V-트윈 엔진
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1. 개요
V-트윈 엔진은 두 개의 실린더가 V자 형태로 배치된 내연 기관으로, 다양한 차량 및 산업용 장비에 사용된다. 1889년 고틀리프 다임러가 최초로 제작했으며, 초기에는 보트 및 자동차에 사용되었다. 20세기 초 푸조가 자체 V-트윈 엔진을 개발하여 자동차와 오토바이에 적용했고, 이후 모건 3륜차와 같은 사이클카에도 널리 사용되었다.
V-트윈 엔진은 크랭크축 구성, 뱅크 각(V 각), 엔진 배치 방식에 따라 기술적 특징이 다르다. 뱅크 각은 엔진의 성능과 진동에 영향을 미치며, 90° V-트윈은 균형 잡힌 성능을 제공하는 반면, 90° 미만의 각도는 밸런스 샤프트와 같은 추가적인 조치가 필요하다. 엔진 배치는 횡 배치와 종 배치로 나뉘며, 각각 오토바이의 폭과 냉각 효율에 영향을 미친다.
V-트윈 엔진은 오토바이, 자동차뿐만 아니라 압력 세척기, 잔디 깎는 기계와 같은 산업용 장비에도 널리 사용된다. 주요 상업용 V-트윈 엔진 제조업체로는 브리그스 앤 스트래튼, 혼다, 가와사키, 스바루, 테쿰세, 콜러 등이 있다.
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| V-트윈 엔진 | |
|---|---|
| 엔진 정보 | |
| 엔진 형식 | V형 2기통 |
| 냉각 방식 | 수랭식 또는 공랭식 |
| 실린더 각도 | (다양함, 제조사 및 모델에 따라 다름) |
| 특징 | |
| 장점 | 좁은 폭 간단한 구조 (단기통에 비해) 독특한 배기음 |
| 단점 | 직렬 2기통에 비해 진동이 심할 수 있음 (설계에 따라 다름) |
| 활용 분야 | |
| 주요 사용처 | 오토바이 ATV 제트스키 선박 (소형) 항공기 (초경량) |
| 오토바이 제조사 | 할리 데이비슨 두카티 가와사키 스즈키 야마하 발동기 BMW 모토라드 혼다 |
| 기타 | |
| 관련 용어 | 병렬 2기통 엔진 단기통 엔진 L형 2기통 엔진 권총 엔진 |
2. 역사
V-트윈 엔진은 19세기 말 고틀리프 다임러에 의해 처음 제작되었다. 1902년부터는 오토바이에 적용되기 시작했으며, 초기에는 자동차에도 사용되었다.
2. 1. 초기 역사
1889년 고틀리프 다임러는 보트용 고정식 엔진 및 다임러 슈탈라드바겐 ("강철 바퀴 자동차")에 사용되는 V-트윈 엔진을 제작했다.[41] 이 엔진은 파나르 에 르바소에 의해 프랑스에서도 라이선스 하에 제조되었다.[42]
1902년 11월 영국의 프린셉스 오토카 컴퍼니에서 최초로 V-트윈 엔진 오토바이를 생산했다.[43] 이듬해에는 영국의 이클립스 모터 & 사이클사(''XL-ALL'' 모델),[44] 미국의 글렌 커티스, 독일의 NSU 모토렌베르케에서 V-트윈 오토바이를 생산했다.[45]
2. 2. 자동차로의 적용
푸조는 초기에 파나르가 제작한 다임러 V-트윈 엔진을 사용한 자동차를 생산했다.[2][6] 20세기 초, 푸조는 자체 V-트윈 엔진을 개발하여 1907년 맨 섬 TT 레이스에서 우승한 노턴 오토바이에 동력을 제공했다.[6]1910년대와 1920년대에는 세금 혜택 등의 이유로 사이클카에 V-트윈 엔진이 사용되기도 했다. 1912년 험버는 998cc V-트윈 엔진을 탑재한 경차 험버레트를 생산했다. 1911년부터 1939년까지 모건 모터 컴퍼니는 V-트윈 엔진을 사용한 3륜 사이클카를 생산했으며, 2012년에 모건 3-휠러로 생산을 재개했다. 버밍엄 소형 무기 회사(BSA) 또한 V-트윈 엔진 자동차를 1921년부터 1936년까지 생산했다.
대한민국에서는 1960년대 마쓰다가 경차 및 경상용차에 V-트윈 엔진을 탑재한 바 있다. 1960년부터 1966년까지 생산된 마쓰다 R360 경차는 356cc 마쓰다 V-트윈 엔진을, 1961년부터 1962년까지 생산된 마쓰다 B360 경상용차는 577cc V-트윈 엔진을 사용했다.
3. 기술적 특징
V형 2기통 엔진은 두 개의 실린더가 "V"자 모양으로 배치된 엔진이다. 소형부터 대형 오토바이에 널리 사용되며, 삼륜차, 소형 자동차, 범용 엔진으로도 사용된다.[38]
일반적으로 크랭크축을 진행 방향에 직각으로 놓는 횡치 방식이 사용된다.[38] 혼다 GL 시리즈, CX 시리즈, 모토 구찌 등은 종치 방식을 사용한다.[38]
"'''V트윈'''"이라고도 불리며,[39] 두카티처럼 전방 실린더가 거의 수평인 90° V형 엔진은 "'''L트윈'''"이라고도 불린다.[40] 모토 구찌와 같이 차체 전방에서 보았을 때 "Y"자형으로 보이는 종치 V형 엔진은 "'''Y형 엔진'''"이라고도 불린다.
V형 2기통 엔진은 2개의 실린더(뱅크)로 구성되며, 뱅크 간의 각도를 뱅크각이라고 부른다. 뱅크각에 따라 출력 및 진동 특성이 달라진다. 크랭크 핀을 공유하는 90° V형 2기통 엔진은 진동 밸런스가 가장 좋아 이론상 일차 진동을 0으로 만들 수 있다. 90°보다 작은 뱅크각을 사용하면 엔진을 작게 만들 수 있지만, 진동이 커진다. 혼다는 52° 뱅크각에 "'''위상 크랭크'''"를 적용하여 진동을 줄이기도 했다.
V형 2기통 뱅크각 채용 예시는 다음과 같다.
| 뱅크 각 | 제조사 및 차종 |
|---|---|
| 100° | 혼다 (NSR500V) |
| 90° | 두카티 (두카티의 V형 2기통은 모두 90°), 혼다 (MC08E형 엔진, MC15E형 엔진, SC36E형 엔진, SC45E형 엔진), 스즈키 (TL1000R/S와 후속 차종) |
| 80° | 혼다 (GL500E형 엔진, GL400E형 엔진) |
| 76° | 마쓰다 (K360, R360 쿠페) |
| 75° | 스즈키, 야마하 (비라고, 드래그스타 등), KTM (1190RC8), 혼다 (93년 이후의 RS250R, 92년~97년 모델의 NSR250) |
| 70° | 야마하 (비라고, 드래그스타 등) |
| 65° | 스즈키 (인트루더 LC250/LC125) |
| 60° | 아프릴리아 (아프릴리아의 V형 2기통은 모두 60°), 야마하 (미드나잇 스타, 볼트 등), 마루쇼・라이락 LS |
| 55° | 가와사키 (벌칸 VN400/800계) |
| 54° | 스즈키 (불바드 M/C1800) |
| 52° | 혼다 (NC12E형 엔진, NC25E형 엔진, RC31E형 엔진), 가와사키 (벌칸 1700/2000) |
| 50° | 가와사키 (벌칸 1500) |
| 48° | 야마하 (XV1600계・XV1700계 로드스타, 미드나잇 스타 등) |
| 45° | 할리데이비슨 (할리데이비슨의 V형 2기통은 일부 차종 제외하고 45°), 혼다 (RC14E형 엔진), 스즈키 (인트루더 계열, 데스페라도 계열, 불바드 계열) |
3. 1. 크랭크축 구성
대부분의 V-트윈 엔진은 두 개의 커넥팅 로드가 하나의 크랭크핀을 공유하는 구조를 가진다. 커넥팅 로드는 오프셋 실린더를 사용하여 나란히 배치되거나, "포크 & 블레이드" 커넥팅 로드를 사용하여 오프셋 실린더로 인해 발생하는 비틀림을 줄인다.[7]
몇 가지 예외로는 모토 구찌 500cc에서 사용된 180° 크랭크 핀 오프셋,[7] 혼다 섀도우 750에서 사용된 이중 크랭크핀 구성,[8] 스즈키 VX 800에서 사용된 75° 크랭크 핀 오프셋(미국에서는 45° 오프셋) 등이 있다.[9]
3. 2. 뱅크 각 (V 각)
V-트윈 엔진에서 뱅크 각(실린더 뱅크 사이의 각도)은 엔진의 특성에 큰 영향을 미친다. 이론적으로 0도에서 180도 사이의 모든 각도가 가능하지만, 실제로는 40도 미만의 각도는 거의 사용되지 않는다.[1]90도 뱅크 각은 이론적으로 1차 진동을 최소화할 수 있어 두카티, 모토 구찌 등에서 사용된다.[10][11] 하지만 고르지 않은 점화 순서를 초래한다. 첫 번째 실린더가 작동한 후 270도 후에 두 번째 실린더가 작동하고, 그 다음 450도의 간격으로 첫 번째 실린더가 다시 작동한다. 이러한 점화 간격은 V-트윈 특유의 엔진 소리를 만들어낸다. 90도 엔진은 L-트윈이라고 불리기도 한다.
90도 미만의 뱅크 각은 엔진을 콤팩트하게 만들 수 있지만, 크랭크핀을 오프셋하여 사용하지 않는 이상 진동을 줄이기 위해 밸런스 샤프트와 같은 추가적인 조치가 필요하다.[10] 혼다는 52도 뱅크 각에 위상 크랭크를 적용하여 진동을 줄인 사례가 있다.
V-트윈 엔진의 뱅크 각 채용 예시는 다음과 같다.
| 뱅크 각 | 제조사 및 차종 |
|---|---|
| 100° | 혼다 (NSR500V) |
| 90° | 두카티 (두카티의 V형 2기통은 모두 90°), 혼다 (MC08E형 엔진, MC15E형 엔진, SC36E형 엔진, SC45E형 엔진), 스즈키 (TL1000R/S와 후속 차종) |
| 80° | 혼다 (GL500E형 엔진, GL400E형 엔진) |
| 76° | 마쓰다 (K360, R360 쿠페) |
| 75° | 스즈키, 야마하 (비라고, 드래그스타 등), KTM (1190RC8), 혼다 (93년 이후의 RS250R, 92년~97년 모델의 NSR250) |
| 70° | 야마하 (비라고, 드래그스타 등) |
| 65° | 스즈키 (인트루더 LC250/LC125) |
| 60° | 아프릴리아 (아프릴리아의 V형 2기통은 모두 60°), 야마하 (미드나잇 스타, 볼트 등), 마루쇼・라이락 LS |
| 55° | 가와사키 (벌칸 VN400/800계) |
| 54° | 스즈키 (불바드 M/C1800) |
| 52° | 혼다 (NC12E형 엔진, NC25E형 엔진, RC31E형 엔진), 가와사키 (벌칸 1700/2000) |
| 50° | 가와사키 (벌칸 1500) |
| 48° | 야마하 (XV1600계・XV1700계 로드스타, 미드나잇 스타 등) |
| 45° | 할리데이비슨 (할리데이비슨의 V형 2기통은 일부 차종 제외하고 45°), 혼다 (RC14E형 엔진), 스즈키 (인트루더 계열, 데스페라도 계열, 불바드 계열) |
3. 3. 횡 배치 엔진
크랭크축이 프레임에 대해 가로 방향으로 배치된 엔진이다. 이 방식을 사용하면 오토바이의 폭을 종 방향으로 장착된 V-트윈보다 작게 만들 수 있다는 장점이 있다.[20] 공랭식 엔진의 경우, 두 실린더가 서로 다른 기류를 받기 때문에 뒷쪽 실린더의 냉각이 제한될 수 있다.[21] 일부 가로 배치 V-트윈은 V각 중간에 단일 기화기를 사용하여 두 실린더에 연료를 공급하는데, 이는 기화기 두 개가 필요하지 않지만, 뜨거운 배기 포트와 파이프가 실린더 뒤쪽에 배치되어 냉각 기류에 덜 노출되면서 뒷쪽 실린더에 추가적인 냉각 문제를 일으킬 수 있다.할리데이비슨(Harley-Davidson), 두카티(Ducati), 스즈키 SV650과 같은 여러 최신 일본 오토바이에 가로 배치 V-트윈 엔진이 사용되었다. 일부 두카티 V-트윈 엔진은 앞쪽 실린더가 수직이고 뒤쪽 실린더가 수평을 이루어 "L" 모양을 형성하기 때문에 "L-트윈" 엔진으로 판매되기도 한다.
3. 4. 종 배치 엔진
크랭크축이 프레임에 대해 세로 방향으로 배치된 엔진이다. 공랭식 엔진의 경우, 두 실린더가 동일한 냉각 효과를 얻을 수 있다는 장점이 있다.[22] 샤프트 드라이브 오토바이의 경우, 드라이브 샤프트 시작 부분에 90° 베벨 기어가 필요하지 않다.모든 세로 배치 엔진과 마찬가지로, 토크 반작용으로 인해 오토바이가 한쪽으로 기울어지는 현상이 발생할 수 있다. 하지만, 많은 현대식 오토바이는 플라이휠이나 교류 발전기를 크랭크축과 반대 방향으로 회전시켜 이러한 효과를 줄인다.[23][24]
세로 배치 V-트윈 엔진은 혼다 CX 시리즈와 여러 모토 구찌 오토바이에 사용되었다.
4. 산업용 엔진
V-트윈 엔진은 압력 세척기, 잔디 및 정원용 트랙터, 경운기, 발전기, 워터 펌프와 같은 다양한 산업용 장비에 사용된다.[32] 이 엔진들은 일반적으로 90° V 각도를 가진 공랭식이다.[32] 엔진의 방향은 적용 분야에 따라 수평 또는 수직 크랭크축을 가질 수 있다.
상업용 V-트윈 엔진을 만드는 회사로는 브리그스 앤 스트래튼(Briggs & Stratton)(Vanguard, Professional 및 Intek V-트윈 시리즈),[32] 혼다(Honda)(V-트윈 시리즈 엔진),[33] 가와사키 중공업(Kawasaki)(FD, FH, FR, FS, 및 FX 시리즈),[34] 스바루(Subaru)(EH 시리즈),[35] 테쿰세(Tecumseh)(OV691EA 및 TVT691 엔진),[36] 콜러 컴퍼니(Kohler)가 있다.[37]
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