당시의 개발 시점에서는 여러 자동차 메이커들의 관심은 받을 수 있었지만 효율성의 문제로 선택을 받지 못하여 마쯔다의 개발 속에 RX-7과 RX-8에 사용하기에 이르렀는데요, 고출력과 높은 회전속도의 장점으로 엔진의 파워를 만들어내게 되었습니다.
반켈 로터 엔진에 대해서 알아보겠습니다
로터리 엔진으로도 알려진 Wankel 엔진은 기존의 왕복 피스톤 엔진 설계에서 벗어난 매력적인 엔지니어링 작품입니다.
1950년대 독일 엔지니어인 Felix Wankel이 개발한 Wankel 엔진은 소형화, 단순성 및 높은 중량 대비 출력 비율의 독특한 조합을 제공합니다.
회전 운동과 유선형 구조를 갖춘 Wankel 엔진은 자동차, 항공, 심지어 발전을 포함한 다양한 산업 분야에서 응용 분야를 찾았습니다. Wankel 엔진의 복잡함을 자세히 살펴보겠습니다.
1. 구성:
Wankel 엔진의 중심에는 일반적으로 에피트로코이드(epitrochoid)로 알려진 측면이 곡선인 삼각형 프리즘 모양의 로터가 있습니다. 이 로터는 하우징 내에서 편심 회전하여 이동하면서 부피가 변하는 3개의 챔버를 형성합니다.
고정자라고도 알려진 로터하우징은 타원형 또는 땅콩 모양이며 그 안에 회전자가 포함되어 있습니다. 로터는 출력 샤프트에 연결되어 회전 운동을 기계적 작업으로 변환할 수 있습니다.
2. 동작 원리:
Wankel 엔진은 기존 피스톤 엔진과 유사하게 흡기, 압축, 출력, 배기의 4 행정 사이클로 작동합니다. 그러나 피스톤 엔진과 달리 Wankel 엔진은 선형 운동이 아닌 회전 운동을 통해 이러한 사이클을 달성합니다.
흡기 행정 중에 로터가 움직일 때 공기와 연료가 챔버로 유입되어 더 큰 부피를 생성합니다. 그런 다음 로터는 이 혼합물을 더 회전하면서 압축하여 압축 행정을 수행합니다.
최대 압축 지점에서 혼합물은 스파크 플러그에 의해 점화되어 파워 스트로크가 시작됩니다. 연소로 인해 팽창하는 가스가 로터를 밀어서 회전하게 하고 출력 샤프트에 동력을 전달합니다. 마지막으로, 로터가 계속 회전하면서 배기 행정이 발생하여 연소된 가스를 챔버에서 배출합니다.
3. 장점:
Wankel 엔진은 기존 피스톤 엔진에 비해 몇 가지 장점을 제공합니다.
콤팩트함: Wankel 엔진은 움직이는 부품이 적어 피스톤 엔진에 비해 디자인이 훨씬 단순합니다. 그 결과 엔진 패키지가 더 콤팩트 해져서 스포츠카나 항공기와 같이 공간이 제한된 응용 분야에 이상적입니다.
높은 중량 대비 출력 비율: 유선형 설계와 효율적인 연소 과정으로 인해 Wankel 엔진은 높은 중량 대비 출력 비율을 달성할 수 있습니다. 이는 크기와 무게에 비해 상당한 양의 전력을 생산할 수 있어 성능 지향적인 차량에 매력적이라는 것을 의미합니다.
부드러운 작동: Wankel 엔진의 회전 운동은 피스톤 엔진에 비해 진동이 적고 본질적으로 부드러운 작동을 제공합니다. 이는 특히 높은 RPM에서 더욱 세련된 운전 경험을 제공합니다.
높은 회전 속도: Wankel 엔진은 더 가벼운 로터와 감소된 왕복 질량 덕분에 피스톤 엔진보다 더 높은 속도로 회전할 수 있습니다. 이러한 고회전 특성은 빠른 스로틀 반응과 활발한 성능을 가능하게 합니다.
4. 용도:
Wankel 엔진은 다음을 포함한 다양한 응용 분야에 사용되었습니다.
자동차: Mazda는 Wankel 엔진을 채택한 가장 유명한 제조업체 중 하나였으며 Mazda RX-7 및 RX-8과 같은 모델을 생산했습니다. 이 스포츠카는 고회전 로터리 엔진과 민첩한 핸들링 특성으로 명성을 얻었습니다.
항공: Wankel 엔진은 항공 분야, 주로 실험용 항공기와 초경량 항공기에서 제한적으로 사용되었습니다. 콤팩트한 크기와 가벼운 구조로 인해 무게와 공간이 중요한 고려 사항인 항공기에 적합합니다.
해양: 개인용 선박 및 소형 보트와 같은 일부 해양 응용 분야에서는 소형 및 높은 중량 대비 출력 비율로 인해 Wankel 엔진을 사용했습니다.
5. 과제:
장점에도 불구하고 Wankel 엔진은 다음과 같은 몇 가지 과제에 직면해 있습니다.
밀폐 및 마모: 로터와 하우징 사이의 밀봉은 효율적인 작동에 매우 중요하며 시간이 지나도 이 밀봉을 유지하는 것은 어려울 수 있습니다. 마모 및 정점 씰 성능 저하로 인해 성능이 저하되고 배기가스 배출이 증가할 수 있습니다.
냉각: Wankel 엔진은 지속적인 회전 운동으로 인해 피스톤 엔진에 비해 더 많은 열을 발생시키는 경향이 있습니다. 과열을 방지하고 엔진 신뢰성을 유지하려면 효과적인 냉각이 필수적입니다.
연료 효율성 및 배기가스 배출: 최적의 연료 효율성을 달성하고 배기가스 규제를 충족하는 것은 Wankel 엔진의 지속적인 과제였습니다. 고유한 연소 과정과 설계 특성으로 인해 피스톤 엔진과 동일한 수준의 효율성 및 배출 제어를 달성하기 어려울 수 있습니다.
오일 소비: Wankel 엔진은 일반적으로 설계상 피스톤 엔진보다 더 많은 오일을 소비하므로 유지 관리 요구 사항과 운영 비용이 증가할 수 있습니다.
6. 유산과 미래 전망:
Wankel 엔진은 자동차 역사에 중요한 흔적을 남겼으며, Mazda는 가장 많이 사용하는 엔진입니다.
Mazda는 배출가스 및 연비 문제로 인해 2012년에 회전식 RX-8을 중단했지만 회사는 이 기술에 대한 지속적인 관심을 표명해 왔습니다.
밀봉 개선, 연료 효율성 향상, 배기가스 배출 감소 등 Wankel 엔진과 관련된 문제를 해결하기 위한 지속적인 연구 개발 노력이 진행되고 있습니다. 또한 Wankel 엔진의 콤팩트한 크기와 높은 중량 대비 출력 비율 덕분에 이러한 특성이 중요시되는 틈새 응용 분야에 매력적인 옵션이 됩니다.
결론적으로, Wankel 엔진은 콤팩트함, 단순성 및 고성능의 조합을 제공하는 기존 피스톤 엔진에 대한 독특하고 흥미로운 대안으로 남아 있습니다. 밀봉, 냉각 및 배출 측면에서 어려움을 겪고 있지만 지속적인 연구 및 개발 노력을 통해 특정 응용 분야에서 지속적인 관련성을 확보할 수 있습니다.
도로 위에서든, 공중에서든, 고정식 발전에서든 Wankel 엔진은 혁신적인 디자인과 기능으로 계속해서 매니아와 엔지니어 모두를 사로잡고 있습니다.
