로터리 엔진

개요

Rotary engine

마쯔다가 후장을 핥듯이 죽도록 빠는 엔진이다.

반켈 엔진과 성형 엔진이 있는데 둘다 회전한다는 공통점이 있다.

초창기 로터리 엔진은 실린더와 프로펠러가 일체형으로 제작되어 실린더 자체가 회전하는 방식으로 되어 있었는데 이는 그 당시 공랭식 피스톤엔진의 냉각성능이 영 좋지 못했던 탓에 실린더 자체를 회전시켜서 스스로 바람을 일으켜 냉각하도록 제작된 것이었다.

하지만 실린더 축 자체가 회전을 한다는 개또라이 같은 작동방식 탓에 자이로스코프 세차 현상이 너무나도 극심해서 이착륙이 굉장히 위험하였기에 1차대전이 종전된 후에는 실린더는 고정되어 밖으로 돌출되는 식으로 개량되었다.

물론 1차대전 당시에 수랭식 V형 성형엔진을 장착한 알바트로스 항공기도 있었지만 로터리 엔진에 비해 엔진의 무게가 무거운편이여서 200마력의 강력한 수랭식 엔진임에도 불구하고 로터리 항공기와 비교했을때 겨우 10~20km가 더 빠른 수준이었다.

어쨌든 로터리 엔진은 실린더축이 회전하지 않도록 개량된 후에는 공랭식 엔진 특유의 뛰어난 신뢰성(피탄되어 실린더 몇개가 박살나더라도 정상작동이 가능했다.) 덕에 중형폭격기나 고출력 지상공격기 등에 널리 사용된다.

아무튼 종류에 따라 다르다. 굳이 차이를 설명하자면 피스톤이 없는게 반켈 엔진, 피스톤이 있는게 성형 엔진이다.

하지만 요즘 로터리 엔진은 RX-7이나 RX-8에 쓰인 반켈 엔진을 지칭하며 원래 로터리 엔진으로 불렸던 성형 엔진은 래디얼 엔진이라고 불린다.

성형 엔진은 과거 항공기에 많이 썼다. 지금은 터보프롭 엔진에 밀려 퇴물됨.

반켈 엔진

개요

보통 로터리 엔진하면 떠오르는 엔진으로 독일의 기술자인 '펠릭스 반켈(Felix Wankel)'이 고안한 엔진이다.

반켈이 설립한 아우디의 전신 회사중 하나인 NSU에서 처음 생산을 해서 자동차에 쓰였다. 그후 GM이나 시트로엥같은 기업들도 관심을 보였으나 결국 연비 문제와 배기가스 및 내구성 문제점으로 인해서 잘 쓰이지 않았고 현재까지 쓰이는 제조사는 일본의 마쯔다와 독일의 아우디 뿐이며 현재 적용된 차량은 아우디 A1 E트론 뿐이다.

그외에도 오토바이에서도 쓰였으나 현재는 거의 이용되지 않았고 중장비나 모터보트에 쓰일려고 했었다.

구조 및 원리

기존 엔진이 실린더와 피스톤으로 되어있다면 반켈 엔진은 챔버와 로터로 구성되는 간단한 구조로 되어있다.

밸브가 없는 대신 흡기구와 배기구 그리고 점화 플러그가 있다.

원리를 요약하자면 삼각형 모양이 로터가 에피트로코이드 곡선의 원통형 챔버에 미트스핀 하듯이 돌리는 것이다. 역할은 로터가 피스톤 포지션이며 챔버는 실린더 포지션에 속한다.

더 자세한 원리를 설명하자면 공기와 연료를 챔버 내에 넣고 로터를 회전시켜서 압축,착화를 하며 폭발로 인해 팽창된 가스가 로터를 돌려서 동력이 발생되고 로터가 돌면서 배기 밸브를 연 뒤 배기가스가 방출되는 것이다. 이때 완전히 연소되지 못한 가스는 챔버 내의 사이클을 다시 돌게 된다. 즉, 배기행정 중에는 폭발 가스로 로터가 돌아가고 있고 흡기 할땐 흡기를 함으로 인해 폭발 행정이 거의 끊임없이 이어지는 것이다.

장, 단점

특유의 원리로 인해 저배기량으로 고출력을 내뿜는다는 장점이 있으며 이 장점으로 르망 24시에서 로터리를 탑재한 마쯔다의 787B가 우승을 한적이 있었다. 이는 일본 유일의 르망 24시 우승 기록이기도 하다. 또한 구조가 간단하기 때문에 정비성이 좋은 것도 장점에 한몫한다.

하지만 너무나 단순하고 기밀성을 유지하기 힘들다는 특징 땜에 내구성 좆망이라는 단점을 안게 되었다. 그리고 너무나 많은 고출력으로 인해서 배기가스도 존나 많이 나오고 하도 기름을 존나 쳐먹을 정도로 연비도 좆망한다는 단점도 있어서 오일쇼크가 터진 이후 주류 엔진이 되지 못했다.

성형 엔진

실린더를 원형으로 돌린 형태의 엔진이다. 래디얼 엔진(Radial engine) 즉 방사형 엔진으로도 불린다.

덕분에 별모양 처럼 생겨서 성형(星形)이라는 이름이 붙게 되었고 천조국의 기술자이자 발명가인 '조지 웨스팅하우스'가 고안했다. 참고로 조지는 니콜라 테슬라 사업 파트너로 일한적이 있었다.

크랭크 축이 단기통과 같은 길이에 전체적으로 가볍고 튼튼해서 항공 기술력 초창기였던 20세기 초에는 직렬 엔진이나 V형 엔진보다 제조가 쉬었다고 한다. 이건 1중 성형 엔진 한정이며 3중 성형 엔진부터는 정비성이 헬로 높아진다.

또한 실린더가 일렬로 되어있는 기존 피스톤 엔진들 보다 냉각효율이 좋아서 별도의 복잡한 냉각기가 필요없었는데 이는 프로펠러 뒤에 성형 엔진 특유의 원형 구조로 인해 프로펠러로 들어오는 공랭 만으로도 바로 방열이 되어 충분한 냉각 성능을 얻을 수 있었다. 물론 일부 엔진에는 수냉식으로 된것도 있었다.

게다가 성형 엔진 특성상 실린더의 수가 많아서 하나의 실린더가 고장나도 엔진 자체가 멈추거나 추력이 크게 줄진 않는다. 이것이 당시 전투기에서 장점이 될 수 있는 부분(적기 기총으로부터 엔진부를 피격당해 실린더 하나가 고장나도 전체적으로는 괜찮음)

사점 발생을 방지하기 위해서 대부분 홀수 단위의 기통 수로 되어 있었다. 5기통을 시작으로 7기통과 9기통도 있었다.

하지만 엔진의 면적 크게 잡아먹는다는 단점도 있으며 이로 인해서 정면에서의 단면적이 넓어질 수 밖에 없고 항력이 상대적으로 딸린다는 문제점이 있었다. 너무너 면적이 넓기 땜에 프로펠러 후류가 냉각으로 낭비된다는 단점 또한 있지만 이는 카울을 통해 해결이 가능했다.

원래는 로터리 엔진이라고 불렸는데 1차대전 당시 아예 성형 엔진 자체를 회전 시켰기 때문에 불렸다고 한다. 실린더가 직접 회전을 해서 플라이휠이 없어도 별 형태의 실린더 무게가 RPM을 유지시키는 역할도 했다. 하지만 실린더 밸브를 열어서 연소가스를 대기중에 내보내는 구조 덕분에 윤활유 낭비도 낭비이고 열효율도 좆망이여서 회전질량이 너무나 커서 생긴 토크와 자이로 효과 덕분에 조종이 어렵게 되자 1차 대전 이후에는 엔진은 고정시키되 축만 회전하는 구조로 설계된다.

주로 항공기용에 쓰이며 F4U 콜세어나 제로센 그리고 P-47 같이 마치 앞부분이 원통처럼 생긴 전투기나 기타 프로펠러 항공기에 장착된다.