아우디(Audi)가 2026년 매우 특별한 기념일을 맞는다. 5기통 엔진 탄생 50주년이기 때문이다. 아우디는 1976년 2세대 아우디 100(Audi 100)에서 이 엔진을 처음 선보였다.
이후 터보차저, 배기가스 정화, 4밸브 기술, 랠리 엔진, 5기통 디젤 엔진 등으로 업그레이드와 새로운 개발이 이어졌다. 현재 아우디 RS 3의 2.5 TFSI가 5기통 엔진의 위대한 전통을 이어가고 있다.
아우디의 5기통 엔진은 매우 특별한 의미를 가지고 있으며 아우디 DNA에 깊이 뿌리박혀 있다.
한편으로는 모터스포츠에서의 수많은 성공, 다른 한편으로는 양산차에서의 뛰어난 성능으로 “Vorsprung durch Technik(기술을 통한 진보)”를 형성하는 데 결정적인 역할을 했다. 오늘날까지 2.5 TFSI는 특징적인 사운드로 인해 매우 감성적인 주행 경험을 제공한다.
역사: 양산차와 모터스포츠에서 50년의 성공
첫 번째 5기통 엔진은 1976년 아우디 100(C2)에 동력을 공급했다. 내부적으로 Type 43으로 알려진 이 모델은 이전 모델보다 시장에서 더 높게 포지셔닝될 예정이었다.
당시의 4기통 엔진은 개발자들의 계획에 충분하지 않았다. 따라서 아우디 엔지니어들은 1970년대 초에 직렬 5기통 및 6기통 엔진 사용을 논의했다. 후자는 공간 제약과 불리한 무게 배분으로 인해 배제됐다.
그 결과 책임자들은 당시 아직 초기 단계였던 EA 827 엔진 개념을 기반으로 한 직렬 5기통 엔진을 선택했다. 이 직렬 4기통 엔진은 1970년대 아우디 80과 아우디 100을 포함하여 폭스바겐 그룹 전체에서 사용됐다.
여기서 파생된 5기통 엔진은 2,144cc의 배기량으로 100kW(136PS)를 제공했다. 현대적인 연료 분사 시스템이 효율성과 출력 전달을 증가시켰다. 아우디 100 5E의 인도는 1977년 3월에 시작됐다.
오리지널 콰트로에서 스포츠 콰트로까지
아우디는 1978년에 첫 번째 디젤 버전을 출시했다. 2리터 배기량과 51kW(70PS)의 자연흡기 디젤이었다. 1년 후 터보차저를 갖춘 첫 번째 5기통 가솔린 엔진이 데뷔했다.
아우디의 또 다른 선구적 성과였다. 125kW(170PS)와 265Nm의 토크로 새로운 최상위 모델인 아우디 200 5T에 동력을 공급했다.
1980년 오리지널 아우디 콰트로의 5기통 가솔린 엔진은 훨씬 더 높은 수준에 도달했다. 터보차저, 인터쿨러, 상시 사륜구동을 특징으로 하며 레이싱과 도로 모두를 위한 강력한 테크놀로지 패키지를 형성했다.
이 엔진은 판매 시작 당시 147kW(200PS)의 출력을 가졌다. 아우디가 1982년 이 차로 세계 랠리 챔피언십 타이틀을 확보한 후, 핀란드 드라이버 한누 미콜라(Hannu Mikkola)가 1년 후 세계 랠리 챔피언십에서 드라이버 타이틀을 획득했다.
1983년에도 아우디는 24cm 더 짧고 더 넓은 트랙을 가진 스포츠 콰트로를 선보였는데, 새로 개발된 4밸브 5기통 경합금 엔진이 225kW(306PS)로 동력을 공급했다.
이로써 스포츠 콰트로는 당시까지 독일 회사가 공공 도로 사용을 위해 제공한 가장 강력한 차가 됐다.
이 모델은 새로운 그룹 B 랠리카의 기초를 형성했으며, 여기서 4밸브 엔진은 처음부터 450PS(331kW)를 제공했다.
1984년 끝에서 두 번째 레이스인 아이보리 코스트 랠리에서 처음 사용됐다. 시즌의 나머지 11개 레이스는 스웨덴의 스티그 블롬크비스트(Stig Blomqvist)가 265kW(360PS) 아우디 콰트로 A2, 그룹 B로 출전했다. 결국 그는 드라이버 타이틀을 획득했고 아우디는 제조사 세계 챔피언십을 획득했다.
파이크스 피크의 발터 뢰를
아우디가 1986년 그룹 B 랠리에서 철수한 후에도 레이스 트랙에서 추가 하이라이트가 있었다. 발터 뢰를(Walter Röhrl)이 아우디 스포츠 콰트로 S1(E2)로 1987년 파이크스 피크(미국) 힐 클라임에서 우승했다.
레이싱 카는 440kW(598PS)의 출력을 제공했다. 4밸브 기술을 갖춘 아우디 스포츠 콰트로 S1과 달리 아우디는 200 콰트로 Trans-Am에서 구형 2밸브 실린더 헤드를 가진 직렬 5기통 엔진을 사용했다.
2.1리터 배기량의 터보차저 엔진은 375kW(510PS)를 제공했다. 헐리 헤이우드(Hurley Haywood)는 1988년 이것으로 미국 Trans-Am 시리즈에서 인상적인 스타일로 우승했다. 그리고 1989년 IMSA GTO는 단 2리터 조금 넘는 배기량에서 530kW(720PS)로 미국 투어링 카 씬을 사로잡았다.
아우디는 1989년 프랑크푸르트 국제 모터쇼에서 자동차 역사의 또 다른 이정표를 공개했는데, 바로 아우디 100 TDI이었다.
완전 전자 엔진 관리 시스템을 갖춘 직분사 5기통 터보 디젤은 2.5리터 배기량에서 88kW(120PS)의 출력을 뽑아냈다.
아우디는 5기통 가솔린 엔진 라인업을 계속 개선했다. 1994년 232kW(315PS)의 아반트 RS2가 시장에 출시됐다. 스포츠카 파워를 가진 아반트로서 새로운 자동차 클래스의 창립 모델이 됐다.
1994년 아우디 A4(B5) 도입과 함께 5기통 엔진은 B 세그먼트에서 퇴장했다. 새로운 V6 엔진이 1990년대 중반 점진적으로 그들을 대체했다. 마지막 5기통 엔진들 – 아우디 A6의 2.5 TDI와 아우디 S6의 2.2리터 배기량 20V 터보 – 은 1997년 단계적으로 폐지됐다.
아우디 TT RS의 터보와 직분사
첫 번째 5기통 터보차저 가솔린 엔진 데뷔 30년 후인 2009년, 아우디 TT RS에서 놀라운 사건이 발생했다.
2.5리터 배기량에서 콰트로는 터보차저와 가솔린 직분사를 특징으로 하는 횡치 엔진에서 250kW(340PS)의 출력을 냈으며, RS 3 스포츠백에서도 뛰어난 성능을 제공했다.
2012년 아우디가 도입한 TT RS 플러스는 265kW(360PS)를 달성했다. 2013년 RS Q3는 새로운 시장 세그먼트를 개척한 최초의 컴팩트 SUV가 됐다. TT RS와 RS 3에서와 마찬가지로 파워 유닛으로 2.5리터 5기통 엔진이 사용됐다.
엔진의 새 버전이 2016년에 공개됐고, 경량화 조치, 내부 마찰 감소, 출력 증가 덕분에 엔지니어들은 동일한 2,480cc 배기량으로 약 17% 더 많은 출력인 294kW(400PS)와 480Nm의 최대 토크를 달성했다.
아우디 RS 3의 400PS와 500Nm
2021년부터 아우디 RS 3는 그 어느 때보다 강력한 2.5 TFSI의 수정 버전을 장착했다. 이는 컴팩트 스포츠카가 0-100km/h를 3.8초에 가속할 수 있었으며, 최고 속도는 250km/h에서 제한되며 옵션을 추가하면 280km/h까지 가능했다.
RS 다이내믹 패키지와 세라믹 브레이크를 사용하면 최고 속도는 290km/h까지 가능했는데, 이러한 성능 수치 뒤의 결정적 요인은 500Nm로 증가한 토크로, 2,250~5,600rpm에서 사용 가능했다.
이는 이전 모델보다 20Nm 더 많다. 이를 통해 아우디 RS 3는 중고속 구간에서 훨씬 더 빠르게 가속할 수 있었다.
294kW(400PS)의 최대 출력은 이전보다 일찍 5,600rpm에서 볼 수 있었으며 최대 7,000rpm의 넓은 범위에 걸쳐 확장된다. 새로운 엔진 제어 유닛은 또한 모든 구동 부품의 더 빠른 네트워킹을 보장하여 주행 다이내믹을 새로운 수준으로 끌어올린다.
아우디 5기통 엔진 사운드: 감성적이고 독특함
5기통의 굵은 사운드는 매우 감성적인 주행 경험을 만든다. 시그니처 사운드는 홀수 실린더와 독특한 점화 순서 1-2-4-5-3에 의해 만들어지며, 이는 144도의 크랭크축 회전 간격으로 서로 인접하고 더 멀리 떨어진 실린더 쌍 사이를 교차한다.
이는 2.5 TFSI에 매우 특별한 리듬과 사운드 특성을 제공한다. 배기 매니폴드의 형상도 배기 밸브와 터보차저 사이의 다른 배기가스 흐름 시간으로 이 독특한 사운드에 기여한다.
2021년 3세대 RS 3 스포츠백과 2세대 RS 3 세단에 도입된 완전 가변 배기 플랩 제어는 사운드 스펙트럼을 증가시키고 더욱 뚜렷하게 만든다.
플랩은 선택한 아우디 드라이브 셀렉트 모드에 따라 다양한 중간 위치를 취한다. 다이내믹, RS 퍼포먼스, RS 토크 리어 모드에서는 다른 주행 모드보다 훨씬 일찍 열린다.
감성적인 사운드 특성이 더욱 두드러진다. 5기통 엔진의 특징적인 사운드는 훨씬 더 스포티한 사운드를 생성하는 선택 사양 RS 스포츠 배기 시스템으로 향상된다.
아우디 5기통 엔진 기술: 터보차저를 갖춘 2.5 TFSI
2016년에 데뷔한 현재 세대의 5기통 엔진을 개발할 때 초점은 고성능과 경량화였다.
아우디 RS 3에서 내부적으로 EA855 Evo Sport로 알려진 엔진은 400PS와 500Nm의 토크를 제공한다. 따라서 2.5 TFSI는 탁월한 중간 가속과 뛰어난 출력을 제공한다.
콤팩트 스포츠카는 0-100km/h를 3.8초에 가속할 수 있으며 최고 속도 290km/h에 도달한다.
약어 TFSI는 터보차저와 직분사(turbocharging and direct injection)를 의미한다.
2.5 TFSI는 흡기 매니폴드와 연소실로의 듀얼 인젝션과 배기 밸브의 가변 제어를 위한 아우디 밸브리프트 시스템을 사용한다.
이는 연료와 공기 혼합물의 더 정밀한 조절을 가능하게 하여 연료 소비를 줄이면서 최적의 출력 전달을 초래한다. 5기통 엔진에서 연료는 250bar에서 분사된다. 대형 터보차저는 최대 1.5bar(상대)/2.5bar(절대)의 부스트 압력을 생성한다.
실린더 헤드, 베어링, 피스톤, 크랭크축은 매우 내구성이 뛰어나다. 많은 엔진 부품에 경량 소재가 사용되어 응답성과 회전 의지에 도움이 된다.
5기통 엔진의 무게는 약 160kg이며 50cm 미만의 길이로 매우 컴팩트하다. 이는 롱 스트로크 엔진(보어 82.5mm x 스트로크 92.8mm)을 횡치 설치에 완벽하게 만든다.
2.5 TFSI의 크랭크케이스는 알루미늄으로 만들어져 이전의 주철 부품에 비해 무게가 극적으로 감소한다. 크랭크축은 중공 보링되어 5기통의 낮은 무게에도 기여한다.
솔리드 크랭크축에 비해 회전 시켜야 할 질량이 적어 엔진의 응답성이 향상된다. 아우디는 또한 마그네슘 오일 팬 상부와 알루미늄 벨트 풀리와 같은 다른 경량 소재를 사용한다.
광범위한 조치가 내부 마찰, 마모, 연료 소비를 줄여 출력을 최적화한다. 여기에는 플라즈마 코팅 실린더 라이너와 냉각 개선을 위한 알루미늄 피스톤 베이스의 특수 오일 채널이 포함된다.
전환 가능한 냉각수 펌프가 있는 혁신적인 열 관리 시스템도 마찰을 줄이고 연비를 증가시킨다. 냉간 시동 후 짧은 워밍업 단계 동안 전환 가능한 워터 펌프는 실린더 헤드에서 냉각수를 순환시키지 않아 2.5 TFSI 엔진이 작동 온도에 더 빠르게 도달할 수 있다.
수요 제어 알루미늄 오일 펌프는 아우디 밸브리프트 제어 시스템과 함께 효율성 증가에도 기여한다.
오일 펌프는 현재 요구 사항에 맞게 오일 압력을 조정하는 반면, 배기 측의 아우디 밸브리프트 시스템은 부하와 속도에 따라 2단계로 밸브 개방 지속 시간을 변경한다. 낮은 부하와 부분 부하에서 적당한 소비를 위해, 전체 부하에서 직접 응답성과 탁월한 중간 가속을 위해서다.
차량 테스트의 일환으로 엔진 테스트는 북유럽에서 남유럽까지 모든 유럽 기후 지역과 다른 지역에서 수행된다.
한랭 및 고온 주행 외에도 프로그램에는 다양한 고도의 평가와 뉘르부르크링 북쪽 루프의 내구성 테스트가 포함된다. 한 가지 목표를 가진 수천 킬로미터의 테스트. 모든 조건에서 최대 성능을 보장하는 것이다.
아우디 5기통 엔진 생산: 보크 공장에서 수작업 조립
5기통 엔진은 헝가리 죄르 공장의 소위 보크 조립에서 제작되며, 1,000평방미터 이상에 걸쳐 있다. 엔진은 로봇 사용 없이 손으로 조립된다.
2.5 TFSI는 공장을 떠나기 전에 고도로 숙련된 전문가에 의해 21개 스테이션에서 조립된다. 커넥팅 로드와 실린더 라이너의 플라즈마 코팅을 포함한 실린더 크랭크케이스와 같은 주요 부품은 죄르 공장의 전문 생산 영역에서도 별도로 제조된다.
5기통 조립은 알루미늄 크랭크케이스를 배치하고 조립 스탠드에 고정하는 것으로 시작된다. 엔진에 번호가 각인되면 베어링 쉘이 기름칠되고 크랭크축이 삽입된다.
그런 다음 피스톤을 커넥팅 로드와 조립하고 실린더 크랭크케이스에 배치할 수 있다.
크랭크축이 부드럽게 회전하고 모든 부품이 적절하게 볼트로 고정됐는지 확인하기 위해 토크 체크가 수행된다. 다음으로 씰링 플랜지가 설치되고 오일 팬이 제자리에 고정된다.
상부 섹션은 마그네슘으로 만들어져 하부 알루미늄 부분보다 훨씬 가볍다. 프로세스는 인젝터, 속도 센서, 타이밍 체인 설치와 함께 계속된다. 타이밍 체인은 크랭크축을 캠축에 연결하고 밸브가 올바른 순간에 열리고 닫히도록 한다.
이어서 가장 중요한 단계 중 하나가 이어진다. 실린더 헤드를 볼트로 고정하고 스파크 플러그를 설치한다.
스파크는 연료와 공기 혼합물을 점화하여 피스톤을 움직이게 하고 5기통 엔진의 특징적인 사운드를 만든다.
공기 공급의 중심 요소는 흡기 매니폴드로, 그런 다음 볼트로 고정되며 흡기 공기를 압축하여 연소실에 더 많은 산소를 전달하는 대형 터보차저와 함께 고정된다.
이는 더 나은 연소를 가능하게 하여 최적화된 성능과 효율성에 기여한다. 마지막으로 엔진 배선이 부착되고 듀얼 매스 플라이휠이 장착된다.
엔진과 7단 S 트로닉 변속기 사이에 위치하여 파워트레인의 진동과 진동을 줄인다. 이는 주행 편안함과 부품의 수명을 증가시킨다.
마지막 단계에는 모든 기능이 제대로 작동하는지 확인하기 위한 기계 및 전자 테스트가 포함된다. 여기에는 엔진에 작동 유체를 채우고 점검하는 콜드 테스트가 포함된다.
소위 핫 테스트도 절차의 일부다. 여기서 엔진은 처음으로 시동되고 부하 상태에서 테스트된다.
모든 지침이 충족되고 모든 테스트가 녹색 신호를 주면 5기통 엔진은 크레인으로 팔레트에 적재되어 죄르 공장에서 잉골슈타트로 기차로 운송된다.
그곳에서 아우디 RS 3가 생산 라인을 따라 조립되며 마지막 순간에 소위 “결혼”을 하게 된다. 2.5 TFSI 엔진이 마침내 최상위 A3 모델에 탑재되는 순간이기 때문이다.