MINI R57 Engine: Prince engine

미니 제작소

MINI가 생산되는 곳은 MINI의 가장 큰 수요 시장 중에 하나인 바로 영국입니다. BMW가 MINI를 인수하기 전에는 MINI는 영국의 Cowley와 Longbridge 의 공장에서 제작되었습니다. 이후 BMW가 MINI를 인수하면서 Cowley 공장을 개보수해서 "Plant Oxford"라로 명명합니다. 아래 사진이 plant Oxford 입니다.

2006년 이후로 Plant Hams Hall 에서 Prince Engine을 생산하고 Plant Oxford에서는 MINI의 차체 생산 및 도색, 조립을 담당하게 되는데요 이곳은 전통적으로 철강 회사들이 있던 곳이라고 합니다. 여기에 Plant Swindon이 추가되여 일명 "Mini Production Triangle"을 형성하게 됩니다. 이곳에서 모든 MINI 들이 제작되는데요 예외로 countryman만이 영국이 아닌 오스트리아에서 생산됩니다. Plant Oxford는 4000명의 직원이 근무하는 데 매일 800대의 MINI를 생산한다고 합니다. 

모든 차의 제작에서 핵심은 역시 엔진이겠죠. MINI의 엔진은 앞서 정리한 것처럼 영국 Birmingham 근처에 위치한 Plant Hams Hall 에서 800명의 직원들이 의기투함해서 생산됩니다. 물론 최근에 MINI 에 들어가게 된 디젤 엔진의 경우 오스트리아의 BMW 공장에서 제작되고 있습니다. MINI에 들어가는 디젤 엔진은 N47 모델로 말이 좀 있었지만 BMW 3 시리즈와 5 시리즈에 들어가는 엔진과 모델은 같습니다. 하지만 여러가지로 다른데 특히 성능에 차이가 있습니다. 관련 내용은 "International Engine of the Year (2012)"을 참조해 주세요. 그럼 이제 MINI 컨버터블의 심장: Prince Engine에 대해 정리해 보도록 하겠습니다. 

Prince engine

prince, 왕자라는 의미죠. 그런데 king은 아닙니다. king의 아들이죠. 생각해보면 BMW 입장에서 MINI를 보는 철학이 담겨있군요. king은 아니지만 prince 정도는 되는 엔진을 MINI에 달아 주겠다! 나쁘지 않군요. 코드네임 Prince는 BMW와 PSA Peugeot Citroën이 합작으로 만든 직렬4기통 엔진 페밀리입니다. 1.4L 와 1.6L 엔진이 개발되었으며 MINI는 1.6L(1598cc)엔진을 사용합니다. 

Prince 엔진의 부품들은 PSA사가 프랑스에서 제작되고 엔진은 영국에서 조립됩니다. 이 작업은 2002년 7월부터 시작되어 2005년에 첫 모델이 출시되었습니다. 출시 되기까지 이 합작이 삐걱거렸다면 분명 모델 출시와 동시에 작별인사를 했겠지만 두 회사는 2006년 하반기에 합작 연장을 선언합니다. 그리고 최근에 2010년 9월달에 새로운 1.6T 엔진을 출시합니다. 합작 연장도 되었다니 그만큼 Prince 엔진의 완성도와 신뢰도가 높아 보이는 군요 ;-)

Prince의 엔진에는 BMW의 유명한 Valvetronic variable valve lift system이 흡기 부분에 장착되었고 엔진의 실린더는 85.8mm 스트로크(길이)에 77mm 보어(직경)의 사이즈를 가지며 4기통이므로 계산해보면 1598cc가 됨을 알 수 있습니다. 엔진용량 계산은 "BMW 엔진 라인업과 N47"를 참고해 주세요. 그리고 내구성을 높이기 위해 알루미늄 크랭크케이스로 되어 있습니다. 이 엔진은 자연흡기 방식과 터보방식의 두 가지 방식이 가능한 엔진으로 이 차이가 MINI 와 MINI S 모델에 들어가는 엔진의 중요 차이라고 할 수 있습니다. 

엔진에겐 산소가 필요하다!

엔진은 가솔린과 산소를 정해진 비율에 따라 섞은 후 내부에서 폭발시켜 운동 에너지를 생산하게 됩니다. 이 때 산소를 엔진 내부로 흡기하는 방식에 따라 자연흡기 방식(Naturally aspirated)과 터보차져(Turbocharged) 또는 수펴차져(Supercharged) 방식이 있습니다. 간략히 설명드리면 이렇습니다. 

자연흡기 방식: 

대기 중의 산소를 인위적인 압축없이 흡기합니다. 

터보차져 방식: 

대기 중의 산소를 터빈을 돌려 압축하여 흡기합니다. 

이 때 터빈은 엔진의 배기가스로 돌립니다. 그러므로 터빈을 돌리기 위해서는 엔진의 배기압이 적절한 압력을 형성해야 ON 상태가 될 수 있으며 배기압이 낮으면 터보가 동작하지 않는 OFF 상태가 됩니다. 또한 OFF 상태일 때 ON 상태로의 급격한 전환이 불가능 하기 때문에 급가속 시 OFF에서 ON으로 전환하는 지연시간인 터보랙이 발생합니다.  

수퍼차져 방식: 

대기 중의 산소를 터빈을 돌려 압축하여 흡기합니다. 

이 때 터빈은 엔진의 플라이휠로 돌립니다. 엔진의 구동력 중 일부가 터빈을 돌리기 때문에 항상 터빈이 ON 상태이며 이로 인해 급가속 시에도 터보랙이 발생하지 않습니다. 그러나 항상 ON 상태이기 때문에 비효율적일 수 있습니다. 

엔진이 고성능을 내기 위해서는 가솔린의 양도 중요하지만 산소를 얼마나 잘 흡기하느냐도 중요합니다. 간단히 생각해보면 단위시간동안 산소가 충분히 흡기될수록 더 많은 폭발이 가능하기 때문에 자연흡기 방식 보다는 터보차져나 수퍼차져방식이 고성능의 엔진이 될 수 있는 것이죠. 보다 자세한 건 "Turbochargers"를 참고해 주세요.  

자연흡기(Naturally Aspirated) 1.6L Prince 엔진

이 엔진이 MINI 컨버터블의 엔진으로 lost-foam 방식의 정밀주조를 통해 생성된 해드로 만들어집니다. 튼튼하겠죠. 가솔린/산소 압축비는 11:1 이며 엔진 사양은 다음과 같습니다. 

최고출력/회전수     118마력/6000rpm

최대토크/회전수     160 N·m(16.16kgm) /4250rpm

0-100km/h 가속시간 11.1초

최고속도     191 km/h

연비             14.9 km/l 

등급             2등급

이산화탄소 배출량   157 g/km

터보차져(Turbocharged) 1.6L Prince 엔진

MINI 컨버터블 S 와 MINI의 다른 S급 가솔린 모델에 사용되는 엔진으로 자연흡기 엔진과 다르게 직분사(gasoline direct injection) 방식을 사용하며 내구성을 높이기 위해 저압 다이캐스팅 주조 방식(low-pressure die-casting)으로 만든 헤드를 사용합니다. 최대 출력이 각각 148마력과 173마력인 두 서브모델이 있으며 MINI S에 사용되는 엔진은 173마력 엔진입니다. 사양은 아래와 같습니다. 

최고출력/회전수     173마력/5500rpm

최대토크/회전수     247N·m(24.947kgm)/1600-5000rpm

0-100km/h 가속시간 7.6 초

최고속도                220 km/h

연비             14 km/l 

등급             2등급

이산화탄소 배출량   168 g/km

터보차져 엔진은 오버부스팅(overboosting)기능이 장착되어 있어 최대토크를 1700 rpm 과 4500 rpm 사이에서 일시적으로 260 N·m까지 증가시킬 수 있으며 이는 3단에서 5단 기어에서만 가능합니다. 6단에서는 오버부스팅 되지 않습니다만 어차피 급가속 시 오토 미션에서는 자동 킥다운 되기 때문에(즉, 6단에서 오버부스팅이 터질 일이 없기 때문에) 기어는 고민하지 않아도 됩니다. 

2010년에 푸조에서는 터보차져 1.6L Prince 보다 성능이 향상된 EP6CDTX 모델을 출시하였는데 최대출력 200hp/5500 RPM 최대토크 275Nm/1700 RPM 의 성능을 가지며 현재 Peugeot RCZ 와 Peugeot 308 GTi 모델에 장착되어 있습니다. 2011년에는 BMW에서도 터보차져 1.6L Prince 의 성능을 개선한 N13B16 모델을 출시하였으며 BMW 116i(f20)와 118i(f20)에 장착되었는데요 개인적인 추측으로는 이 엔진이 MINI의 차세대 가솔린 엔진이 될 거 같습니다. 

아래 사진은 2012년형 MINI 로드스타 S에 장착된 prince 엔진의 모습입니다. 

마치면서 

정리를 하면서 한 가지 이상한 점은 MINI 코리아 홈페이지에 나온 엔진 성능 제원이 Prince 엔진 성능과 맞지 않다는 것인데요 약간의 수치이긴 명확한 확인이 필요해 보입니다. 전 개인적으로 Prince 엔진의 수치를 더 신뢰하기 때문에 ㅎㅎ 그쪽의 수치로 정리를 하였습니다. 엔진에 대한 보다 기술적인 분석은 다음 기회에 정리해 보도록 하겠습니다. 

<Reference>

http://en.wikipedia.org/wiki/Mini_(marque)#Mini_Convertible_.282009_to_present.29

http://www.mini.co.kr/mini_cabrio/cooper/index.html

http://kereta.info/technical-data-comparison-mini-cooper-mini-cooper-s-mini-cooper-convertible/

http://en.wikipedia.org/wiki/Mini_Convertible#Convertible

http://www.telegraph.co.uk/news/uknews/1486584/Driving-test-examiners-fail-the-new-Mini-convertible.html

http://www.totalmini.com/forum/39-2006-current-2nd-generation/5368-whats-difference-between-r52-r57.html

http://en.wikipedia.org/wiki/Prince_engine

http://www.nextcar.com.au/n.mini.2005.plant.oxford.05feb.html