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5기통 직렬 엔진

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1. 개요

5기통 직렬 엔진은 5개의 실린더가 일렬로 배치된 내연 기관 엔진 형식이다. 1930년대 란치아가 트럭에 사용한 것이 시초이며, 1974년 메르세데스-벤츠가 승용차용 디젤 엔진을 출시하면서 본격적으로 사용되었다. 아우디는 1970년대 말 가솔린 엔진을 도입했고, 이후 볼보, 폭스바겐, 포드, 혼다 등 여러 제조사에서 다양한 5기통 엔진을 생산했다. 4기통 엔진보다 부드러운 회전 질감과 6기통 엔진보다 작은 공간을 차지하는 장점이 있으며, 모터스포츠에서도 아우디 콰트로 랠리카 등에 사용되었다. 대한민국에서는 쌍용자동차가 메르세데스-벤츠의 5기통 디젤 엔진을 도입하여 사용했으며, 과거 현대자동차도 5기통 엔진을 고급차 라인업에 탑재할 계획을 세운 적이 있다.

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    혼다 G 엔진은 1989년부터 1998년까지 혼다에서 생산된 직렬 5기통 가솔린 엔진 시리즈로, 주로 FF 미드십 레이아웃에 사용되었으며, OHC 방식, PGM-FI 연료 분사 시스템, 가변 흡기 장치 등의 특징을 갖추고 다양한 차량에 탑재되었다.
5기통 직렬 엔진
개요
유형피스톤 엔진
작동 방식4행정
실린더 수5
실린더 배열직렬
특징
장점직렬 6기통 엔진보다 짧음
직렬 4기통 엔진보다 부드러움
단점직렬 6기통 엔진만큼 부드럽지 않음
직렬 4기통 엔진만큼 컴팩트하지 않음
사용
자동차아우디
폭스바겐
볼보
피아트 (란치아)
기타농기계
산업 설비

2. 역사

헨리 포드1930년대 후반부터 1940년대 초까지 소형 경제형 자동차를 위해 5기통 직렬 엔진을 개발했지만, 미국의 소형차 수요 부족으로 생산되지는 않았다.[24] 1930년대 후반, 이탈리아의 란치아는 트럭용 5기통 디젤 엔진을 개발하여 제2차 세계 대전 동안 이탈리아와 독일 군대에서 사용했다.[25][26] 이 트럭은 1950년까지 생산되었다.[7]

1974년 메르세데스-벤츠가 OM617 디젤 엔진을 출시하면서 5기통 직렬 엔진이 승용차 시장에 등장했다. 1978년에는 터보차저 버전이 ''메르세데스-벤츠 300SD 터보'' 모델에 도입되었다. 메르세데스-벤츠는 이후 28년 동안 5기통 직렬 엔진을 계속 생산하여 OM647 엔진이 2006년에 생산을 종료했다.

1979년, 폭스바겐 그룹아우디 100에 최초의 가솔린 5기통 직렬 엔진인 아우디 2.1 R5를 탑재하면서 가솔린 5기통 직렬 엔진의 시대가 열렸다. 아우디는 현재까지 5기통 직렬 자연 흡기 및 터보차저 엔진을 사용하고 있다. 아우디 TT RS와 아우디 RS3는 현재 직렬 5기통 엔진을 사용한다.[12] 아우디 콰트로 랠리카는 모터스포츠에서 5기통 직렬 엔진을 사용한 최초의 차였다.[13]

볼보1991년 볼보 850 세단에 볼보 모듈형 엔진을 처음 도입했으며, 다양한 볼보 모델과 ''포드 포커스 ST'' 및 ''포드 포커스 RS'' 모델에도 사용되었다. 2016년까지 스웨덴 스쿄브데의 볼보 엔진 공장에서 생산되었다.

다른 제조사들의 5기통 직렬 엔진은 다음과 같다.

제조사엔진 종류생산 기간비고
혼다G 엔진1989년~1998년2.0-2.5리터 20v
피아트패밀리 C1995년~2006년2.0-2.4리터 20v
제너럴 모터스Vortec 3500/37002004년~2012년3.5-3.7리터 20v
아우디2.0 R5 D1978년아우디 100 세단에 도입
볼보D5 터보 디젤 엔진2001년~2017년
VM Motori531 터보 디젤 엔진1999년~2001년[10]
랜드로버Td5 터보 디젤 엔진1998년~2007년
포드듀라토크 3.2 터보 디젤 엔진2006년~2019년
피아트JTD 2.4 터보 디젤 엔진1998년~2009년
폭스바겐WH/WN 1.9리터 10v 엔진1981년폭스바겐 파사트에 사용
폭스바겐EA855 2.5리터 20v 엔진~2014년북미 파사트 모델에 사용[19]



2010년대 이후 엔진 다운사이징 추세와 함께 5기통 직렬 엔진은 4기통 또는 6기통 엔진에 흡수되면서, 현재는 아우디 등 일부 제조사에서만 명맥을 유지하고 있다.

3. 특징

5기통 직렬 엔진은 직렬 4기통 엔진보다 부드럽고, 직렬 6기통 엔진보다 작은 공간을 차지한다.[1] 또한 V형 엔진과 수평대향 엔진보다 폭이 좁다.[2] 그러나 홀수 기통 엔진의 특성상 1차 및 2차 진동이 완벽하게 상쇄되지 않아, 직렬 4기통 엔진처럼 밸런스 샤프트 등의 추가적인 진동 저감 기술이 필요하다.[4][5]

4행정 직렬 5기통 엔진의 일반적인 점화 순서는 1-2-4-5-3이다. 이 점화 순서는 최소의 1차 (크랭크 속도) 로킹 커플을 발생시키며, 볼보 모듈 엔진, VW/아우디 직렬 5기통 엔진, 제너럴 모터스 아틀라스 엔진 및 혼다 G 엔진에 사용된다. 직렬 5기통 엔진은 일반적으로 72도 크랭크축 설계를 갖는다.[3]

1-2-4-5-3 점화 순서의 애니메이션


2행정 직렬 5기통 엔진은 주어진 크랭크 구성에 대해 단일 점화 순서를 갖는 것으로 제한된다. 완전한 사이클이 360도마다 발생하므로, 동시 점화 없이 피스톤 위상을 공유할 기회가 없으므로, 이 경우 직렬 5기통은 불리함이 없다. 일부 2행정 선외 엔진은, 예를 들어, ''머큐리 마린 포스 150'' 엔진은 1-5-2-3-4의 점화 순서를 사용한다.[6]

기화기를 사용하는 경우, 기통 수가 홀수인 엔진은 흡기 매니폴드 길이 차이로 인해 연료 공급 불균형 문제가 발생한다. 여러 개의 기화기를 사용해도 이 문제는 쉽게 해결되지 않는다. 그러나 연료 분사 방식은 각 실린더에 개별적으로 연료를 공급하여 이러한 문제를 해결했다. 따라서 직렬 5기통 가솔린 엔진의 대량 생산은 연료 분사 방식의 출현으로 비로소 실현 가능해졌다.

디젤 엔진은 항상 연료 분사를 사용했기 때문에, 대배기량 직렬 5기통 디젤 엔진은 직렬 5기통 가솔린 엔진보다 수십 년 전에 흔히 볼 수 있었다.

4. 자동차 분야에서의 사용

1938년 란치아 3Ro 트럭에 직렬 5기통 디젤 엔진이 도입된 것을 시작으로, 자동차 분야에서 5기통 직렬 엔진이 사용되기 시작했다.[7]

최초의 대량 생산 직렬 5기통 승용차 엔진은 1974년 메르세데스-벤츠 OM617 엔진이었다. 이 엔진은 자연 흡기 3L 엔진으로, ''메르세데스-벤츠 300D (W114/W115)'' 모델에 탑재되었다. 1978년에는 터보차저 버전이 ''메르세데스-벤츠 300SD 터보'' 모델에 도입되었다. 메르세데스-벤츠는 2006년까지 5기통 엔진을 계속 생산했다.

1978년에는 아우디 2.0 R5 D 엔진이 ''아우디 100'' 세단에 도입되었고, 1983년에는 터보차저 버전이 미국 시장용 아우디 100에 탑재되었다. 볼보2001년부터 2017년까지 볼보 D5 터보 디젤 엔진을 생산했다.

1990년대 후반, 랜드로버는 Td5 터보 디젤 엔진을 개발하여 랜드로버 디스커버리랜드로버 디펜더에 탑재했다.

1930년대 후반, 헨리 포드는 소형 경제형 자동차 설계를 위해 직렬 5기통 엔진을 개발했지만, 미국 내 소형차 수요 부족으로 생산되지는 못했다.[11]

최초의 양산형 직렬 5기통 가솔린 엔진은 1979년 ''아우디 100''에 탑재된 아우디 2.1 R5였다. 아우디는 아우디 TT RS와 아우디 RS3 등에 5기통 엔진을 사용하고 있다.[12] 아우디 콰트로 랠리카는 모터스포츠에서 직렬 5기통 엔진을 사용한 최초의 차였다.

볼보 모듈형 엔진은 1991년 ''볼보 850'' 세단에 처음 도입되었으며, ''포드 포커스 ST'' 및 ''포드 포커스 RS'' 모델에도 사용되었다. 볼보와 포드가 사용한 모든 직렬 5기통 가솔린 엔진은 스웨덴 스쿄브데의 볼보 스쿄브데 엔진 공장에서 제작되었으며, 2016년에 단종되었다.

최근에는 5기통 엔진의 인기가 떨어져, 2012년 볼보는 5기통 엔진 생산 중단을 발표했다.[20]

4. 1. 디젤 엔진

메르세데스-벤츠1974년 OM617 디젤 엔진을 출시하면서 승용차에 5기통 직렬 엔진을 처음으로 선보였다. 이 엔진은 3.0L 자연 흡기 방식으로, 메르세데스-벤츠 300D에 탑재되어 40만 마일 이상 주행이 가능할 정도로 뛰어난 내구성을 자랑했다. 1978년에는 터보차저 버전이 300SD 터보 모델에 도입되었다. 이후 OM602 엔진은 메르세데스-벤츠 W124, G클라세, 스프린터 등에 사용되었으며, 50만 마일을 초과하는 경우도 있을 정도로 높은 신뢰성을 보였다. 5기통 OM602 엔진은 4밸브 엔진 OM605 (E250D 20V)를 거쳐 터보차저와 커먼레일 직접 분사 (C/E/ML 270CDI)가 적용된 OM612 및 OM647 엔진으로 이어졌다. 메르세데스-벤츠는 2006년까지 5기통 디젤 엔진을 생산했으며, 쌍용자동차의 차종은 현재까지 사용하고 있다.[29]

아우디1978년부터 1997년까지 아우디 100 및 아우디 A6에 사용되는 여러 5기통 디젤 엔진을 생산했다. 아우디 2.0 R5 D 엔진은 1978년 ''아우디 100'' 세단에 도입되었고, 1983년에는 터보차저 버전이 미국 시장용 아우디 100에 탑재되었다. 이 엔진들은 여러 볼보 차종 및 폭스바겐 밴에도 사용되었다.

볼보2001년에 자체 D5 엔진을 설계하여 대부분의 차량 라인에 적용했다. 하지만 2015년에 더 작은 4기통 엔진을 선호하면서 대부분의 D5 엔진을 대체했고, 현재는 다른 볼보 5기통 디젤 엔진은 생산되지 않는다.[8][9]

1990년대 후반, 랜드로버랜드로버 디스커버리랜드로버 디펜더를 위해 자체 5기통 디젤 엔진인 Td5를 개발했다.

지프 그랜드 체로키1999년부터 2001년까지 3.1L VM Motori 엔진을, 2002년부터 2004년까지는 2.7L 메르세데스-벤츠 엔진을 탑재하여 유럽 시장에서 5기통 디젤 모델을 제공했다.[10]

1938년 란치아 3Ro 트럭은 기존의 직렬 3기통 엔진을 대체하기 위해 직렬 5기통 디젤 엔진을 도입했다. 이 트럭은 제2차 세계 대전 동안 이탈리아와 독일 군대를 위해 제작되었고, 이후 민간용으로도 사용되었으며 1950년까지 생산되었다.[7]

이 외에도 1998년부터 2009년까지 생산된 피아트 JTD 2.4 터보 디젤 엔진, 2006년부터 2019년까지 생산된 포드 듀라토크 3.2 터보 디젤 엔진 등이 대량 생산된 직렬 5기통 디젤 엔진에 속한다.

아래는 직렬 5기통 디젤 엔진을 탑재한 차종 목록이다.

제조사차종엔진
아우디80, 90, 100, 200
지프그랜드 체로키
랜드로버디펜더, 디스커버리Td5 엔진
란치아리브라, 카파, 테제
메르세데스-벤츠W114, W116, W123, W126, W163, W201, W202, W460
볼보850, C30, V70, XC70, S40, S60, V50, V40, C70, XC90D5 엔진
폭스바겐투아렉, T4
토요타랜드크루저 70계열PZ 엔진
포드포드 레인저듀라토크 3.2
히노레인저
히노레인보우(PB/PK-HR 이후)
UD트럭코ンド르
닛산 디젤 (현 UD트럭)JP(PB/PK-JP360 계열 한정)
볼보그렌옵티머스 (굴절 버스)(엔진, 섀시는 스카니아제)


4. 2. 가솔린 엔진

아우디는 1976년 아우디 100에서 최초의 생산 가솔린 직렬 5기통 엔진인 2.1L SOHC 엔진을 공개했다.[30] 1981년에는 아우디 100에 가장 작은 직렬 5기통인 1.9L 모델(폭스바겐 WH/WN)도 탑재되었다.[30] 아우디는 1976년부터 1990년대 초까지 305마력의 아우디 스포츠 콰트로와 315마력의 아우디 RS2 아반트를 포함한 많은 자동차에 2.2L 직렬 5기통 엔진을 사용했다.[31][32][33][34][35]

아우디 5기통 엔진은 모터스포츠, 특히 600 hp 아우디 S1 스포츠 콰트로 E2가 장착된 그룹 B 랠리와 720 hp 아우디 90 콰트로 IMSA GTO가 장착된 IMSA GT 챔피언십에서 광범위하게 사용되었다.[31][32][33][34][35] 1987년 공장 팀은 직렬 5기통 엔진을 장착한 아우디 S1 스포츠 콰트로의 1000마력 버전을 테스트했지만 프로토타입은 레이싱에 사용되지 않았고 그룹 B가 폐지되었다.[18]

아우디 5기통 엔진은 유럽 드래그 레이싱 챔피언십에서 매우 인기가 높으며, 특히 스칸디나비아 국가에서 인기가 많다. 드래그 레이싱에 대한 극단적인 수정으로 Audi는 2.2 20V 직렬 5기통 엔진 (3B, AAN, ABY, ADU 등)을 생산했으며 1MW (1,340hp)를 초과하는 출력이 가능한 것으로 나타났다.[36][37]

볼보 모듈형 엔진은 1991년 볼보 850 세단에 처음 도입되었으며, 다양한 볼보 모델과 함께 ''포드 포커스 ST'' 및 ''포드 포커스 RS'' 모델에도 사용되었다. 볼보와 포드가 사용한 모든 직렬 5기통 가솔린 엔진은 스웨덴 스쿄브데의 볼보 스쿄브데 엔진 공장에서 제작되었으며, 2016년에 단종되었다.

다른 직렬 5기통 가솔린 엔진은 다음과 같다.

  • 1989-1998년 혼다 G-시리즈 2.0-2.5리터 20v 엔진
  • 1995-2006년 피아트 패밀리 C 2.0-2.4리터 20v 엔진
  • 2004-2012년 제너럴 모터스 Vortec 3500/3700 3.5-3.7리터 20v 엔진


최근 몇 년 동안 이 엔진은 인기가 떨어지고 있으며, 예를 들어 2012년에 볼보는 이 엔진의 생산을 중단하겠다고 발표했다.[20]

5. 모터스포츠에서의 사용

아우디는 1980년대 랠리 경주에서 터보 5기통 직렬 엔진을 탑재한 콰트로 랠리카로 우수한 성적을 거두며, 5기통 직렬 엔진의 성능을 입증했다.[31][32][33][34][35] 특히 600 마력의 아우디 S1 스포츠 콰트로 E2와 720 마력의 아우디 90 콰트로 IMSA GTO가 사용되었다. 1987년에는 1000마력 버전의 아우디 S1 스포츠 콰트로 프로토타입을 테스트했지만, 그룹 B가 폐지되면서 실제 경주에는 사용되지 않았다.

폭스바겐다카르 랠리에서 5기통 직렬 디젤 터보 엔진을 탑재한 레이스 투아렉으로 3연패를 달성했다.

참조

[1] 웹사이트 The Advantages And Disadvantages Of The Inline Five-Cylinder Engine https://www.carthrot[...] 2017-02-09
[2] 웹사이트 Inline vs V Engine - Why High End http://www.whyhighen[...] 2022-08-20
[3] 웹사이트 Gimme Five https://www.hemmings[...] 2022-08-21
[4] 간행물 Bosch Automotive Handbook, 6th edition Professional Engineering Publishing 2004
[5] 문서 Fundamentals of Combustion 1989
[6] 웹사이트 150 H.P. (1989-1992) Force Outboard 1989-A THRU 1992-C CRANKSHAFT - PISTON Diagram and Parts http://www.boats.net[...] 2015-12-02
[7] 서적 Storia Illustrata del Camion Italiano Edizione Neri 1996
[8] 웹사이트 V60_GBen http://ipaper.ipaper[...] Ipaper.ipapercms.dk 2018-05-17
[9] 웹사이트 History of the Volvo 5 Cylinder https://www.matthews[...] 2017-10-11
[10] 웹사이트 VM Motori 3.1 531 OHV engine https://www.automani[...] 2022-08-24
[11] 간행물 Henry Ford's Weird Old Engines https://books.google[...] Bonnier Corporation 1960-08
[12] 웹사이트 400-HP 2017 Audi RS3 Tested! https://www.caranddr[...] 2017-10-16
[13] 서적 Audi Quattro https://books.google[...] Veloce Publishing 2008-06-15
[14] 웹사이트 Audi 90 quattro IMSA-GTO http://www.classicdr[...]
[15] 웹사이트 Detailed specs review of 1989 Audi 90 Quattro IMSA-GTO model for North America racing/rallye http://www.automobil[...]
[16] 웹사이트 ableitet.no - Audi 90 IMSA GTO http://www.ableitet.[...] 2021-05-11
[17] 웹사이트 Retrospective>> Quattro Firepower: The Imsa Audi 90 Gto - Speedhunters http://www.speedhunt[...] 2009-05-26
[18] 웹사이트 Secret Rally Car: Audi Group S Prototype http://www.thesmokin[...] 2015-01-16
[19] 웹사이트 2014 Volkswagen Passat https://www.cars.com[...] 2022-08-24
[20] 웹사이트 Theme – Engines: Throbby, Thrummy Quints http://driventowrite[...] 2014-08-21
[21] 웹사이트 Honda's two-wheeled glory years https://www.goodwood[...] 2022-08-23
[22] 웹사이트 The 1966 Honda RC149 https://www.cyclenew[...] 2022-08-23
[23] 웹사이트 RC 148 / RC149 http://jfrmc.ganriki[...] 2019-10-25
[24] 간행물 Henry Ford's Weird Old Engines https://books.google[...] Bonnier Corporation 1960-08
[25] 서적 Storia Illustrata del Camion Italiano Edizione Neri
[26] 문서 Storia Illustrata del Camion Italiano Edizione Neri
[27] 서적 Audi Quattro https://books.google[...] 2008-06-15
[28] 웹인용 Theme – Engines: Throbby, Thrummy Quints http://driventowrite[...] 2014-08-21
[29] URL https://www.matthewsvolvosite.com/history-volvo-5-cylinder/
[30] 웹인용 Cars++ 1985 Audi 100 1.9 page http://www.carsplusp[...] Carsplusplus.com 2011-01-17
[31] 문서 de:Audi 90 quattro IMSA GTO
[32] 웹인용 Audi 90 quattro IMSA-GTO http://www.classicdr[...]
[33] 웹인용 Detailed specs review of 1989 Audi 90 Quattro IMSA-GTO model for North America racing/rallye http://www.automobil[...]
[34] 웹인용 ableitet.no - Audi 90 IMSA GTO http://www.ableitet.[...] 2021-05-11
[35] 웹인용 Retrospective>> Quattro Firepower: The Imsa Audi 90 Gto - Speedhunters http://www.speedhunt[...] 2009-05-26
[36] 웹인용 1100HP 16Vampir VW GOLF vs 1300HP Nissan GTR! - Muscle Cars Zone! http://www.musclecar[...] 2014-12-04
[37] 웹인용 World's Fastest Audi RS4 with 1200+ HP is FOR SALE http://audi-motorspo[...]



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