터의 특이한 회전운동 특성상 엔진 실린더 내부의 마모가 빨리 일어나기 때문이다. 또한 로터의 편심 회전 때문에 발생하는 진동을 잡아줄 엔진의 높은 강성이 추가적으로 필요하다.
이외에도 평평한 연소실이 하우징의 벽을 따라 이동해 혼합기를 빠르게 완전 연소시키기가 어렵다는 점과, 하우징의 벽면과 삼각 정점 부분에서의 가스 실링(밀봉)이 어렵다는 기술적인 문제도 있어 일본 마쯔다에서 생산되는 자동차에만 주로 사용되어 왔다.
마무리
끊임없이 내구성을 의심받던 마쯔다는 24시간 동안 쉬지 않고 달리는 경주인 르망24에 출전하여 당당히 우승을 거뒀다. 이 경기의 우승으로 로터리 엔진의 내구성을 직접 증명한 셈이다.
그럼에도 2012년 RX-8이 단종되면서 양산차에 장착되는 로터리 엔진은 명맥이 끊기게 된다. 작은 공간의 폭발적인 출력에도 불구하고, 단점을 완벽히 개선하지 못해 역사 속으로 사라지게 된 것이다.
이렇게 우리 곁을 떠났던 로터리 엔진이 최근 다시 등장한다고 해 화제가 되고 있다. 마쓰다는 차세대 스포츠카 RX-비전으로 2019년 출시를 목표로 로터리 엔진을 다시 내놓을 것이라고 공개적으로 밝혔다.
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