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F1에도 친환경 바람이? (엔진 편)

작성일2012.07.13

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작성자 : 기자단

 

 

Formula 1 '2011' The 5 Elements from CRITICA on Vimeo.

 

 

~’ 하는 굉음과 함께 머신이 서킷 위를 질주한다. 자동차라고는 믿기지 않는 속도와 그 강렬한 소리는 내 오감을 짜릿하게 만들기에 충분했다. 이어플러그를 귀에 꼽았지만 여전히 머신들의 배기음은 내 귓속까지 파고들며 나를 흥분시킨다. 이 소리의 주범은 그 녀석들의 심장, 바로 F1 머신의 엔진에서 나는 소리였다.

 

F1 대회의 주최자인 FiA에서는 항상 대회를 주시하며, 주기적으로 대회 규정을 변화시킨다. 팀들간의 격차를 줄이기 위한 규정 변화, 혹은 경기 내에서 극적인 요소를 극대화하여 관중들에게 재미를 주려는 목적, 그리고 시대의 흐름에 발 맞추어 규정을 맞춰나가는 등 여러가지 방면으로 규정은 변화하여 왔고 앞으로도 변화할 예정이다. 이에 따라 각 회사들은 매년 개발과정을 거쳐 주어진 제한조건을 만족하는 동시에 최대의 효율을 발생시키는 차량 개발에 몰두하고 있다. 이에 따라 F1엔진도 시대의 변화에 따라 변화를 거듭하고 있다.

 

 

 

 

 

F1 엔진의 역사

 

 

1947F1이 처음으로 열린 이후로 엔진 규정은 지속적으로 변화해왔다. 대회 초기에는 회사별로 다양한 종류의 엔진을 내어놓았고, 점차 이는 단일화되는 추세로 바뀌어왔다. 최근 20년간의 추이를 살펴보면, 1994년 까지는 최대 12기통의 엔진까지 가능하였으나, 1995년에 들어서는 기통수가 10기통으로 줄어들었다. 이에 따라 과거에 들을 수 있었던 12기통만의 고음은 더 이상 듣는 것이 어려워졌다. 그리고 약 10년 뒤인 2006년에 와서는 또 한 번의 배기량 감소와 함께 8기통 엔진으로 엔진 사이즈를 줄여내었다.

 

이는 단순히 차량 자체의 퍼포먼스 측면에서만 바라보는 것이 아닌, 엔진 사운드의 변화라는 측면에서도 큰 변화였다고 할 수 있다. 이에 기통 수와 엔진 소리와의 차이가 어떻게 연관 지어지는지 궁금한 사람도 있을 것이다. 단순히 설명하자면, 엔진에 기통수가 증가할수록, 엔진이 회전할 수 있는 최대 RPM은 증가하게 되고, 빠른 회전속도로 엔진이 돌아갈수록 고주파의 소리를 내게 된다. 따라서 기통수가 많은 엔진에서는 더 날카롭고 시원한 소리가 나오는 것이다.

(유튜브 검색을 통하여 이러한 엔진 소리의 변화를 쉽게 들어볼 수 있다.)

 

 

 

 

 

F1 엔진의 특징

 

요즘 녀석들의 심장에는 하나같이 똑같은 규격의 V8 2.4리터의 엔진이 들어차 있다. 겨우 중형차 급의 배기량이라고 얕봤다가는 큰 코 다친다. 배기량은 같아도 엔진 회전수는 세 배가 넘으니까 말이다. 이 녀석들의 심장은 남들보다 강해서 남들이 한번 뛸 때 두 세 번 씩 뛰는 능력을 가졌다.

 

 

 

엔진의 최고회전수는 18,000rpm, 일반 가솔린 차량의 약 세배다.

그에 비례해서 출력도 당신의 상상을 훨씬 선회한다. 반면 무게는 고작 100 kg 에도 못 미치는 수준이다. 이는 알루미늄 합금이라는 가볍고 튼튼한 재료를 이용한 첨단 과학기술의 힘이다.

그렇다고 너무 놀라지는 말 것, 이렇게 완벽해 보이는 엔진에는 결국 수명이라는 최대 난관이 존재하기 때문이다.

 

오늘날의 F1 규정으로는 일 년에 사용할 수 있는 엔진의 개수가 8개로 제한되어있고, 일 년에 총 20회의 대회를 치르는 것을 감안하면, 보통 2번의 대회당 한번 꼴로 엔진을 교환한다고 볼 수 있다. 실제로 F1 엔진의 수명은 약 1500 km라고 알려져 있는 만큼 그 수명은 매우 짧다고 할 수 있다.

 

 

그렇다면 연비는 과연 어떨까 실제로 2012 레드불 머신인 RB7의 경우 연비는 불과 1.34km/l 에 지나지 않는다. 사실 경주용 머신에 연비를 따진다는 것 자체가 무의미 할 수도 있겠지만, 여러분이 이러한 사실을 알고 F1이 환경에 해가 된다고 생각할 것을 고려한 탓인지 요즈음의 F1에는 여러 가지로 친환경 요소들을 들이려는 변화가 일어나고 있다.

 

 

 

 

 

F1에 부는 친환경 바람

 

 

엔진 구조의 변화

 

요즈음 자동차 시장의 가장 큰 화두는 바로 엔진 다운사이징이 아닐까 이러한 바람이 단순히 승용차 시장에서만 분다고 생각한다면 이는 큰 오산이다.

지난번 FiA의 발표에 따르면 2014년 부터는 기존 V82.4리터 엔진에서 V61.6 리터 엔진으로 그 사이즈를 줄일 것을 명시했다. 그렇다고 출력에 변화가 있을 거라는 걱정은 하지 않아도 된다. 터보 차저라는 과급기를 달아서 결국 작은 사이즈에서 뿜어져 나오는 출력은 기존과 비슷할 것이기 때문이다.

 

출처 : 현대자동차 

 

터보 차저(Turbo Charger)는 내연기관에서 필연적으로 발생하는 엔진의 배출가스 압력을 이용해 터빈을 돌린 후, 이 회전력을 이용해 흡입하는 공기를 대기압보다 강한 압력으로 밀어 넣어 출력을 높이기 위한 기관이다. 최근 세계적으로 우수한 연비를 내는 자동차에 대한 요구가 늘면서 배기량을 줄이는 다운사이징이 유행하기 때문에 최근들어 가솔린 차량에도 사용빈도가 늘고 있다.

 

엔진 다운사이징(Engine Downsizing)은 말 그대로 엔진의 중량이나 사이즈(배기량)를 줄이는 것을 말한다. 엔진의 사이즈를 줄이는 이유는 엔진이 가장 무거운 중량체이기 때문에 경량화를 통한 연비 향상 효과를 기대할 수 있으며, 배기량이 줄어듦으로 인해 엔진 자체의 연료 소모량도 감소하여 전반적인 연비 향상에 큰 도움이 되기 때문이다. 이러한 현상이 유행하게 된 가장 큰 이유는 관련 기술의 발달에 있다. 결국 더 작은 배기량의 엔진에 직분사 혹은 차저등의 과급기를 통해 기존 사이즈 대비 출력의 감소량을 최소화하거나 혹은 오히려 출력 증대효과를 누릴 수 있기 떄문이다.

 

 

 

하이브리드 시스템의 장착

 

적은 연료를 사용하여 더 먼 거리를 가는 하이브리드 자동차, F1에서도 이와 완전히 같다고는 볼 수 없지만, 쓸데없이 낭비되는 에너지를 저장해 두었다가 필요할 때에 사용한다는 점에서 기본적인 원리는 동일하다.

 

현재 경기에 출전하는 모든 F1 머신에는 KERS(Kinetic Energy Recovery System)라는 하이브리드 시스템이 적용되어있다.이는 말 그대로 운동 에너지를 저장해 두었다가 재사용하는 것을 말하며 기본적으로 회생 제동 시스템과 유사하다.

 

이러한 KERS 시스템은 제동시 소모되는 운동에너지를 이용하여 발전기를 돌려 전기에너지로 저장해 두었다가 필요한 상황에 사용할 수 있다. F1 경기에서는 이렇게 모아진 에너지를 순간 가속에 활용하여 추월이 용이하도록 이용하고 있다.

 

출처 : 현대자동차

 

 

이 역시 2014년에는 보다 큰 범위로 사용될 것으로 예측되고 있다.

우선 기본적으로 KERS로 사용되는 출력을 기존 80마력에서 160마력으로 두 배 향상 시킬 것을 언급했으며, 또한 기존의 회생 제동 시스템에 더하여 배기가스 등의 열에너지를 추가로 활용할 것이라고 하였기 때문이다. 이는 결국 보다 많은 범위에서 낭비되는 에너지를 모아 활용한다는 점에서 환경친화적인 기술이라 할 수 있다.

 

 

 

 

 

앞으로 우리에게 다가올 F1

 

처음 FiA에서 직렬 4기통 터보엔진을 사용할 것을 제안 했을 때, 맥라렌 팀의 보스 마틴 휘트마쉬는 개인적으로 V6 터보를 선호한다고 말하며 다음과 같이 이야기했었다.

 

우리는 훌륭한 엔진소리가 필요하다. 그게 이 스포츠의 핵심 자산이다. 하지만 첨단기술과 좋은 소리를 동시에 갖지 못할 이유가 없다. 나 개인적으로는 타협안을 권하고 싶다. 나에게 선택권이 주어진다면 나는 터보 V6로 갈 것이다. 앞으로 더 많은 차들이 터보를 달게 될 것이다. 그리고 고회전이어야 한다. V형 엔진은 F1 차량의 구조에 적합하며 독특한 소리를 낸다. 오늘날의 V8 자연흡기방식 엔진과는 조금 다를지도 모르지만 여전히 환상적인 소리를 낼 것이다.”

 

스포츠는 대중들의 관심을 받고 성장해나간다. 기술의 발전도 좋지만, 관중을 만족시킬 사운드도 중요하다는 점에서 마틴 휘트마쉬의 이야기는 크게 공감가는 부분이다.

 

 

 

 

 

90일 뒤면, 전남영암에서 국내에서는 세 번째로 F1 경기를 개최하게 된다.

 

2년 후면 엔진이 바뀌어 더 이상 듣지 못할 V8 엔진의 터질 듯한 소리를 이번 대회에 가서 직접 들어보며 F1을 관람하는 것은 어떨까

 

 

 

 

 


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