요즘 시국에 일본 차를 다루는 게 조금은 조심스럽다. 하지만 국산차의 역사를 짚고 넘어가 본다면, 역시나 한-일 관계는 떼려야 뗄 수 없는 관계다. 오늘은 만나볼 소식은 저 배기량 고출력의 상징물인 로터리 엔진이다. 컴팩트한 엔진의 사이즈, 거기에 피스톤과 밸브가 없어 회전 질감의 유연함과 부드러움은 JDM 매니아들에겐, 바이블과 같은 존재가 되었다.

마쯔다가 상용화에 성공적인 업적을 남기고, 각종 모터스포츠를 석권하며 불패신화 “R” 과 함께 1~2위를 다퉜다. 닛산의 묵직하고 강력한 파워에 대적한 엔진은, 역사가 아우디의 전신, 지금은, 오래전에 아우디에 흡수된 NSU에서부터 시작이 된다. 간단한듯하면서 아닌듯한 메커니즘의 매력을 느낀 마쯔다가 이 원천기술을 사들여 오늘날의 매니아들을 열광시키는데, 어떤 이유가 있는지 오늘 이 시간 확인해보자.

과거 혁신을 넘어선

놀라움의 엔지니어링

로터리 엔진의 역사를 잠시 살펴보자면 NSU라는 메이커를 알아야 한다. 1873년에 사업을 시작한 NSU는 처음엔 자전거를 만들어 생산 및 판매하는 자그마한 기업이었다. 그 이후로 사세를 확장하여 1901년 첫 모터사이클을 생산하였고, 1905년 자동차를 생산 및 판매를 시작하였다. 

하지만, 1939년 2차 세계대전이 발발하며, 당시에 그러 하듯이 각종 내연기관을 만들 줄 알았던 기업들은 전쟁 물자 지원에 참여해야 했으며, 당시 독일군들이 애용하던 반궤도 모터사이클 케덴 크라프트라트를 만들어 생산했고, 이후 전쟁이 끝이 나고 다시 모터사이클의 생산을 재개하였다.

50년대에 들어서는 세계 최대 모터사이클 제조사 중 하나였고, 1957년 프린츠를 개발하면서 자동차 사업에 복귀하였다. 이후 1957년부터 펠렉스 반켈 박사를 영입, 반켈 엔진을 개발에 착수하였고, 1964년 세계 최초로 반켈 엔진을 탑재한 양산형 승용차 반켈 스파이더 및 세단 버전 Ro80을 출시했다.

이후 막대한 개발 투자 비용 대비 차량의 판매가 너무도 저조하여 경영난을 겪다가, 1961년 마쯔다가 반켈 엔진에 매력을 느껴 기술제휴를 요청했고, NSU는 당장이 급한 상황이라 곧바로 승낙을 하였다. 이후, NSU는 마쯔다의 자금 또한 턱없이 부족하게 되어, 결국 폭스바겐 그룹에 인수된 후 아우토 우니온 (지금의 아우디)과 합병하여, Audi NSU라는 사명을 쓰다 1977년부턴 NSU 브랜드를 쓰지 않게 되었다.

(사진 = MAZDA JAPAN)

마쯔다 또한

쉽지 않은 길이었다

마쯔다는 엔진의 본격적인 개발 착수에 들어간 건 1961년이다. 마쯔다는 이러한 반켈 엔진에 큰 매력을 느낀 이유는 바로 “회전 질감” 그리고 “저진동”에 매력을 느껴 기술제휴를 따온 것이다. 마쯔다는 이를 ‘꿈의 엔진’이라 불렀다.

하지만 기술 제휴를 얻어내고 시작은 쉽지 않았다. 막상 원판을 받았던 반켈 엔진은 심각한 진동이 마쯔다의 발목을 잡았다. 당시의 개발 엔지니어 야마모토 켄이치 부장이 회상하길 “아…이거 진동 없다고 했었는데…”였다. 이를 위해 마쯔다는 흡기 방식의 개선이 필요하다 판단하여, 기초 설계 및 실험의 반복이었고, 다양한 아이디어가 검토되었다. 그리하여 결국 진동을 잡는데 성공을 하게 되는데, 흡기 포트의 구조를 변경하여 저 회전 영역에서 중첩되는 진동파형을 잡는데 성공을 하게 된다.

(사진 = MAZDA JAPAN)

두 번째 난관은 “악마의 손톱자국”이라 불리는 로터 내의 스크래치였다. 로터리 엔진의 구조상 가장 중요한 키워드 중 하나인 “기밀 상태의 유지”인데, 아이러니 하게도 로터리엔진은, 이 기밀 상태를 유지하기 힘들다. 이유는 피스톤 역할인 삼각형상의 로터 끝부분에는 씰링을 위한 패드와 장력이 강력한 스프링을 장착하여 피스톤링의 역할을 하고 피스톤의 역할을 해주는데, 이 녀석들이 챔버 내벽을 마모시켜 성능이 저하시키는 게 가장 큰 하자였다. 다시 개발에 난관에 부딪힌 마쯔다는 씰링의 주파수 특성을 바꿔보자는 묘수를 꽤 해냈고, 이러한 아이디어를 토대로 씰 끝단에 교차하는 구멍을 뚫어 크로스 중공 씰을 개발해내어 실험에 들어가 봤다. 

결과는 성공적이었다. 시험 후 분해된 엔진에선 그 어느 곳에서도 스크래치를 찾아낼 수 없었다. 이후 로터리 엔진의 양산화에 박차를 가하게 되었고, 일본 카본사의 협력을 얻어, 알루미늄의 미세한 틈새를 카본으로 채우는 복합재를 개발하여, 마쯔다가 말하는 내구성을 확보하는데 실현하였다. 이리하여 로터리엔진의 가장 중요한 부품인 에이팩스 씰이 탄생하게 된다.

간단한 구조와

감성품질이 한몫했다

로터리엔진은 캠샤프트나 밸브기구가 필요 없다. 이유는 삼각형 형상의 로터가 그 역할들을 해내기 때문이다. 구조가 간단하기 때문에 일반 내연기관 대비 부품의 가짓수 또한 몇 분의 1 수준으로 줄어들고, 엔진의 경량화와 소형화가 가능해졌다.

소기 포트를 쓰는 2행정 기관들은 역류 방지를 위해 리드 밸브를 두는 반면, 로터리 엔진은 흡기 포트가 닫히는 순간까지, 로터 내 연소실의 부피가 줄어들지 않기에 역류 현상이 없다. 그렇기에 리드 밸브 또한 필요가 없어지게 되는 것이고, 엔진 회전 감성이 뛰어나단 평가가 많다. 부드럽게 상승하는 회전수는 요즘 최신의 엔진과 견주어도 손색이 없을 정돈데, 특히나 엔진 브레이크를 통한 부하 주행에서 빛을 발한다.

로터리 엔진은 구동 방향 전환이 딱 한 번만 이뤄지는 로터리 엔진은, 전달 방향이 적어도 2번 이상 움직이는 피스톤 엔진에 비해 엔진 브레이크가 약하다. 그러다 보니 적극적으로 엔진브레이크를 걸어 운행하는 오너들에겐 위화감이 컸지만, 부드러움만을 추구하는 오너들에겐 반응이 좋았다.

거기에 작고 가벼운 엔진의 특성상, 엔진을 앞 차축 뒤쪽으로 배치하는 프론트 미드쉽 방식의 배치 또한 가능해서, RX 시리즈들이 고속 코너링 머신이라 칭송받는 이유가 되기도 했다.

일장일단이 있다

단점은 좀 치명적이다

내구성이 정말 약하다. 위에서 서술한 챔버의 내벽을 마모시키는 이슈는 로터리 엔진의 고질적인 문제였다. 아무리 마쯔다에서 개선을 시켜 나왔다고 하였더라도, 폭발행정이 4행정에 비하면 거의 2배 가까이 일어나는 폭발력은 챔버의 내벽의 마모를 막기엔 무리였다. 

이러한 이유로 주기적으로 에이팩스 씰의 교체가 필연적인데, 이 씰을 교체하기 위해선 엔진을 내려야 하는 치명적인 단점이 존재한다. 로터리 오너들이 흔히 말하는 리빌드의 공정이 이 공정을 말하는 것인데, 간혹 마모가 심하여 못 살리는 엔진인 경우엔 새 엔진을 얹어야 하는 불상사가 발생하기도 한다.

두 번째 이유는 저연비와 환경문제인데, 1회전에 3회 정도 일어나는 폭발행정은 배기량 대비 고출력, 저진동, 감성품질을 한 번에 잡았지만, 불완전 연소가 심했고, 심지어 로터와 마찰이 심한 연소실의 윤활을 엔진오일이 담당했다.

엔진오일과 함께 연소되어 배출가스가 심했다. 극심한 연비 저하와 함께, 유지비 또한 극악이라 북미 오너들 사이에선 로터리 엔진 대신, V8 머슬카 엔진을 스왑하여 운용하는 오너들도 심심찮게 볼 수 있다.

마쯔다는 로터리의

부활을 알렸다

걸핏하면 엔진을 열어야 하는 낮은 신뢰성과 극악의 연비는, 로터리 매니아가 아니면 찾지 않는 퇴물 취급을 받았지만, 반세기 넘게 로터리 엔진을 만들어온 마쯔다는 소재의 개선과 제어기술의 발전으로 2003년 신설계 로터리 엔진 르네시스를 내놓게 된다.

하지만, 2012년 마쯔다는 RX-8을 마지막으로 로터리 엔진을 단종시켰다. 표면적인 이유는 환경규제를 못 맞춘 단 이유였다. 그런 마쯔다가 긴 공백기를 깨고 2018년 로터리 엔진을 활용한 전기차를 내놓겠다는 발표를 한 것, 그렇다. 직접 휠을 돌리는 기관이 아닌 내발전 기관으로 탈바꿈할 것이란 계획인데, 전기차에 내발전기를 위해 화석연료를 태우는 아이러니한 발상과 로터리 엔진 자체의 실효성이 의심을 품어 소비자들에게 큰 호응을 얻어내진 못했다. 결국 마쯔다의 로터리 부활의 신호탄은 빛만 반짝이다 끝이났다.

앞으로의 로터리가

나올 기대는 희박할 것

로터리 엔진의 역사를 간결히 알아봤다. 마쯔다의 가치는 단연 로터리 엔진(반켈 엔진)이다. 1961년 서독의 기술을 들여와 개발·생산을 시작한 이래, 전 세계 자동차 생산 기업 중 유일하게 로터리 엔진을 얹은 스포츠 모델을 많이 생산하여 판매하고 있었지만, 배기가스 규제로 2012년부터 더 이상 생산하지 않는다.

과거 20세기 중반부터 시대를 앞서나간 엔지니어링은, 지금 세대까지 고평가 되고 있는 엔진이며, 여전히 대채제가 없는 독보적인 엔진이다. 그 누구도 시도하려 하지 않았던 행위를 열도의 마쯔다는 해결해 내었고, 결국 영광스러운 타이틀을 거며 쥐는데 성공을 한다. 비록 지금의 마쯔다는 차세대 파워 트레인으로 인하여 과거의 명성 대비 조용하게 지내고 있지만, 훗날, 다시 한번 로터리와 같은 파급력 높은 파워 트레인으로, 내연기관이 종식되기 전에 한 번쯤, 팬들의 곁으로 다가와 주길 바라며 글을 마친다. 오토포스트 이슈플러스였다.