과거 2018년도에는 엔진 규정이 살짝 변경된 적이 있다. 특히 그 당시 바뀐 규정 중 '허용되는 엔진 파츠 개수'와 관련된 규정이 있었다.
F1의 엔진 규정이 무엇이 있는지 알아보기 위해, 2018년도 당시 규정이 바뀌었을 때 2017년도의 엔진 또는 파워 유닛과는 어떤 점이 달라졌는지 알아보자. 더불어 이와 관련된 패널티는 어떤 것이 있는지 보자. 자연스레 엔진을 구성하는 파츠는 무엇이 있는지 알아볼 수 있을 것 같다.
파워 유닛 (Power Unit) 구성 요소
일단 각 파워 유닛(또는 엔진)은 총 6개의 부품(element)으로 구성된다. F1의 파워 유닛을 구성하는 6개의 요소들은 적절하게 화합을 이루며 F1 머신의 심장 역할을 한다. 그 6가지 요소들은 아래와 같다.
| 부품 명 | 역할 |
| ICE (Internal Combustion Engine) | 엔진에 연료를 공급하며 차량의 동력을 만들어 냄 |
| TC (Turbo Charger) | 엔진으로 외부 공기를 더 많이 공급 |
| MGU-H (Motor Generator Unit - Heat) | Turbo로부터 열 에너지를 복구 |
| MGU-K (Motor Generator Unit - Kinetic) | 제동 시 운동 에너지를 복구 & 배터리 충전 |
| ES (Energy Store) | 복구된 에너지를 저장하는 배터리 |
| CE (Control Electronics) | 엔진의 두뇌 |
첫번째는 ICE(Internal Combustion Engine)이다. 엔진에 연료를 공급하며 차량의 동력을 만들어내는 부품이다.
두번째는 TC(Turbo Charger)이다. 엔진이 더 많은 출력을 낼 수 있게끔 엔진으로 외부 공기를 더 많이 공급해주는 팬(Fan)이다.
세번째는 MGU-H(Motor Generator Unit - Heat)이다. Turbo로부터 열 에너지를 복구하는 부품이다.
네번째는 MGU-K(Motor Generator Unit - Kinetic)이다. 제동할 때 차량의 운동 에너지를 복구하며 이와 동시에 배터리를 충전하는 부품이다.
다섯번째는 ES(Energe Store)이다. 복구된 에너지를 저장하는 큰 배터리라고 생각하면 된다.
마지막으로 여섯번째는 CE(Control Electronics)이다. 엔진의 두뇌라고 생각하면 된다. 컴퓨터로 치면 CPU라고 생각하면 된다.
여담으로 ICE와 MGU-H/K로부터 나오는 전류의 형태는 AC전류(=교류)이고, 배터리(ES)로부터 나오는 DC전류(=직류)인데, 이 둘을 연결시키는 것은 꽤나 복잡하다고 한다.
* MGU-K가 더 궁금하다면?
[Formula 1] #06 - F1 차량 엔진의 MGU-K(Motor Generator Unit - Kinetic)의 원리에 대해
이전 포스팅에서 F1 차량의 브레이킹 시스템(Braking System)에 대해 다뤄본 적이 있다. 2021.09.06 - [가벼운 공학 과학 IT/Formula 1 Tech. Stuff] - [Formula 1] #04 - F1 브레이킹 시스템(Braking System)..
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기존 규정 (2017년도 기준)
2018년도 이전 규정을 살펴보자. F1의 역사는 길기 때문에 엔진 규정이 수없이 변경되었지만 그중 2018년도 직전인 2017년도의 규정을 살펴보자.
엔진 부품 개수
| 부품 | 최대 사용 가능 개수 |
| 모든 부품 | 4개 |
2017년도에는 각 차량들은 전체 시즌 중 파워 유닛을 구성하는 각 부품들을 총 4개까지 사용할 수 있었다. 총 레이스가 대략 20번임을 고려한다면 각 부품들은 5번의 레이스를 커버하는 정도의 신뢰성과 내구성을 가져야한다.
이러한 부품들은 시즌 중 원할 때 언제든지 바꿀 수 있다. 레이스에서 다음 레이스로 넘어갈 때 바꿔도 되고, 세션 사이에 바꿔도 괜찮다. 종종 연습 세션(FP)에서 기존에 사용하던 엔진을 달고 나오는 경우도 더러 있다. 단! 퀄리파잉 이후 파크 페르메(Parc Fermé)에 의해 차량 셋업 수정이 금지되어있는 경우는 엔진 변경이 불가능하다.
시즌 내내 엔진 부품들을 언제 사용하고 교체할지는 어떻게 보면 아주 세심함을 요하는 예술의 영역이라고 생각할 수 있다. 예를 들어서 이탈리아 몬자 서킷(Monza Circuit)의 경우 엔진을 굉장히 가혹하게 사용하는 것으로 유명한데, 이런 서킷에서는 쓰던 엔진을 사용하면 레이스 도중 리타이어하게 될 수도 있으니 신규 엔진을 사용하는 것이 좋다.
패널티 시스템
만약 엔진이 너무 많이 소모가 되었든 사고로 인해 파손되었든, 아무튼 간에 허용된 개수를 다 쓰고 새로운 엔진 부품을 써야 한다면, 패널티를 감수해야 한다.
패널티 시스템은 간단하게 다음과 같이 부여된다. 만약 어떤 엔진 부품이든 처음으로 개수를 초과하여 5번째 엔진 부품을 사용하는 경우 '10-그리드 패널티(Ten-grid Penalty)'가 주어진다. 그 이후 다른 엔진 부품들 중 5번째 엔진 부품을 사용하는 경우 '5-그리드 패널티(Five-grid Penalty)'가 주어진다.
그 다음 처음으로 6번째 엔진 부품을 사용하는 경우 10-그리드 패널티가 주어지고, 그 다음 다른 부품들 중 6번째 부품을 사용하는 경우은 5-그리드 패널티가 주어진다.
이러한 시스템이 반복적으로 적용된다.
바뀐 규정 (2018년 이후)
엔진 부품 개수
2018년도에는 어떻게 바뀌었을까? 각 차량은 전체 시즌을 더 적은 엔진 부품 수로 버텨내야 한다.
특히 2017년도에 비해 2018년도에는 그랑프리 수가 20개에서 21개로 늘어났음에도 더 적은 엔진 부품을 사용하도록 변경되었으니 좀 더 가혹해졌다고 볼 수 있다.
| 부품 | 최대 사용 가능 개수 |
| ICE/TC/MGU-H | 3개 |
| MGU-K/CE | 2개 |
현재는 ICE, TC, MGU-H의 경우 최대 3개, ES, MGU-K, CE의 경우 최대 2개를 패널티 없이 사용 가능하다. 이를 다르게 표현하면 ICE, TC, MGU-H의 경우 각각의 하나의 부품은 7 레이스를 견뎌내야 하고, ES, MGU-K, CE는 10~11번의 레이스를 견뎌내야 한다.
참고 | 과거 2000년대에는 차량은 매 주말마다 2~3개 엔진을 사용했었는데, 이에 비하면 현재는 엄청난 진보다.
페널티 시스템
패널티 규정도 다소 변경됐다.
각 부품의 처음으로 규정을 초과한 개수의 새로운 유닛을 사용하는 경우(ICE, TC, MGU-H의 경우 4번째, ES, MGU-K, CE의 경우 3번째) '10-그리드 페널티'가 부여된다. 이후 새로운 유닛을 사용하는 경우 '5-그리드 페널티'가 부여된다.
규정 자체는 좀 더 심플해졌다. 하지만 여러 부품을 바꾸게 되어 15-그리드 패널티 이상 받게 되면 최후미에서 출발해야 한다는 것은 매우 치명적이기는 하다.
왜 개수를 줄였을까?
규정상 시즌 중 사용 가능한 엔진 개수를 줄이는 이유에는 비용적인 측면이 있다. F1 차량의 하이브리드 엔진의 경우 굉장히 비싸고 각 팀의 예산에서 굉장히 큰 부분을 차지한다. 이러한 비용을 줄일 수 있는 가장 좋은 방법은 더 적은 엔진을 사용하게끔 하는 것이다.
하지만 이게 실제로 효과가 있을까? 의문이 드는 것이 결국 엔진의 내구도가 버텨주지 못하면 결국 페널티를 감수하더라도 엔진 부품을 더 가져다 써야하는 것에는 변함이 없다. 차량이 터지길 바라는 걸까...
실제 얼마나 썼나?
실제 2017년도의 엔진 사용 이력을 보자.
거의 차량 20대 중 절반만이 정해진 엔진 개수 내에서 시즌을 마칠 수 있었다. 당시 Stoffel Vandoorne의 경우 TC와 MGU-H를 허용된 개수의 3배를 사용했다.
실제 엔진 제조 규정은 2018년 이후에도 변함은 없기 때문에, 제조사들은 2018년부터 빠른 엔진에 더해 내구도가 좋은 엔진을 만들어야 했다.
기타 마이너한 변경
참고로 드라이버가 바뀐다고 해서 사용 이력이 초기화되지는 않는다. 2017년도 토로 로쏘(Toro Rosso)의 경우 드라이버가 바뀌었는데, 바뀌기 이전 드라이버가 사용한 엔진 이력을 그대로 유지했다.
또한 FIA는 엔진 오일 사용에 대한 규정을 만들었다. 몇몇 팀들은 엔진 출력을 높이기 위해 특별한 엔진 오일을 사용하기도 했는데, 이는 더 이상 허용되지 않게 되었다.
마치며
2022년에도 현재에도 거의 동일한 규정을 따르고 있다. 결국 이러한 엔진 규정은 비용, 효율성, 엔진의 출력과 그냥 기존의 규정을 심플하게 따르는 것 간의 조율이 필요한 영역인 것 같다.
가끔 경기를 보다가 응원하는 팀이 엔진 규정으로 몇 그리드 페널티를 받거나 해서 뒤에서 출발하는 때면 '에라이 왜 규정이 이따구여!' 할 때도 있다. 하지만 다르게 생각해보면, 이러한 엔진 규정이 없다면 돈 많은 팀이 돈 많이 써서 더 엔진을 무한정으로 쓰게 될 여지가 있다. 그래서 그냥 후미에서 앞 차들을 추월하는 것을 기대하며 즐거운 마음으로 경기를 보는 것도 좋은 것 같다.
다음 포스팅에서는 VSC(Virtual Safety Car)에 대해 다뤄볼 예정이다.