4기통
1. 개요
실린더가 4개인 엔진을 의미한다.
현재 대부분의 엔진이 4행정 기관인 만큼 3개의 실린더가 유휴 중일 때도 반드시 하나의 실린더는 점화 행정이 끊이지 않아 고출력 확보 등에 유리한 면을 보인다.
2. 종류
2.1. I4형
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본래 직렬 엔진의 영문 약자표기는 Inline 4이며 I(아이) 형이 올바른 표현이나 L로 검색해도 검색은 가능하다. Linear 4라고 해도 같은 뜻이기 때문이다.
자동차 중 반 이상 정도가 직렬 4기통 엔진을 사용하고 있을 정도로 매우 많은 빈도를 자랑하는 형식이다.
사진으로 보다시피 실린더가 직렬 1자로 나열된 형식이며, 크랭크당 위상차는 180도이지만 크로스 플레인이라는 크랭크 형식의 직렬 4기통 엔진은 위상차가 8기통처럼 90도이다.
1.4L 이상 2.5L 이하의 대부분의 엔진에서 볼 수 있고 현 시점으로 제일 많이 쓰이는 엔진 배기량 또한 1.4~2.5L이기 때문에 가장 흔하게 볼 수 있고, 엔진하면 떠오르는 이미지 또한 4기통이라 할 수 있다.[1]
가솔린 엔진의 경우 실린더당 배기량이 500~600cc를 넘어가면 비효율적이기도 하고 동 배기량 대비 필요한 만큼의 회전력이나 출력을 얻을 수 있는 데다가 적절한 코스트에 적절한 유지비 등으로 인기를 얻고 있다고 볼 수 있다.
6기통 자연흡기 엔진이 올라가던 차량이 친환경 및 다운사이징의 열풍으로 4기통 엔진에 터보를 장착한 차량들이 증가하고 있기 때문에 사용 빈도수는 더 올라갈 것이라 추측된다.
고성능 이륜차의 상징과 같은 엔진 형식이기도 하다. 최초로 양산된 4기통 오토바이인 혼다 CB750을 시작으로 수많은 메이커에서 생산해왔으며 69년 이후로 고출력, 고성능 바이크의 엔진에는 대부분 가로배치 직렬 4기통엔진이 장착 되었다. 혼다 CBR1000RR, BMW S1000RR, 야마하 YZF-R1 등의 슈퍼 스포츠바이크 뿐만 아니라 혼다 CB400, 가와사키 닌자 H2, 스즈키 하야부사, BMW S1000XR 등의 네이키드 바이크 또는 스포츠 투어러에도 장착된다.
이는 단기통 및 I2, V2 엔진에 비하여 출력, 내구성, 진동 등이 매우 우수하기 때문에 슈퍼스포츠 및 스포츠 투어러에서 요구하는 성능을 충족시킬 수 있고 V4에 비하여 생산 단가 및 정비 비용이 낮고 차체를 짧게 설계 할 수 있기 때문이다. 단점으로는 단기통, 2기통에 비하여 낮은 토크, 연비 및 무거운 엔진 중량 등이 있다. 또한 저배기량 엔진으로 제작이 어렵다. [2] 특히 V4 및 고성능 V2에 비해 많은 공기저항을 받으며 코너에서 트랙션이 약한 편이다.[3]
최근에는 모토GP 등의 서킷 레이스에서 V4엔진이 대세가 되고 파이크스 피크 등의 와인딩 레이스에서 V2[4], V4[5]에게 밀리고 있지만 아직도 적지 않은 메이커에서 자사 최고 성능 차량에 I4 엔진을 얹어 시판하고 있으며 공도에서 스포츠 바이크로 I4가 가장 많이 보인다.
여담이지만 2014년에 포뮬러 1 경주차의 엔진규정을 바꿀때 원래 계획이 1,600cc I4 터보 엔진이었다.[6][7]
점화순서는 1-3-4-2 또는 1&4-2&3이다.
2.2. V4형
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4개의 실린더를 V형으로 배치한 형식
60~70년대까지만 하더라도 포드 에섹스 V4 엔진을 비롯해 많이 볼 수 있었지만 지금은 양산차에서는 절대 볼일은 없다. V형의 구조 자체의 단점으로 인하여 진동이 발생하기 쉽고 직렬형보다 부피가 커지기 때문에 현재 자동차에선 거의 쓰이지 않는 상태. 가장 최근에 포르쉐 919 하이브리드 경주차에 쓰인 예가 있으나 일반인에게 판매되는 양산 승용차량에는 거의 없다.
현재는 이륜차에 어느 정도 쓰인다. I4형 대비 폭이 좁아 매끄러운 코너링이 가능하며 I4형의 뽀오오옹 소리가 아닌 고유의 배기음을 가진다. 허나 정비성이 다소 불편하고 차량금액이 비싸지는 단점이 있다. 직렬형 대비 하나로 끝날 엔진헤드가 두 개로 늘어나니 당연히 코스트도 늘어난다고 봐야하고, 이륜차의 경우 엔진의 전후방향 길이가 직렬형보다 길어져 휠베이스가 덩달아 길어지게 되므로 코너링 성능에서 손해를 본다.
그렇지만 V형 2기통 트윈엔진 보다는 진동이 적어 장거리에서 피로하지 않고, 크루징 때 특유의 맥동음을 비롯한 감성을 좋아하는 오너들이 있다. 그래서 스포츠바이크보다는 투어러 쪽에 많이 쓰였었다. 하지만 2020년 현재 두카티, 혼다, 아프릴리아, KTM등 많은 제조사가 모토GP 머신 및 자사의 시판용 슈퍼스포츠 바이크의 엔진 형식으로 채택한다. 부등간격 점화등 여러가지 이유로 I4에 비하여 코너링 시 트랙션이 우수하며 전면 면적이 줄어들어 공기저항에서 많은 이득을 볼 수 있기 때문이다.
대표적인 V4 엔진 이륜차는 혼다 VFR/RVF 시리즈, RC213V, 야마하 V-MAX, 아프릴리아 RSV4, 두카티 파니갈레 V4 등이 있다.
연비를 위하여 일부 V8차량들이 부하가 적은 정속운행 때 실린더 4개를 꺼 소프트웨어적으로 V4를 구현한다. 가변실린더 시스템으로 구현되며 2000년대 이후부터 배기가스 및 연비 규제에 대응하기 위해 많은 V8 엔진에 적용되었다.
특이사항으로 혼다 NR의 엔진이 있다. 엄밀히 따지면 V형 4기통이지만... 자세한 내용은 항목 참조
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2.3. F4
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토요타 86의 박서 4기통 엔진
Flat 4/Boxer 4라고 불리는 수평대향형 4기통 엔진.
대표적으로 스바루의 대부분의 차량들이나 포르쉐 911 등이 사용하며 있고, 그 외의 제조사로는 스바루-도요타 합작인 토요타 86가 F4형 엔진이다. 포르쉐는 최근까지는 F6를 고집하다[8] 터보조합으로 포르쉐도 F4형 엔진을 쓰기 시작했다.
첫 도입은 폭스바겐 비틀의 수평대향형 4기통이었고 포르쉐 356 또한 비틀의 섀시와 엔진을 이용한 차량이기 때문에 볼 수 있었다.
엔진의 위치를 최대한 낮출 수 있기 때문에 무게중심이 낮아져서 코너링에서도 이득을 볼 수 있으며, 대부분 크랭크각이 180도라 서로 반대방향으로 운동하는 피스톤끼리 진동을 상쇄해 I형, V형에 비해 진동이 적은 것도 장점이다. 직렬엔진의 고음과 달리 특유의 소리가 존재한다. F4형 엔진의 팬들은 이를 럼블사운드라 칭하며, 실제로 4기통 엔진으로는 상당히 독특한 소리가 나온다. 임프레자 2.0
다만 지면과 수평인 상태의 실린더 배치로 인해 실린더의 위쪽 내면이 보통의 엔진보다 빨리 마모되는 문제가 엔진 모델별로 가끔 발생한다. 중력에 의해 오일이 아래쪽에 모이기 때문. 가령 포르쉐의 수냉식 포트분사의 시발점인 M96이 스크래치 다발생으로 악명이 높은데 같은 코드네임의 메츠거엔진은 이슈가 거의 없는 편이다. 정작 까보면 M96 메츠거 엔진의 구조는 70년대에 쓰던 공랭식 엔진과 구조와 같다. 기어로 물려있는 인터미디어트 샤프트와 크랭크샤프트, 블럭과 일체형인 크랭크샤프트 베어링, 캠 샤프트체인 위치, 오일펌프 등 거의 모든 것이 다르다. 물론 중력이 존재하는 만큼 모든 문제가 해결되었다는 것은 아니다.
또한 앞서 언급된 V4와 같이 구조상 정비성이 직렬에 비해 나쁜 편. 헤드 한 번 떼려면 옆으로 공간이 안 나와 엔진 전체를 들어내야 하는 경우가 다반사이다. 엔진위치나 과급기 여부에 따라 아예 오너가 차고에서 손대는 수준으로는 아무것도 할 수 없는 수준도 있다.
모터사이클에서는 혼다 골드윙의 초기형에서 F4 형식의 엔진을 썼다가 지금은 6기통 엔진으로 나오고 있다.
점화순서는 1-3-2-4다.
2.4. 스퀘어 4기통
스퀘어 4기통이라고 하며 스즈키 RG500등의 50~70년대 고성능 엔진들이 이런 형식이었다. 이렇게 설계를 한 이유는 2행정 엔진 특성상 크랭크케이스에서 피스톤 하강에 의해 발생한 압력으로 혼합기가 역류하는것을 방지하기 위해 로터리 디스크 밸브가 크랭크샤프트와 동축으로 장착되어야 했는데[9], 2기통 이상의 대배기량 엔진을 직렬이나 V형으로 설계해버리면 디스크밸브를 하나밖에 설치 못하고 그에따라 흡입 포트가 하나뿐이게 되어 배기량에 비해 포트가 좁아 원하는 만큼 공기를 빨아들일 수 없기 때문이다.
그러나 이런 설계는 소재기술의 발달로 리드밸브의 내구성이 좋아지자 디스크밸브를 쓸 필요가 없게 되어서 곧 사장되었다.
3. 작동
혼다 S2000 (직렬 L4)
야마하 R1 (직렬 L4-크로스 플레인)[10]
사브 소넷 (병렬 V4)
스바루 임프레자 STi (복서 F4)
2행정 4기통 엔진들의 배기음. V형, 직렬, 그리고 실린더가 4개인 성형엔진이 나온다.
4. 목록
4.1. 현대자동차 / 기아자동차
4.2. 제너럴 모터스
- 에코텍 LTG
[1] 물론 토요타나 제너럴 모터스, 기아 J 엔진 같은 예외적인 사례들 또한 있다.[2] 과거에는 18000RPM까지 사용하는 CBR250RR 등 쿼터급 4기통도 볼 수 있었으나 환경규제로 인하여 미들급 이하 4기통 바이크를 보기가 힘들다.[3] 야마하는 크로스 플레인 설계를 적용하여 I4가 V4와 유사한 트랙션 및 출력 특성을 보인다.[4] KTM 슈퍼 듀크, 두카티 멀티스트라다[5] 두카티 스트리트파이터 V4[6] 이게 감이 안온다면 전 세계에 존재하는 경주차중 가장 최고수준의 경주차에 아반떼 수준의 엔진을 집어넣으려고 했던 것이다.[7] 다행히도 일부 출전팀들, 특히 페라리의 극렬한 반대로 결국 1600cc V6 터보로 완화되었다.[8] 다만 과거에 4기통 엔진을 만든 적이 있었다.[9] 그래서 위 사진을 보면 카뷰레터가 옆으로 장착되어 있다[10] 크렝크 위상차가 직렬 4기통임에도 90도로 배치해놓아서 180도 배치와는 사운드가 다르다