자동차 엔진 기통(실린더)의 역할과 각 기통 수의 특징과 의미

자동차 엔진 기통 실린더의 역할과 의미

 

자동차에서 가장 중요한 곳은 어디인가라는 질문에 열이면 아홉은 엔진이라 말할 것이다. 오늘은 자동차의 심장부 엔진의 기통에 대해 자세히 알아보려고 한다. 기통의 역할과 각 기통수의 특징과 의미를 알아볼 것이다. 엔진의 성능을 이야기할 때 가장 많이 사용되는 수치가 바로 '기통' 이다. 자동차 엔진에서 실린더 수가 의미하는 것이 무엇이고 성능에 어떤 영향을 미치는지 보도록 하자.

 

엔진의 작동원리

 

기통의 역할과 의미 (실린더의 역할)

 

우선 엔진 실린더가 무엇인지 이해하는 것이 중요하다. 기통의 수가 즉 실린더 수를 의미하는 것이다. 자동차 엔진은 피스톤이 왕복 운동을 하며 만들어내는 힘을 회전 운동으로 바꾸는 방식으로 움직인다. 피스톤이 왕복하며 힘을 만들어내는 공간을 ‘연소실(실린더)’이라고 하는데, 이 ‘실린더의 개수’를 다른 말로 표현하면 ‘기통’이 되는 것이죠. 즉, 각 엔진은 연소실 개수에 따라 4기통, 6기통 등의 이름으로 불리게 된다.

 

현재 양산되는 대부분의 자동차는 모두 4, 6, 8기통 등 다기통 엔진을 갖고 있지만, 최초의 자동차는 연소실이 하나, 즉 단기통이었다. 1-2개의 연소실을 가진 단기통 혹은 2기통 엔진은 자동차에서는 더 이상 찾아볼 수 없지만 독특한 진동과 토크감 때문에 일부에서는 아직도 사용되고 있다. 그리고 털털거리는 작동음이 매력인 경운기 역시 디젤 단기통이라는 흔치 않은 방식의 엔진을 사용하고 있다.

 

그렇다면 실린더 수는 자동차의 성능에 어떤 영향을 미칠까? 주로 파워, 부드러움, 연비의 세 가지 측면에 영향을 미친다. 그렇다면, 왜 기통을 나누는 걸까? 자동차의 엔진으로 쓰기에 1개의 연소실이 갖는 배기량에는 한계가 있다. 중형차에 흔히 적용되는 2000cc 배기량을 1개의 단기통 엔진으로 만들기 위해서는 엄청난 규모의 연소실을 갖춰야 함과 동시에 이를 구성하는 각종 부품도 엄청나게 커지게 된다.

 

일반적으로 실린더가 많을수록 출력이 높아진다. 각 실린더는 서로 다른 시간에 점화되기 때문에 실린더가 많다는 것은 더 많은 파워 스트로크를 의미하고 결과적으로 더 많은 출력을 내기 때문이다. 그렇기 때문에 고성능 자동차와 슈퍼카는 일반적으로 실린더 수가 많다. 예를 들어, 람보르기니 아벤타도르의 V12 엔진은 엄청난 파워 덕분에 스릴 넘치는 드라이빙을 선사한다.

 

또한 실린더 수가 많을수록 엔진 작동도 부드러워진다. 실린더가 서로 다른 시간에 점화되기 때문에 실린더가 많을수록 파워 스트로크 사이의 시간이 짧아진다. 그 결과 더 부드럽고 끊김 없는 동력 전달이 가능하다. 특히 직렬 6기통과 V12 엔진은 1차 및 2차 기계적 균형이 완벽하기 때문에 부드러운 출력을 내는 것으로 잘 알려져 있다.

 

그러나 더 많은 힘과 부드러움에는 대가가 따르는데, 그 대가가 바로 연비다. 실린더가 많다는 것은 엔진이 회전할 때마다 더 많은 연료가 연소된다는 것을 의미한다. 일반적으로 실린더 수가 적은 소형 엔진이 연료 효율이 더 높다. 그렇기 때문에 경제형 자동차에는 보통 3기통 또는 4기통 엔진이 장착된다. V8이나 V12처럼 강력한 파워나 부드러운 주행감은 없지만, 아무래도 자동차 유지비를 아낄 수 있다.

 

반응형

 

각 기통 수의 특징

현대자동차 제네시스 V8(8기통) 엔진

 

가장 컴팩트하고 경제적인 3기통

 

자동차에서 본격적으로 사용되는 가장 적은 기통 수는 3기통이다. 기통이 적은 만큼 저배기량 엔진에 사용되는데, 한 번에 적은 연료를 연소시킬 뿐 아니라 엔진 무게와 부피도 줄어들어 배출가스는 줄이고 연비는 높이는 등 환경과 효율 측면에서 장점이 큰 엔진이다. 이런 장점 때문에 세계적으로 많은 소형차들이 3기통 엔진이 들어 있는 차량을 이용하고 있다.

 

홀수 기통 엔진은 짝수 기통 엔진과 다르게, 폭발 행정에서 나오는 관성에 따른 진동을 상쇄시켜주는 설계가 어렵다. 이 때문에 홀수 기통 엔진은 짝수기통 엔진에 비해 정숙성과 회전질감이 대체로 더 거친 편이다.

 

3기통 엔진을 사용하는 차종은 현재 한국지엠에서 판매하고 있는 쉐보레 말리부 E-터보 모델과 쉐보레 트레일블레이저, 쉐보레 스파크 등이 있다. 말리부 E-터보와 트레일블레이저에 사용되는 3기통 엔진은 1.35리터의 배기량을 갖는 터보 엔진으로, 56마력의 최고출력과 24.1kg.m의 최대토크를 낸다. 쉐보레 스파크의 경우에는 상하이 GM과 공동으로 개발한 1.0리터 엔진으로, 최고출력은 75마력/6,500rpm, 최대토크는 9.7kg.m/4,400rpm의 성능을 낸다.

 

가장 대중적이고 보편적인 4기통

 

4기통 엔진은 세계적으로 소형차부터 대형차, 그리고 소형 상용차까지 다양한 차종에 걸쳐 탑재되는 엔진이다. 모터사이클 등에서는 V형 구성을 볼 수도 있고, 일부 제조사에서는 수평대향 방식(실린더가 좌우로 배치되어 있는 방식)의 엔진을 제작하기도 하지만 대부분 자동차는 연소실이 1열로 늘어선 직렬 4기통 방식을 채용하고 있다.

 

2-3기통 엔진보다 상대적으로 진동과 소음이 적고 6-8기통 엔진에 비해서는 크기가 작고 연비 효율이 좋아 여러 면에서 가장 균형 잡힌 형태의 엔진이기 때문에 가장 많이 쓰이고 있는 형태이기도 한다.

 

꾸준한 개발의 결과로 많은 제조사가 성능과 효율을 높이는 다양한 신기술을 적용한 4기통 엔진을 계속 선보이고 있다. 특히 현대자동차가 2018년 선보였던 '더 뉴 아반떼'에 탑재된 스마트스트림 G1.6 엔진은 엔진의 효율을 한 차원 끌어올렸다는 평가를 받았다고 한다. 듀얼 포트 연료분사 시스템, 고점화 에너지 EGR을 적용해 효율을 높여 경차 수준의 연비인 15.2km/L를 자랑하며 도심 주행에 필요한 경쾌한 성능과 경제성을 필요로 하는 준중형차에 어울리는 경제적인 4기통 엔진을 탑재했다는 평을 얻었다.

 

단종의 길을 걷고 있는 5기통

 

5기통 엔진은 대체로 직렬 5기통과 V형 5기통의 두 가지의 형태를 띈다. 가장 일반적인 예는 직렬 5기통 레이아웃이다. 직렬 5기통은 5개의 실린더를 일렬로 배치한 형태로, 직렬 4기통 엔진과 직렬 6기통 엔진의 중간에 가까운 형태와 특성을 지녔다. 또한 홀수 기통 엔진에서 나타나는 독특한 구동 및 배기음이 매력 포인트로 작용하기도 한다. 5기통 엔진은 3기통 엔진과 마찬가지로, 통상 직렬배치를 사용한다. 하지만 경우에 따라서는 V형으로 배치를 하는 경우도 있다.

 

다만, 현재 직렬 5기통 엔진은 나날이 성능이 향상된 4기통 엔진과 직렬 6기통 엔진에 완전히 밀려서 이제는 찾아보기 매우 어려운 엔진이 되고 말았다. 4기통 엔진에 비해서는 같은 배기량일 때 체적이 크고 무거워진다는 단점이 있으며, 6기통 엔진에 비해서는 기통이 홀수로 배치되기 때문에 각 실린더에서 발생하는 진동을 상쇄하는 설계가 까다로울 뿐만 아니라 회전질감 면에서 불리하다.

 

현재 자동차 시장에서 5기통 엔진은 승용과 상용을 막론하고 거의 멸종된 상태나 마찬가지다. 직렬 4기통의 뛰어난 효율과 직렬 6기통의 우수한 회전질감 및 효율에 완전히 밀려났기 때문이다. 하지만 아우디의 경우에는 여전히 2.5리터 직렬5기통 엔진을 생산하고 있다. 이 외에 과거에 존재했었던 유명한 5기통 엔진으로는 폭스바겐의 15도 협각 V5 엔진인 VR5와 쌍용자동차가 오랫동안 사용했건 메르세데스-벤츠의 OM602계열 엔진들, 그리고 볼보자동차의 5기통 엔진들이 있다.

 

부드러운 엔진 필링과 힘, 6기통

 

90년대 고급 승용차 뒷부분에 금색으로 도금돼 자랑하듯 붙어있던 V6 레터링을 기억하는 사람들이 많을 것이다. 예전부터 지금까지 6기통 엔진은 대형차와 스포츠카 등에 두루 쓰이며 고급차의 상징처럼 여겨지고 있다. V6라고 표기된 차들을 흔히 볼 수 있듯 6기통 엔진은 대부분 연소실을 V자로 배치한 V형 엔진이 많다. 기통 수에 비해 중형차에도 탑재되기도 할 정도로 작게 만들 수 있다는 것이 장점이다.

 

89년 이후 꾸준히 6기통 엔진 라인업을 꾸려왔던 '그랜저'는 현재 '람다 3.3L V6 GDI' 엔진을 탑재하고 있다. 290마력과 35kg.m의 최대토크 성능에 부드러움과 정숙함을 더한 엔진 특성은 오너들에게 높은 만족도를 선사하며 플래그십에 걸맞은 엔진이라는 평가를 받고 있다.

 

하지만 일반적인 4기통 엔진처럼 연소실을 일렬로 배치한 직렬 6기통 엔진도 각 제조사에서 꾸준히 생산, 개발되고 있다. V형 엔진과 구별되는 특유의 부드러운 회전 질감이 고급스러운 데다 제작하기 용이하다는 장점이 있기 때문이다.

 

현대자동차에서 개발한 국내 최초의 직렬 6기통 디젤 엔진, ‘스마트스트림 D3.0’ 엔진도 이를 증명하는 엔진 중 하나다. 최근 새로이 개발되는 6기통 엔진 중에는 직렬 방식을 차용한 경우를 자주 찾아볼 수 있다. 기존 직렬 4기통 엔진에 옆으로 2개의 연소실을 더하여 제작한다. 최근 각 제조사에서는 기존 V형 6기통을 대체하는 직렬 6기통 엔진을 새로 개발하는 흐름을 보이고 있다.

 

힘과 여유의 상징, 8기통

 

지금까지 살펴본 엔진들은 대중 브랜드에서도 흔히 찾아볼 수 있지만 8기통 엔진의 경우 본격적인 럭셔리카 혹은 최고급 스포츠카의 전유물로 여겨지고 있다. 6기통 엔진의 경우 일렬로 배치하는 경우도 있지만 8기통부터는 일렬로 배치하면 엔진의 길이가 너무 길어져 차체에 들어가기 어려워지기 때문에 부피를 줄이기 위해 필연적으로 V형 배치를 하게 된다.

 

크기를 줄이기 위한 고민의 결과로 일부 제조사의 경우 V형 4기통 엔진 2개를 옆으로 붙인 W형 8기통 엔진이나 수평대향 8기통 엔진 등 독특한 구성의 엔진을 선보였던 적도 있다. 8기통 엔진은 각 실린더가 적정 수준의 힘을 내기 위해 보통 4000cc 이상의 배기량을 가지고 있는데, 배기량에 어울리는 큰 힘을 필요로 하는 대형차나 스포츠카와 같은 고성능차에 주로 탑재되고 있다.

 

 

현재의 엔진과 기통 수의 트렌드

엔진의 트렌드 변화

 

하지만 기술은 항상 진하하고 있습니다. 자동차 역시 마찬가지다.  오늘날 터보차저와 하이브리드 파워트레인의 발전으로 과거에는 대형 다기통 엔진으로만 가능했던 출력을 더 작고 적은 수의 실린더 엔진으로도 낼 수 있게 되었다. 이러한 기술은 연비 개선에도 도움이 된다.

 

예를 들어, 포드의 에코부스트 엔진 라인은 터보차징을 사용하여 4기통 엔진에서 V6와 같은 출력을 얻으면서도 연비는 더 좋게 유지한다. 한편, 많은 고성능 스포츠카는 전기 모터와 기존 연소 엔진을 결합하여 강력한 출력과 향상된 효율성을 제공하는 하이브리드 파워트레인을 채택하고 있다.

 

결론적으로 엔진의 실린더 수는 자동차의 성능에 큰 영향을 미치지만 유일한 요소는 아니다. 엔진의 구성, 크기, 첨단 기술 사용과 같은 다른 측면도 파워, 부드러움, 효율성에 큰 영향을 미칠 수 있다. 올바른 엔진을 선택하려면 자신의 필요와 우선순위를 이해해야 한다. V12의 강력한 파워, 직렬 6기통의 부드러운 순항, 터보차저 4기통의 경제적인 효율성 등 자신이 원하는 드라이빙에 맞게 선택해야 하는 것이다.

 

#CHECK THIS BELOW OUT

자동차 엔진에 대해 네이버 지식백과에서 자세히 알아보기

자동차엔진

 

#CHECK THIS BELOW OUT

주행 중 시동 꺼짐, 엔진 멈춤 원인과 대처 방법

 

#CHECK THIS BELOW OUT

반드시 알아야하는 엔진오일 성능을 나누는 등급, 규격과 점도