미국 미시건주립대학 Norbert Müller교수 연구팀이 개발 중인 새로운 개념의 로터리엔진으로 마쯔다 RX 시리즈에 사용된 Wankel 엔진과는 작동원리가 다르다.
“굴절 블레이드(Wave Blade)가 가공된 원반(Disc, Rotor)을 돌리면서 그 축 중심 관로를 통해 혼합기를 집어 넣는다. 방금 유입된 혼합기는 로터 바깥방향 즉, 배기구쪽으로 유동할 수 있으므로 압력이 크지않다. 로터가 더 회전하고 블레이드가 배기구가 끝나는 지점을 지나자마자 혼합기는 갑자기 밀폐공간에 갖히는 상태가 된다. 이때 로터-블레이드 끝면에서 부터 음속보다 빠른 충격파(Shock Wave)가 발생하고 축 중심방향으로 진행하고 이 충격파에 의해 혼합기도 축 중심으로 빠르게 이동한다. 그런데 마침 블레이드와 상/하부 커버로 구성되는 밀폐공간 체적이 축 방향으로 갈 수록 작아지므로 혼합기는 매우 빠르게 압축된다. 점화 후 배기가스 팽창압력은 블레이드 형상 때문에 한쪽 방향으로 집중되며 외부 케이스 면과의 반발력에 의해 로터는 그 반대방향으로 회전한다. 한편, 혼합기와 배기가스가 섞이는 구간에서는 두 가스의 유동방향과 밀도를 고려하여 미리 혼합기를 주입한다.(Scavenging작용)”
(그림출처 : automobileinnovations.blogspot.com)
이 엔진은 1) 크랭크샤프트, 피스톤, 밸브기구와 같은 기존 완복운동엔진의 구성품들이 필요없어 일반엔진 30% 수준으로 경량화가 가능하고 2) 일반엔진보다 3.5배 이상 에너지 효율을 높힐 수 있으며 3) 빠른 혼합기유입과 가스배출로 내열성이 높아 따로 냉각장치를 사용하지않아도 된다는 장점이 있다. 즉, 작고 가볍고, 간단하고 효율좋은 엔진으로서의 값어치가 있다는 것인데… 가장 적합한 용처는 설계자들이 무게절감에 늘 고심하는 하이브리드 자동차 엔진이다.
(사진출처 : www.popularmechanics.com)
2011년 현재 ‘개발 중’이었다하고 아직까지도 특별한 소식을 듣지못했다함은 상용화까지의, 아주 멀고 먼 길을 가고 있음이다. 아이디어는 기가 막힐 정도이나 Apex Seal 마모 등 다양한 현실적 난제에 부딪혀 마쯔다의 엔지니어들이 한참을 들러붙고 헤매야했던 Wankel Engine 개발사례가 생각난다. 무릇, 연구실과 현실세계에서는 기술평가 관점과 난이도의 차원이 다르다.
박태수(motordicdaser@daum.net)