2기통 수평 엔진

수평 2기통 엔진은 두 개의 내연기관 실린더가 크랭크축의 반대편에 있는 엔진이다. 가장 일반적인 유형의 수평 2기통 엔진은 복서 2기통 엔진으로, 두 피스톤이 동시에 안팎으로 움직인다.

수평 2기통 설계는 1896년 카를 벤츠가 특허를 받았고, 최초의 생산 수평 2기통 엔진은 1900년에 출시된 란체스터 8마력 페이턴(Phaeton) 자동차에 사용되었다. 수평 2기통 엔진은 이후 여러 다른 자동차에 사용되었지만, 더 흔하게는 오토바이에 사용되었다. 초기 모델은 실린더를 프레임과 일직선으로 배치했지만, 후기 모델은 양쪽 실린더에 균일한 냉각을 제공하기 위해 실린더가 프레임에 수직이 되도록 변경했다.

수평 2기통 엔진은 1930년대까지 여러 항공기에도 사용되었으며, 1930년대부터 1960년대까지 다양한 고정식 응용 분야에 사용되었다.

호주 잔디깎이 제조업체인 빅타(Victa)는 1975년 8월부터 1980년까지 '트윈 500'이라고 불리다가 나중에 '슈프림'으로 명명된 수평 2기통 푸시 잔디깎이를 생산했다. 이 엔진들은 캐나다에서 제조되었다. 초기 모델의 점화 및 연료 관련 문제로 인해 소량만 생산되었기 때문에 매우 희귀하다. 슈프림(후기 모델)에서는 후면 돔형 피스톤, 크랭크실 믹서 및 정교한 점화 시스템으로 이러한 문제들이 모두 해결되었다.

 일반적인 설계 
섬네일|복서 크랭크축 구성 (일러스트레이션에는 오른쪽 피스톤에 대한 오류가 포함되어 있다. 수평 2기통 엔진의 기하학적 구조는 대칭이다.)

대부분의 수평 2기통 엔진은 크랭크축에 복서 구성을 사용하므로 "복서 2기통" 엔진이라고 불린다. 복서 2기통 엔진에서는 180° 크랭크축이 피스톤을 서로 동위상으로 움직이므로, 한 피스톤이 생성하는 힘이 다른 피스톤에 의해 상쇄되어 탁월한 1차 균형을 이룬다. 고르게 배열된 점화 순서 또한 진동 감소에 기여한다. 그러나 복서 2기통 엔진의 동일하고 반대되는 힘은 크랭크축을 따라 피스톤 간의 오프셋 거리로 인해 흔들림 짝힘을 생성한다.

섬네일|낭비 스파크 점화 시스템
일반적으로 사용되는 점화 시스템은 낭비 스파크이다. 이것은 각 회전마다 (즉, 압축 및 배기 행정 모두에서) 양쪽 점화 플러그를 발화시키는 양단 코일을 사용하는 간단한 점화 시스템이다. 이 시스템은 배전기가 없으며 엔진에 단일 접점 차단기와 코일만 필요하다.

 크랭크실 압력 
복서 2기통 구성은 두 피스톤이 동시에 안팎으로 움직이므로 각 피스톤의 안쪽 행정 동안 크랭크실에 압력을 가하고 바깥쪽 행정 동안 감압을 일으킬 수 있다. 이러한 크랭크실 펌핑 효과 (단기통 엔진 및 360° 2기통 직렬 엔진에서도 발견됨)는 일반적으로 크랭크실 브리더를 통해 해결된다.

시트로엥 2CV 복서 2기통 엔진은 오일 씰이 오작동할 때 오일 누출을 줄이기 위해 크랭크실 내부에 부분 진공을 유지하는 이 펌핑 효과를 활용했다. 이는 단방향 밸브 (크랭크실 구멍 위의 가죽 또는 고무 플랩)를 사용하여 공기가 크랭크실에서 빠져나갈 수 있지만 들어오지 못하게 함으로써 달성되었다.

 응용 분야 
 자동차 
섬네일|시트로엥 2CV 엔진 (후면에서 본 모습)

수평 2기통 엔진의 시작은 1896년 카를 벤츠가 이 설계에 대한 특허를 얻었을 때였다. 1년 후, 그의 회사 Benz & Cie는 "콘트라 엔진"이라고 불리는 복서 설계의 최초의 수평 2기통 엔진을 공개했다.

1900년에 란체스터 엔진 컴퍼니는 수평 2기통 엔진을 사용한 란체스터 8마력 페이턴의 생산을 시작했다. 이 엔진은 두 개의 역회전 크랭크축이라는 특이한 설계를 가졌으며, 각 피스톤은 두꺼운 연결 로드로 크랭크축에 연결되었다. 각 피스톤은 또한 두 개의 얇은 연결 로드로 다른 크랭크축에 연결되어 두 피스톤이 동일한 축에서 움직이도록 했다. 또한 한 크랭크축의 토크 반력이 다른 크랭크축의 토크 반력을 상쇄하여 엔진의 토크 반력을 없앴다. 란체스터는 1904년까지 이 엔진 설계를 사용했다.

수평 2기통 엔진의 다른 초기 사용은 1903-04년 포드 모델 A, 1904-1905년 포드 모델 C, 1905-1906년 포드 모델 F였다. 그리고 1910년부터 1937년까지 여러 조웻 자동차 모델들이 있었다.[ Specification tables]

1948년부터 1990년까지 생산된 시트로엥 2CV는 수평 엔진을 사용한 최초의 전륜 구동 자동차 중 하나였다. 2CV는 공랭식 복서 2기통 엔진으로 구동되었다. 또한 1948년에는 파나르 다이나 X가 전륜 구동 및 공랭식 복서 2기통 엔진으로 출시되었다. 제2차 세계 대전 이후 복서 2기통 엔진을 사용한 다른 자동차로는 1945-1954년 조웻 브래드포드 밴, 1961-1976년 DAF 다포딜, 1961-1978년 토요타 퍼블리카, 1965-1969년 토요타 스포츠 800 스포츠카 및 시트로엥과 파나르의 여러 전륜 구동 모델들이 있었다. 모터사이클용으로 원래 설계된 복서 2기통 엔진을 탑재한 후륜 엔진 자동차도 여러 대 생산되었는데, 예를 들어 1957-1975년 푸흐 500, 1957-1959년 BMW 600 및 1959-1965년 BMW 700이 있다. 브라질 제조업체 구르겔 모토레스는 1988년부터 1994년까지 자체 개발한 수랭식 복서 2기통 엔진 (에네르트론 엔진)과 폭스바겐 공랭식 4기통 수평 엔진을 여러 모델에 사용했다.

토요타 U 엔진은 1961년부터 1976년까지 생산된 공랭식 수평 2기통 엔진이었다. 토요타 퍼블리카 소형차에 처음 도입된 U 엔진은 토요타 미니에이스 소형 상용차와 토요타 스포츠 800 스포츠카에도 사용되었다.

 오토바이 
 횡방향 장착 
섬네일|1912년 더글러스 N3 엔진

크랭크축이 프레임에 수직으로 (따라서 실린더가 프레임과 일직선으로) 장착된 수평 2기통 엔진을 사용하는 이점은 낮은 중심과 벨트 구동 또는 체인 구동 시스템을 사용하여 뒷바퀴에 동력을 전달할 수 있다는 점이다. 그러나 단점은 불균일한 열 분포 (앞 실린더가 뒤 실린더보다 더 많이 냉각됨)와 엔진의 길이 때문에 종종 더 긴 휠베이스가 필요하다는 점이다.

최초의 수평 2기통 오토바이 엔진은 1905년 영국 Light Motors Company에서 제작되었다. 원래 Fée(도입 직후 "Fairy"로 이름 변경)라고 불렸던 이 엔진은 체인을 통해 뒷바퀴의 풀리에 동력을 전달하는 "자전거 엔진 시스템"으로 설계되었다. Fairy의 제조는 Light Motors Company가 1907년에 폐업하자 Light Motors의 공급업체 중 하나인 더글러스 엔지니어링 컴퍼니가 인수했다. 1907년 말, 더글러스는 구동계를 체인 및 풀리 설계에서 엔진에서 직접 구동되는 벨트 구동 시스템으로 변경했다. 더글러스 오토바이의 후속 개발은 제2차 세계 대전까지 실린더가 프레임과 일직선이 되도록 만들었다.

다른 초기 수평 2기통 오토바이들은 실린더가 프레임을 따라 정렬되고 크랭크축이 프레임에 횡방향으로 배치되는 유사한 레이아웃을 사용했다.

1914년, 후륜 허브 기어박스의 주요 공급업체인 스터미-아처는 킥 스타터가 통합된 3단 카운터샤프트 기어박스를 도입했다. 이것은 횡방향으로 장착된 수평 2기통 엔진을 사용하는 오토바이에 설계 문제를 야기했다. 이 기어박스는 단기통 또는 V-트윈 엔진 뒤에 비교적 쉽게 배치할 수 있었지만, 이러한 배열은 수평 2기통 엔진의 경우 휠베이스가 지나치게 길어지는 결과를 초래했다. 이 문제에 대한 해결책으로는 엔진 아래에 카운터샤프트를 사용하는 것 (더글러스 페어리에서 사용됨)Drawing of 1911 Douglas 또는 엔진 위에 기어박스를 배치하는 것Drawing of 1932 Douglas K32 등이 있었지만, 일부 경우에는 실린더가 충분히 짧아서 엔진 뒤의 전통적인 위치에 기어박스를 사용할 수 있었다.Drawing of 1926 Douglas

1916년에는 대부분의 수평 2기통 오토바이가 여전히 횡방향으로 장착된 엔진을 사용했다. 이 시기의 유럽 모델에는 브래드버리 , 브라우 HB, 더글러스  및  모델, 험버 3.5마력 및  모델, 매치리스 6마력, 몽고메리 6마력, 윌리엄슨 플랫 트윈 , 그리고 바이에리셰 플루그초이크베르케 헬리오스 (BMW 최초 오토바이의 전신)가 포함되었다. 미국에서 생산된 모델에는 인디언 모델 O와 할리데이비슨 모델 W가 포함되었다.

 세로 방향 장착 

크랭크축이 프레임과 일직선으로 (따라서 실린더가 프레임에 가로로 놓이도록) 장착된 수평 2기통 엔진의 주요 이점은 공랭식 엔진이 각 실린더에 동일한 양의 냉각을 받는다는 점이다. 실린더가 프레임을 가로지르는 수평 2기통 엔진을 사용한 할리데이비슨 XA는 실린더가 프레임과 일직선인 할리데이비슨 WLA V-트윈 엔진보다 오일 온도를 100°F (56°C) 더 낮게 유지했다. 부수적인 이점은 실린더가 충돌이나 넘어짐 시 운전자에게 보호를 제공하고 추운 날씨에 발을 따뜻하게 유지해 준다는 것이다. 단점은 엔진을 지면에 가깝게 장착할 수 없다는 점 (그렇지 않으면 코너링 중에 실린더가 지면에 닿을 수 있음)과 실린더 및 밸브 커버가 충돌 손상의 위험에 노출된다는 점이다.

세로 방향 장착은 또한 토크 반력이 (급가속/감속 또는 중립 상태에서 스로틀을 열 때와 같이) 모터사이클을 한쪽으로 틀어지게 할 수 있으며, 이는 앞바퀴와 뒷바퀴 사이의 무게 균형을 이동시키는 대신 발생한다. 그러나 많은 현대 모터사이클은 플라이휠 또는 발전기를 크랭크축과 반대 방향으로 회전시켜 이러한 효과를 줄인다.

세로 방향으로 장착된 수평 2기통 엔진을 사용한 최초의 오토바이 중 하나는 1916년 영국에서 제작된 ABC였다. 체인 구동을 수용하기 위해 ABC는 기어박스에서 베벨 드라이브를 사용하여 구동 방향을 90도 변경했다. BMW의 첫 오토바이인 1923년 BMW R 32는 세로 방향으로 장착된 수평 2기통 엔진의 또 다른 초기 사례였지만, 이 경우 동력은 샤프트 드라이브를 통해 뒷바퀴로 전달되었다.

시간이 지남에 따라 세로 방향 장착이 수평 2기통 엔진에 더 보편화되었다. BMW 모토라드는 수평 2기통 엔진 오토바이의 오랜 역사를 가지고 있으며, 우랄 (러시아) 및 드네프르 (우크라이나)도 마찬가지이다.

 항공 
섬네일|위쪽|항공기에 설치된 브리스톨 케루브 II

1902년, 피어스 단엽기 (나중에 최초로 비행에 성공한 항공기 중 하나가 됨)는 아마추어 발명가가 농장에서 만든 수평 2기통 엔진으로 동력을 얻었다. 이 엔진은 단일 공유 크랭크 핀과 복동 피스톤이라는 특이한 설계를 사용했다.Drawing of replica engine 1908년, 프랑스 회사 두테일-샬머스(Dutheil-Chalmers)는 두 개의 역회전 크랭크축을 사용하는 수평 2기통 항공기 엔진 생산을 시작했다. 두테일-샬머스 엔진은 1907년 산토스-뒤몽 드무아젤 No. 20 실험 비행기에 사용되었으며, 이 비행기의 후기 버전은 다라크와 클레망-바야르의 수평 2기통 엔진으로 생산되었다.

대부분의 피스톤 엔진 항공기는 2개 이상의 실린더를 사용했지만, 1920년대와 1930년대의 다른 수평 2기통 항공기 엔진에는 미국의 에어론카 E-107 및 에어론카 E-113, 영국의 브리스톨 케루브, 체코슬로바키아의 프라가 B2가 포함된다. HKS 700E는 현재 생산 중인 초경량 항공기용 유냉식 수평 2기통 엔진이다.

더 큰 항공기에서는 수평 2기통 엔진이 보조 동력 장치 (APU)에 사용되었다. 1920년대와 1930년대에 ABC 모터스에서 만든 주목할 만한 예가 있다. 제2차 세계 대전 중 독일의 리델 사는 제트 엔진 시동 모터로 융커스 유모 004, BMW 003 및 하인켈 HeS 011 제트 엔진용 2행정 수평 2기통 엔진을 설계 및 제조했다.

 기타 용도 
1937년부터 1952년에서 1960년 사이 어느 시점까지 생산된 메이택 '모델 72' 수평 2기통 엔진은 세탁기를 포함한 다양한 용도로 사용되었다.*

수평 2기통 엔진을 사용하는 발전기는 노먼 엔지니어링 컴퍼니(Norman Engineering Company)에서 1932년부터 1968년까지, 그리고 더글러스(Douglas)에서 제2차 세계 대전 중에 제작되었다. 엔필드 산업 엔진(Enfield Industrial Engines, 로열 엔필드의 일부)은 제2차 세계 대전 중 발전기 및 기타 군사 용도로 사용된 수평 2기통 2행정 가솔린 엔진을 생산했다. 1945년 이후 엔필드는 농업 및 해양 용도를 포함한 수평 2기통 디젤 엔진을 생산했다. 코번트리 빅터는 1932년에 기존 688cc 가솔린 수평 2기통 엔진의 디젤 버전을 도입했으며, 1950년대까지 다양한 산업 및 해양 용도로 수평 2기통 디젤 및 가솔린 엔진을 계속 생산했다.

2행정 수평 2기통 엔진은 단기통 엔진보다 더 부드럽기 때문에 종종 보트용 선외기로 사용되었다. 1940년대에는 시동하기 쉽고 과도한 진동이 더 이상 없는 직렬 2기통 2행정 엔진으로 대부분 대체되었다.

 각주 

분류:자동차 엔진
분류:모터사이클 엔진
분류:수평 엔진