자동차의 엔진은 두 가지의 상반된 속성을 가지고 있다. 한 가지는 차가움이고, 나머지 하나는 뜨거움이다. 이렇게 두 가지의 상반된 속성을 갖는 이유는 금속으로 만들어지기 때문이다. 증기기관으로부터 시작된 엔진의 역사이래, 인류는 항상 금속으로 엔진을 만들어 왔다. 최근에는 재료역학의 발달로 인해, 금속 외의 다른 합성 재료를 사용하는 시도가 나타나고 있지만, 여전히 지구상의 모든 엔진의 주류는 금속이다. 강철과 알루미늄 등의 금속은 엔진이 잠에서 깨어난 시점부터 가동 시간 내내 발생하는 고열과 마찰 등의 모든 부담을 감당할 수 있으며, 대량생산에도 적합하기 때문이다.
금속으로 만들어진, 차가우면서도 뜨거운 자동차의 심장, 엔진의 세계로 독자 여러분을 초대한다. 본 기사에서 다룰 수많은 자동차의 엔진들 중 두 번째 이야기는 렉서스 F 모델들의 심장으로 유명한 토요타 UR 엔진이다.
토요타 UR 엔진이란?
토요타 UR 엔진은 2006년형 렉서스 LS460을 통해 처음 선보여 오늘날까지 사용하고 있는 토요타의 대표적인 V8 엔진이다. 이 엔진은 개발 주체인 토요타를 비롯하여, 렉서스 브랜드까지 폭넓게 사용 중이다.
토요타 UR 엔진은 1989년부터 생산하여 사용하고 있었던 토요타 UZ 엔진의 대체재로 등장했다. 구조 상으로는 알루미늄 실린더 블록과 마그네슘 실린더 헤드, 32밸브 DOHC(Double Over Head Cam) 방식을 사용하며, 타이밍 체인으로 구동된다. 실린더는 좌우 4개씩 90도의 뱅크각으로 짜여진 V형 8기통 엔진이다. 연료 공급 방식은 공통적으로 토요타가 처음 고안한 D4-S 직분사 시스템을 사용하며, 흡기와 배기 모두에 가변 밸브 타이밍(Variable Valve Timing) 기구를 설치한 듀얼 VVT-i를 적용한다. 현재까지 배기량은 4.6리터와 5.0리터, 그리고 5.7리터의 세 가지가 존재한다.
UR 엔진의 구분
토요타 UR 엔진은 배기량에 따라, 맨 앞에 붙는 숫자가 다르다. 1UR은 4.6리터 사양이고, 2UR은 5.0리터, 그리고 3UR은 5.7리터 사양이다. 그리고 여기에 FE, FSE, GSE 등의 별도 코드가 추가되는 식으로 세부 엔진명이 결정된다.
UR 엔진의 종류
렉서스 LS460을 통해 처음 시장에 풀리게 된 `1UR-FSE` 엔진은 UR 엔진의 가장 초기형에 해당하는 엔진으로, 상기한 D4-S 직분사 시스템과 가변 밸브 타이밍 기구 적용으로 385마력의 최고출력과 51.0kg.m의 최대토크를 발휘하는 엔진이다. 다이캐스팅 주조공법으로 만들어지는 엔진의 중요 부위는 엑스레이 촬영과 CT 촬영까지 동원하여 변형 및 불량률을 최소화시키는 시도를 했다. 아울러, 캠샤프트와 같은 부품을 중공 처리하여 중량 절감을 이루었다. 현재 토요타 그룹의 신차에서 이 엔진을 사용하는 차종은 렉서스 LS460(L 포함)이 있다.
1UR-FSE의 파생형으로 만들어진 `1UR-FE` 엔진은 1UR-FSE의 D4-S 직분사 시스템을 뺀 엔진이다. 이 엔진은 2010년 이후부터 기존에 트럭과 SUV 라인업에 사용하고 있었던 2UZ-FE 엔진을 대체하기 시작했다. 이 엔진은 347마력의 최고출력과 46.3kg.m의 최대토크를 발휘하는 버전과 304마력에 44.8kg.m의 토크를 내는 두 가지 사양으로 만들어 진다. 전자는 렉서스 LS와 GS에 탑재되었으며, 후자는 토요타 랜드크루저, 랜드크루저 프라도, 렉서스 GX460, 픽업트럭인 토요타 툰드라 등에 사용된다.
배기량 5.0리터 사양의 2UR-FSE 엔진은 렉서스의 플래그십 럭셔리 세단이자, 최초의 하이브리드 럭셔리 세단이기도 한 LS600h에만 적용되는 엔진이다. 이 엔진은 후술할 2GR-GSE와 보어와 스트로크가 같으며, D4-S 직분사 시스템과 흡배기 양쪽을 모두 제어하는 듀얼 VVT-i를 바탕으로 흡기쪽에 전자제어 기능을 더한 VVT-iE를 적용하고 있다. 중량을 절감하기 위해, 엔진 밸브 커버를 마그네슘 합금으로 제작하고 실린더 헤드를 고압주조 알루미늄 합금으로 제작했다. 최고출력은 394마력을 발휘하며, 최대토크는 53.0kg.m이다.
렉서스의 고성능 디비전인 F 모델들의 심장인 2GR-GSE 엔진은 렉서스의 슈퍼카 LFA에 탑재된 V10 엔진을 조율한 야마하와의 공동개발로 만들어진 엔진이다. 이 엔진은 전용의 합금 캠과 야마하가 설계한 고압주조 실린더헤드, 티타늄 밸브, 고성능 캠샤프트와 흡기 시스템 등으로 무장하고 있으며, 듀얼 VVT-iE를 적용하고 있다. F의 첫 번째 자손인 IS F에 탑재되었던 2UR-GSE 엔진은 423마력의 최고출력과 51.5kg.m의 최대토크를 발휘했다. 그리고 그 뒤를 이은 RC F, 혹은 GS F에 적용된 엔진은 한층 업그레이드되어, 473마력의 최고출력과 53.7kg.m의 최대토크를 발휘한다. 이 엔진을 사용하는 현행 모델은 익히 알려진 대로, 렉서스 RC F와 GS F가 있으며, 최근 공개한 럭셔리 쿠페, LC500에도 이 엔진을 사용한다.
배기량 5.7리터 사양의 3UR-FE 엔진은 주로 토요타의 미국시장용 픽업트럭과 SUV 모델들에 주로 탑재되는 엔진이다. D4-S직분사 시스템을 제외하고 듀얼 VVT-i를 채용하고 있으며, 삼원촉매(Three Way Catalytic Converter)를 탑재한 스테인리스 스틸 배기 매니폴드를 채용했다. 현재 이 엔진은 전량 토요타의 앨리배마 공장에서 생산 중이다. 130만km의 내구 테스트를 통과한 엔진이며, 2009년부터 E85 에탄올 연료를 사용할 수 있는 3UR-FBE 엔진이 추가되었다. 최고출력은 381마력, 최대토크는 55.3kg.m에 달한다. 토요타의 인하우스 튜너 TRD(Toyota Racing Development)의 수퍼차커 키트를 장비한 버전은 504마력의 최고출력과 76.4kg.m에 달하는 최대토크를 뿜어낸다. 선술했듯이, 이 엔진을 사용하는 현행 차종으로는 대부분이 미국시장용 모델이며, 토요타 툰드라, 토요타 세콰이어, 토요타 랜드크루저 200 시리즈, 렉서스 LX570 등이 있다.
