수평 엔진

3. 설계

수평 엔진은 짧은 길이, 낮은 무게 중심, 그리고 넓은 표면적 덕분에 공랭식 엔진에 적합하다는 장점을 가진다.

직렬 엔진과 비교하면, 수평 엔진은 1차 밸런스가 더 우수하여 진동이 적지만,^[1] 폭이 넓고 실린더 헤드가 2개 필요하다는 단점이 있다. V형 엔진과 비교하면, 수평 엔진은 무게 중심이 낮고 6기통의 경우 1차 진동이 적지만, 폭이 넓다.^[2]

수평 엔진은 좌우 대칭적인 피스톤의 움직임이 복싱 선수가 글러브를 부딪치는 모습과 비슷하여 '''복서 엔진'''이라고도 불린다.^[29] 수평 엔진은 2개의 실린더가 한 쌍을 이루기 때문에, 반드시 짝수 기통수만 가능하다. 12기통에서는 180도 V형이 크랭크 샤프트의 길이 및 강성 면에서 유리하며, 레이스용 엔진에 더 적합하다.^[33]

수평대향 엔진은 전폭이 커서 차체에 탑재할 때 제약을 받을 수 있으며, 이 때문에 차체의 무게 중심이 반드시 낮아지지 않는 등 장점을 살리기 어려운 경우가 있다. 또한, 윤활 문제 등 설계, 제조, 보수에 있어 직렬형 엔진보다 더 많은 고려가 필요하다.^[38]

3. 1. 복서형 (Boxer)

3. 2. 180도 V형

4. 장점 및 단점

복서 엔진은 진동 특성이 뛰어나 소기통수에서도 밸런스 샤프트 없이 2차 이상의 진동까지 상쇄할 수 있고, 등간격 연소가 가능하다.^[29] 크랭크 샤프트가 짧고 가벼워지며, V형 엔진에 비해 전고를 낮출 수 있어 엔진의 저중심화가 가능하다. 공랭 방식의 경우 냉각풍을 받는 면적이 넓어진다.

복서 엔진은 직렬 엔진보다 전장이 짧지만, V형 엔진보다는 약간 길다. 전폭이 커서 차체 탑재 시 제약을 받을 수 있고, 엔진 설계가 제약받는 경우도 있다. 롱 스트로크화가 어려워 저연비화에 불리하다.^[37] 실린더 헤드가 엔진 양 끝에 있어 흡배기, 연료 공급, 점화 등 관련 계통 처리가 복잡하다. 배기계 처리에 따라 엔진 탑재 위치가 높아져 저중심 장점을 잃을 수 있다. 수평 실린더 배치로 인해 윤활 문제가 발생하기 쉬워 설계, 제조, 보수에 더 많은 고려가 필요하다.^[38]

5. 베어링 수

수평대향 4기통 엔진의 경우 크랭크축을 지지하는 베어링의 수는 여러 가지이다. 과거 폭스바겐 타입 1은 베어링이 양쪽 끝과 중앙의 3개였고, 스바루의 EA 엔진도 3개였다. EJ 엔진은 직렬 4기통과 마찬가지로 베어링이 5개이다. 참고로, 일반적인 직렬 4기통 엔진은 설계가 오래된 것은 3개, 이후는 5개인 경우가 많다. V형 4기통은 베어링이 총 3개이다.

페라리 312B에 탑재된 180도 V형 12기통 엔진은 베어링이 양쪽 끝 2개와 한쪽 뱅크 2기통에 1개씩 총 4개였다.

6. 용도

수평 엔진은 다양한 분야에서 활용되고 있다.

최초의 수평 엔진은 1897년 독일의 엔지니어 카를 벤츠가 제작한 "콘트라"(kontra) 엔진으로, 수평 대향 2기통 엔진 설계였다.^[9][10]

1938년 폭스바겐 비틀은 후방에 폭스바겐 공랭식 엔진을 장착하고 출시되었다. 이 엔진은 폭스바겐 타입 2, 폭스바겐 카르만 기아, 폭스바겐 타입 3에도 사용되었다. 1982년에는 수냉식 버전인 폭스바겐 바서복서 엔진이 도입되었다.

포르쉐는 대부분의 스포츠카에 수평 엔진을 사용했으며, 포르쉐 911은 1964년부터 수평 대향 6기통 엔진만을 사용해 왔다. 1997년 포르쉐 911은 공랭식에서 수냉식으로 전환되었다.

쉐보레는 1960년부터 1969년까지 코르베어에 공랭식 수평 대향 6기통 엔진을 사용했다.

스바루는 1966년 스바루 EA 엔진 도입 이후 대부분 모델에 수평 대향 엔진을 사용하고 있으며, 2008년 스바루 EE 엔진은 세계 최초의 승용차 디젤 수평 엔진이 되었다.^{[7][16][17][18]}

페라리는 1970년대 포뮬러 원 자동차와 페라리 베를리네타 복서, 페라리 테스타로사 등에 수평 대향 12기통 엔진을 사용했다.

토요타는 토요타 86 / 스바루 BRZ에 스바루 FA20 엔진을 사용한다.

6. 1. 자동차

6. 1. 1. 구동 방식

6. 1. 2. 역사

1938년, 폭스바겐 비틀(당시에는 "KdF-Wagen"이라고 불림)이 후방에 장착된 수평 대향 4기통 엔진과 함께 출시되었다. 이 폭스바겐 공랭식 엔진은 오랫동안 생산되었으며, 폭스바겐 타입 2(트랜스포터, 콤비 또는 마이크로버스), 폭스바겐 카르만 기아 스포츠카, 폭스바겐 타입 3 소형차에도 사용되었다. 바서복서로 알려진 수냉식 버전은 1982년에 도입되었고, 결국 공랭식 버전을 대체했다.

포르쉐 역사상 대부분의 스포츠카는 수평 엔진으로 구동되었으며, 최초의 자동차인 1948-1965 포르쉐 356은 공랭식 수평 대향 4기통 엔진을 사용했다. 수평 대향 4기통 엔진을 사용한 다른 차종으로는 1969-1976 포르쉐 914, 1965-1969 포르쉐 912, 2016년~현재 포르쉐 박스터/카이맨 (982)가 있다. 포르쉐 911은 1964년 출시 이후 현재까지 수평 대향 6기통 엔진만을 사용해 왔다. 1997년, 포르쉐 911은 공랭식에서 수냉식으로 전환했다.

포르쉐 수평 대향 8기통 엔진은 1960년대에 다양한 레이싱카에 사용되었으며, 1962년 포르쉐 804 포뮬러 원 자동차와 1968-1971년 포르쉐 908 스포츠카 등이 있다. 수평 대향 12기통 엔진은 1969-1973년 포르쉐 917 스포츠카를 위해 포르쉐에서 제작되기도 했다.

쉐보레는 1960년부터 1969년까지 생산된 코르베어 라인에 공랭식 수평 대향 6기통 엔진을 사용했으며, 양산차 최초로 터보차저를 사용한 사례 중 하나이다.

스바루 EA 엔진은 1966년에 도입되었으며, 오늘날까지 생산되고 있는 스바루의 수평 대향 4기통 엔진 라인을 시작했다.^[13] 스바루의 대부분 모델은 자연 흡기 또는 터보차저 형태의 수평 대향 4기통 엔진으로 구동된다. 1973년 스바루 GL 쿠페의 인쇄 광고에서는 이 엔진을 "쿼드로젠탈"(quadrozontal)이라고 언급했다.^[14] 또한, 1988년부터 1996년까지, 그리고 2001년부터 2019년까지 수평 대향 6기통 엔진을 생산했다.^[15] 2008년, 스바루 EE 엔진은 세계 최초의 승용차 디젤 수평 엔진이 되었다. 이 엔진은 커먼레일 연료 분사 방식을 갖춘 터보차저 수평 대향 4기통 엔진이다.^{[7][16][17][18]}

페라리는 1970년대에 다양한 포뮬러 원 자동차에 수평 대향 12기통 엔진을 사용했다. 1973-1984년 페라리 베를리네타 복서, 1984-1996년 페라리 테스타로사 및 그 파생 모델에 로드카 수평 대향 12기통 엔진(180도 V12 구성 사용)이 사용되었다.^[19]

토요타는 토요타 86 / 스바루 BRZ 트윈의 토요타 브랜드 버전에서 수평 대향 4기통 엔진에 대해 ''도요타 4U-GSE''라는 명칭을 사용하지만, 이 엔진은 실제로 스바루 FA20 엔진으로 스바루에서 설계 및 제작했다.^[3]

6. 1. 3. 현재 생산 중인 차량

BMW R 시리즈의 복제품 중 제2차 세계 대전 이후 생산된 오토바이는 다음과 같다.

군용으로는 BMP-3 (보병 전투차)와 FH70 (155mm 곡사포)에 수평대향 엔진이 탑재되어 있다.

6. 1. 4. 모터스포츠

6. 2. 철도 차량

6. 2. 1. 일본

이 구성으로는 최대 1량당 360마력에 그쳐, 특급용으로는 출력이 부족했다. 그래서 신형 기동차 시제품 개발 시 500마력의 터보가 달린 30리터 180°V형 12기통 수평 대향 엔진 DML30HSA가 개발되어, 기하 91형에 처음 탑재되었다. 직렬 6기통 DMF15HZ^[1] 1기를 탑재한 기하 90형과의 비교 시험 결과, DML30HS 1기 탑재가 유리하다고 판단되어, 그 후 특급형·급행형 기동차에는 DML30HS계 엔진이 탑재되었다.

국철 민영화 후에는 직접 분사화하고 인터쿨러를 장착한 DML30HZ(660마력)를 탑재한 기하 183계를 마지막으로, 수평 대향 엔진 채용은 중단되었다. 민영화 전후부터 소형 경량 고출력의 직렬 6기통 엔진^[2]이 주류가 되었으며, DML30계 등 기존형 엔진에서 교체된 차량도 많다.

6. 2. 2. 일본 국외

스위스 연방 철도 BDm2/4형 기동차에는 Gebrüder Sulzer사의 4ZG14형 엔진(수평 대향 4기통, 294kW)이 탑재된 적이 있다.

6. 2. 3. 탑재 기동차

• DML30HS/HZ 계
• * 키하90계
• * 키하181계
• * 키하65
• * 키야191계 (가선·신호 검측차)
• * 키하66·67계 (리뉴얼 공사로 DMF13HZA로 교체)
• * 키하183계 (니세코 익스프레스, 크리스탈 익스프레스, 노스 레인보우 익스프레스를 제외)
• 4ZG14형
• * BDm2/4형 (스위스 연방 철도)

6. 3. 항공

현대 소형 항공기에 장착되는 항공용 왕복 엔진은 냉각 특성이 우수하고 진동이 적어 거의 모든 기종에 공랭 수평 대향형이 사용된다. 엔진 부품 번호에는 대향형(Opposed)을 나타내는 "O-"가 붙는다. 로빈슨 헬리콥터사의 피스톤 엔진 헬리콥터에도 채용되고 있다.

"하늘의 F1"이라고도 불리는 레드불 에어 레이스 월드 챔피언십에서는 모든 팀이 동일 규격의 공랭 수평 대향 6기통 엔진을 사용하도록 의무화되어 있다.

6. 3. 1. 주요 엔진 제조사

• 컨티넨탈 모터스(미국)
• 라이커밍 엔진 (미국)

참조

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