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지난 15년간 카레이싱 현장에서 활동한 모터스포츠 전문기자 출신이다. 그동안 국내 모터스포츠 대회뿐 아니라 F1 그랑프리, 르망 24시, 사막 랠리, 포뮬러 닛폰, F3, 카트 등 수많은 굵직한 이벤트들을 지켜봤고 포뮬러 르노, 랠리카 등 다양한 경주차들을 시승했다. 아울러 현장에서 겪은 노하우를 바탕으로 자동차경주 안내서인 모터스포츠 단행본도 발간했으며 현재는 프리랜서로 활동할만큼 늘 모터스포츠에 대한 애정이 남다르다.

터보 엔진 그리고 F1 그랑프리

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글 : 채영석(webmaster@global-autonews.com)
승인 2011-11-30 11:24:03

본문

오는 2014년부터 F1에 터보 엔진이 도입될 예정이다. 한데 페라리, 메르세데스, 코스워스 등이 반발하는 등 말들이 많다. 그만큼 F1 판세를 뒤흔들만한 대 사건임엔 틀림없기 때문이다. 르노가 지난 1976년 첫 현대식 터보차징 그랑프리 머신을 도입하면서 파란을 일으킨 전례가 있다.

르노는 모터스포츠 규정 위원들이 만든 허점을 교묘하게 이용했다. 3.0ℓ 엔진과의 평등한 경쟁을 위해 1.5ℓ의 과급 엔진을 허용한다는 규정이었다. 당시 F1에서는 각 팀에 같은 제원으로 판매되던 코스워스 DFV가 지배적이어서 1.5ℓ 터보 엔진을 얹은 경주차를 개발한다는 르노의 결정은 대담한 시도였다.

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1977년 영국 실버스톤에서 데뷔전을 치른 뒤 여러 차례 좌절과 실패를 겪으면서도 르노는 꾸준히 개발을 진행했고, 마침내 1979년 프랑스 디종에서 장 피에르 자부이유가 홈그라운드 우승을 차지했다. 르노 터보차징 머신의 첫 F1 우승이다. 터보 래그나 신뢰성 문제는 있었지만 르노의 진보는 인정받을 만했다. 그들의 엔진은 600마력 이상을 발휘했기 때문에, 자연흡기 엔진을 사용할 경쟁팀보다 상당히 유리한 위치에 설 수 있었다.

이와 같은 상황이 코스워스 DFV 그룹에겐 불길한 징조일 수밖에 없었고, 곧바로 영국 레이싱팀들은 터보 엔진과 경합하기 위해 주요 매뉴팩처러들과 힘을 합했다. 윌리엄즈는 혼다와, 맥라렌은 TAG/포르쉐와, 브라밤은 BMW와 제휴했다.

엔진 개발자들에겐 엄청난 출력증폭과 즉각적인 엔진 파괴 사이에서 균형을 이뤄야 하는 복잡한 문제가 던져졌다. 이는 연료 주입과 점화를 제어하는 복잡한 컴퓨터 시스템과 특수 혼합된 톨루엔 ‘로켓연료’를 토대로 하고 있었다.

복잡한 연료 주입 문제가 해결된 이후에도 머신에 터보 엔진을 얹는 데는 여전히 무수한 문제점들이 남아 있었다. 그 중 하나는 터보차저의 과열을 방지하는 것이었는데, 브라밤이 처음으로 피트스톱을 시도하자 이 딜레마는 한층 복잡해졌다. 피트스톱을 하기 위해 전속력으로 달려 들어오면, 과열로 몇 초 만에 컴프레스와 터빈 사이에 있는 베어링이 붙어버리고 말 것이었다. 그래서 브라밤은 터빈에 냉각된 공기를 불어넣는 공기 배출기를 설계했다. 머신이 피트에 있는 내내 엔진을 냉각시키는 것에 주력했다. 브라밤은 1982년에 터보차징 우승팀으로서의 르노와 페라리의 대열에 합류했다.
1983년부터는 터보 엔지니어들의 활약이 지속되었는데, 코스워스 엔진의 미쉘 알보레토가 미국 디트로이트에서 우승한 것이 1989년 이전에 자연흡기 방식의 엔진으로 거둔 마지막 우승일 정도였다.

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더욱 뜨거워진 터보 개발의 열기 속에서 성공할 수 있는 비결은 실험이었다. BMW는 제2차 세계대전 당시 독일 공군에 의해 처음 사용된 연료 혼합물을 도입하면서 성과를 거두었다. 결정적으로, 이는 드라이버가 엔진 이상이라는 참변을 겪을 위험 없이도 부스트 압력을 눈에 띄게 향상시킬 수 있게 해주었다. 사실상 BMW는 1983년 시즌에서 이러한 엔진 이상 때문에 넬슨 피케와 브라밤에게 우승을 내줬다.

하지만 불행하게도 드라이버들은 이제 부적합한 타이어로 전례 없이 강력해진 출력을 감당해야만 했다. 휠 크기는 500마력이 표준이었던 때에 머물러 있었으므로 그립 레벨은 상상을 초월하는 수준이었다. 단지 출력이 너무나 높다는 이유만으로 타이어 문제가 발생했다.

또한 터보 래그처럼 머신과 관련해 흔하게 발생하는 문제들도 실제로 해결하기는 말처럼 쉽지 않았다. 1981년부터 82년까지 터보 래그는 굉장히 큰 문제였다. 래그를 없애기 위해서 왼발 브레이킹이 많아졌다. 네덜란드 졸더에서는 시케인 때문에 브레이킹할 때 이미 끝까지 드로틀 페달을 밟은 상태였고, 시케인을 피해 좌우로 움직이고 있으면 곧 부스트가 작동하기 시작했다. 래그는 1,000분의 1초 단위가 아닌 1만 분의 1초 단위로 측정되었다.

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상대적으로 안정성이 덜 중요하다는 이유 때문에 결국 예선은 터보 머신의 최대 능력을 테스트하는 곳이 되었다. 한 랩에서만 뛰어난 예선용 엔진, 혹은 폭발하기 쉬운 태생적 한계로 인해 ‘수류탄’이라고 알려진 엔진들은 토요일 오후에 한두 랩 동안 최고출력으로 운용되었다. 이러한 엔진들은 1,300마력 이상을 생산했는데, 무게가 0.5톤이 넘는 트럭 네 대의 출력과 맞먹었다.

예선에선 웨이스트게이트(터보 배기가스 배출장치)나 최고출력 부스트를 사용하지 않았다. 또한 오직 1랩 예선용 타이어를 끼웠는데, 수명은 말 그대로 1랩이었다. 연습주행에서 레이스 타이어와 레이스 부스트를 적용해 달리며 실제로 셋업을 조정해야 했다. 예선에서 이러한 타이어와 터보 부스트를 사용하면 랩당 5초 정도가 빨라졌다.

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매 세션마다 발생하는 속도의 변화로 인해, 예선에만 쓰이는 부품들이 마구 쏟아져 나오는 현상이 벌어졌다. 예선에서의 속도 증가를 감당하기 위해 7단 기어박스를 제작했다. 운이 좋게 한두 랩 정도만 버텨내면, 케이스와 샤프트에 일어난 변형 때문에 곧바로 버려야 했다. 예선 후에 버려지는 부품들 때문에 소비되는 예산이 막대했다.

1980년 중반까지 엔진 개발은 무서운 속도로 추진됐고, FISA(FIA의 전신)는 터보 머신이 이를 수 있는 위험천만한 초고속의 영역에 대해 점차 우려의 시각을 갖게 되었다. 이윽고 이를 제어하기 위한 새로운 규정이 발표되어, 우선적으로 연료 허용량이 삭감되었고, 그 다음에는 팝 오프 밸브로 최대 부스트 수준을 제한했다.

FISA가 속도를 줄여주지 않았다면 결국 드라이버를 사지로 몰아넣었을 것이다. 특정구간에서는 속도가 지나치게 빨라서 너무 위험했다. 질 빌르너브, 드파예와 같은 드라이버를 잃었고, 끔찍한 사고도 상당수 발생했다. FISA가 연료를 제한하지 않았다면 1,000마력으로 레이스를 치렀을 것이다.

1985년에는 연료 배급제로 인해 많은 비판가들이 우려했던 웃지못할 사태가 벌어지고 말았다. 산마리노 그랑프리에서는 경주차 5대의 연료가 경기 도중 바닥났고, 또 결승점을 통과했어도 연료탱크가 완전히 말라 있는 상태였다. 최후의 레이스 승자였던 A. 프로스트는 결승점을 통과한 후에 남아 있던 연료의 마지막 몇 방울까지 엔진이 다 태워버려 결국 중량 미달 판정을 받고 실격당하고 말았다.

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연료 배급제를 실행했음에도, 연료 제한이 없었던 1983년에 600마력 정도였던 출력은 220ℓ로 제한되고 나서도 여전히 900마력까지 증가 추세를 이어나갔다. 이는 엄청나게 신속한 개발이 이뤄졌음을 시사하는 단적인 사례였다.

물론 이러한 현상은 종결됐다. 터보차저 엔진 운영을 위해서 막대한 비용을 투입해야 했기 때문에, 1987년쯤에는 경제력 있는 매뉴팩처러의 후원을 받는 팀들과 그렇지 않은 팀들의 분열이 심해졌다. 이로 인해 FIA는 1989년부터 자연흡기 방식의 엔진만을 허용한다고 발표했고 그렇게 난폭하게 불꽃을 내뿜던 엔진 출력의 시대는 무대 뒤로 사라졌다.

하지만 2014년 시즌부터 터보차저 엔진이 부활한다는 이야기가 돌고 있다. V8 2.4ℓ 엔진이 V6 1.6ℓ 터보로 변경된다는 것. 하지만 각 팀들은 계산법은 다르다. 페라리를 필두로 메르세데스, 르노 등은 터보 엔진으로 바꾸는데 너무 많은 비용이 들어간다고 반발하고 있는 기류이다. 반면 신생팀들은 득을 볼 것으로 전망하고 있다. 그 결말이 어떻게 될지 궁금하다.
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