엔진 Formula One

1947년 창설 이래, 포뮬러원이 사용했던 엔진 규정은 매우 다양하게 사용 되었다. 포뮬러원의 엔진 용량을 규정한것은 세계대전 이후에 열린 그랑프리부터 정규적으로 사용되었다. 포뮬러원 엔진은 시대에 따라 나뉘어져 있다.

ferrari-engine.jpg포뮬러원은 현재 포-스트로크 V8(four -stroke V8) 사용하고 있으며,  내추럴리 애스퍼레이티드(naturally-aspirated 자연흡기)반복 엔진이라고 보면 된다. 엔진은 1리터당 224kilowatts(300 bhp, 304PS)정도의 에너지를 생산한다. 이것은 일반 내부 연소 엔진 보다 훨씬 높은 것이다. 반면에 자연 흡기 반복 엔진을 장착하고 있는 차량 중에 가장 확실한 파워를 가지고 있는 차량은 혼다 S2000(Honda S2000)이다. 차량은 리터당 92kw(123 bhp, 125 PS) 생산한다. 페라리 458 이탈리아(Ferrari 485 Italia) 4.5리터 그리고 576마력, 리터당 125마력이다.

포뮬러원 엔진은 아주 높은 속도인 분당 회전수 최대 18,000(RPM)으로 회전한다. 이것은 일반적으로 비슷한 크기의 다른 도로 주행용 차들과는 확실히 비교가 된다. 이런 차량들의 엔진은 7,000RPM 정도 나온다. 그러나 포뮬러원 엔진의 토크(torque - 물체에 작용하여 물체를 회전시키는 원인이 되는 물리량) 평범한 휘발유 엔진보다 훨씬 높은 수치를 자랑하는 것은 아니다. 지속적으로 높은 파워를 얻게 되면 엔진의 속도는 크게 불어 나는데, 엔진이 처음 나와 연구를 시작했을 때 부터 이것이 목표였다. 코스워스 DFV(Cosworth DFV)가 그다지 많은 영향을 주지 못했고(14 bar MEP)자연 흡기 엔진은 1967년도 까지 확인된 것이 없었다.

예전 80년대 중반에는 F1 엔진들이 12,000RPM 까지 낼 수 있도록 제한 되었다. 기존의 나선형 밸브 스프링은 그 이상의 회전수를 감당할 수가 없었다. 속도가 더 높은 RPM을 만들기 위해서 엔진 밸브를 작동하는데 필요한 금속 밸브 스프링으로는 밸브를 여닫을 수 있게 할 수가 없었다. 제때 스프링이 밸브를 올려주지 못하면 실린더 헤드가 밸브를 다치게 할 수도 있기 때문이었다. 그래서 르노(Renault)회사에서 개발한 뉴메틱 밸브 스프링(Pneumatic valve springs - 공기압을 이용한 on/off 밸브)으로 교체 되었다. 1990년 이후 부터 포뮬러원 엔진 제조 업체들은 뉴메틱 밸브 스프링(Pneumatic valve springs)과 압박 공기를 사용하여 엔진들이 2만 RPM으로 도달할 수 있게 만들었다.

1996_McLaren_F1_engine[1].jpg엔진 블럭(engine block)에 있는 실린더 구멍의 지름, 그리고 실린더 안에 있는 상사점(TDC:top dead center- 피스톤 운동의 상한점)하사점(BDC:bottom dead center - 피스톤 운동의 하한점)의 이동거리가 중요하다. 더 짧은 스트로크는 엔진이 일정한 평균 피스톤 속도를 가지고높은 회전속도를 생성하고, 뿐만이 아니라 저항을 거쳐야 하는 상황에서도 속도가 증가한다는 것이다. 스트로크를 줄이려면 실린더 보어(Cylinder Bore) 늘려야 하는데 그 이유는 2.4리터의 포뮬러원 엔진에 효율적인 연소실을 만들기 위해서이다. 포뮬러원 엔진의 스트로크는 39.7mm(1.563in)정도 된다. 이것은 보어(Bore)의 넓이(98.0mm)보다 두 배 조금 안 되는 크기이며 이것이 직사각형 모양을 만들게 된다.

2.4리터의 포뮬러원 엔진이 19,000RPM으로 달릴 때 25m/s의 피스톤 속도가 발생한다. (39.7mm x 2 x 19,000RPM /60)이전에 언급한 혼다 S2000(Honda S2000)엔진과 비슷한 성능이다.(84mm x 2 x 8,900RPM /60) 수치는 빠른 속력과 마찰 손실 때문에 일반적으로는 제한이 되어 있다. 하지만 상용차 엔진에는 가능하다고 한다. 혼다 S2000(Honda S2000), BMW E46 M3'S S54B32 등은 2001년도에 24.5m/s 냈다. - Audi RS424.2 m/s Yamaha YZF-R6 Motorcycle 23m/s.

BMW-engine.jpg포뮬러원 엔진에다 뉴메틱 밸브 스프링(Pneumatic Valve Springs) 사용하게 되면서 엔진이 높은 수치의 RPM을 출력할 수 있게 된 것이다. 여기다 더 추가하자면 금속 기술력과 디자인의 발전이 지속되면서 피스톤을 가볍게 해 주는 효과, 추가로 연결 로드가 가속도를 견뎌낼 수 있게 되면서 최고의 출력 속도를 경험할 수 있게 된 것이다. 그리고 연결 로드의 끝 부분을 좁혀 메인 bearing을 더욱 촘촘히 할 수 있게 되었다. 이것은 열을 덜 받게 할 뿐만 아니라 bearing에 적은 손상을 주게되어 높은 RPM 수치를 낼 수 있다. 매번 저항이 생길 때 마다 피스톤은 아무 가치 없는 속도에서 평균 속도의 2배 정도 되는데, 대략 40m/s에서 다시 0으로 돌아간다. 또 다른 비슷한 형식의 사이클이 돌면서 전에 있던 서클을 손상 시킨다. 최고 피스톤 가속도는 TDC에서 발생하며 구역은 95,000m/S²정도 되는데, 수치를 설명하자면 표준 중력의 만 배 정도 영역에 있다.


덧글

  • LoneTiger 2010/08/19 12:42 # 답글

    이건 번역기 돌린건가요? 좀 문맥이 안맞는 부분이 있네요
  • afterabc 2010/08/19 17:57 #

    ㅋ 번역기 돌린건 아니구요~ 번역한다고 한건데 말이 좀 부드럽지 않았나보네요~ 다시 수정하려 했는데 딱 걸렸네요~ 다음번 번역은 조금더 부드러워질 수 있으리라 생각하는데...ㅠ ㅠ
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