F1 파워유닛 개발사: “규정”이 만든 기술 진화의 역사

포뮬러 원(F1)에서 파워유닛은 단순히 “엔진”이 아니라, 연료·연소·과급(터보)·에너지 회수(하이브리드)·열관리·제어 소프트웨어까지 묶인 종합 시스템이다. 그리고 이 시스템의 진화는 대부분 “팀이 원해서”가 아니라, FIA 규정이 무엇을 허용·제한하느냐에 의해 방향이 결정되어 왔다. 이번 포스팅에서는 1950년대부터 2026년 규정까지 이어지는 파워유닛 기술의 굵직한 전환점을 과학·공학 관점에서 살펴 보려고 한다.

본 포스팅 역시 최대한 사실과 과학적 근거를 바탕으로 작성하려고 노력 하였으나 오류는 분명 있을 수 있으니 그 점을 감안 해서 포스팅을 읽어 주시면 대단히 감사하겠습니다. 

1) 1950년대 초반: 슈퍼차저 1.5L vs 자연흡기 4.5L, “연료와 열”의 시대

F1 초창기(1950년대 초)는 작은 배기량 과급(슈퍼차저)과 큰 배기량 자연흡기가 공존하던 시기다. 당시에는 연료 탱크, 연료 소비율, 열로 인한 신뢰성(냉각·윤활)이 승패를 크게 좌우했다. 실제로 초기 F1은 1.5리터 슈퍼차저 또는 4.5리터 자연흡기라는 두 축에서 경쟁이 이루어졌다고 정리 되어진다.

이 시기의 기술 키워드는 단순하다.

• 과급(슈퍼차저): 산소(공기)를 더 밀어 넣어 같은 배기량에서 더 많은 연료를 태우며 출력을 끌어올림
• 대배기량 자연흡기: 과급기의 복잡성과 열부하를 줄이면서, 큰 배기량으로 토크·출력을 확보
• 결정적 변수 = 연료 소비와 열관리: 높은 출력은 더 많은 연료, 더 큰 냉각 부담, 더 잦은 트러블을 동반

즉, “더 세게 태울수록 더 뜨거워지고, 더 뜨거울수록 더 고장난다”는 아주 현실적인 공학의 벽이 이미 존재했다.

2) 1954~1960년대: 배기량 제한의 반복, “효율(연소·흡기·배기) 경쟁”이 시작

FIA는 시대에 따라 배기량과 과급 허용 여부를 바꾸며 경쟁의 무게중심을 이동시켰다. 예를 들어 1954년에는 2.5리터(자연흡기) / 0.75리터(과급) 같은 제한이 등장해, 단순한 “큰 엔진” 경쟁을 완화하고 기술적 다양성과 안전·비용 측면을 조정했습니다(규정 변천은 여러 연대에 걸쳐 반복).

이 과정에서 팀들이 파고든 영역은 출력 자체보다 '엔진의 ‘호흡’이었다.

• 흡기 효율(볼류메트릭 효율) 개선
• 연소실 형상과 점화 시기 최적화
• 배기 매니폴드 설계로 펌핑 손실 감소
• 회전수를 올리되(고회전), 마찰과 열을 잡는 소재·윤활 발전

이때부터 “규정이 정한 한계 안에서 얼마나 효율적으로 공기를 넣고 연료를 태우느냐”가 핵심이 된다.

3) 1966~1980년대: 3.0L 시대, 터보의 폭발적 부상과 열역학의 현실

1966년 이후 F1은 자연흡기 3.0L / 과급 1.5L 프레임으로 이동하며(시기별 세부는 변동), 결국 1980년대에 터보차저가 폭발적으로 부상한다.

터보차저는 배기가스 에너지로 터빈을 돌려 압축기를 구동하며, 흡기 밀도를 높인다. 같은 배기량에서도 더 많은 공기·연료를 태울 수 있어 출력이 급격히 상승한다. 다만 그 대가로 엔진은 다음 문제를 맞는다.

• 노킹(이상연소) 위험 증가 → 연료 특성·점화·압축비·냉각이 까다로워짐
• 흡기 온도 상승 → 인터쿨러, 흡기 경로, 열차폐가 중요해짐
• 터보 랙(응답 지연) → 엔진 제어·터빈/컴프레서 매칭 기술이 관건
• 무엇보다 열부하가 급증 → 냉각·윤활·내열 소재가 경기력의 일부가 됨

이 시기는 “출력의 시대”로 기억되지만, 실제로는 열역학과 재료공학이 만든 한계를 얼마나 정교하게 관리했느냐가 성패를 갈랐다.

4) 1990~2005년: 자연흡기 고회전 V10 시대, “기계 효율”의 정점

터보 제한·금지와 규정 조정 속에서, 1990년대~2000년대 초반은 흔히 자연흡기 고회전 엔진(대표적으로 3.0L급 V10)의 시대라고 요약된다(연도별 세부 변동은 있으나 큰 흐름).

이 시기의 핵심은 “더 큰 과급”이 아니라 “더 높은 회전수”였다.

• 고회전은 같은 배기량에서 단위시간당 흡기·연소 횟수를 늘려 출력 향상
• 하지만 고회전은 마찰손실, 밸브트레인 한계, 진동, 소재 피로를 동반
• 따라서 경량 고강도 소재, 정밀 가공, 윤활유 기술, 밸브 스프링/공압밸브 등 고회전 대응 기술이 중요

이 시기에 엔진은 “거대한 에너지 회수 시스템”이 아니라, 정교한 기계장치의 극한으로 진화한다.

5) 2006~2013년: 2.4L V8 규정, “출력 억제·비용·신뢰성”을 위한 표준화

2006년부터는 엔진이 2.4리터, 90도 V8 등으로 규정되며 표준화가 강화된다. 이는 단순한 배기량 축소가 아니라, 경쟁을 “무제한 출력 싸움”에서 일정 부분 떼어내어 비용·안전·신뢰성을 관리하려는 목적이 크다. 실제 2006 기술 규정에는 엔진 배기량(2400cc)과 90º V8 구성 등이 명시된다.

이 시기에 팀들은 같은 “틀” 안에서 미세한 차이를 만들기 위해 다음에 집중하게 된다.

• 연소 안정성(점화·분사)
• 내부 마찰 저감(베어링·코팅·윤활)
• 냉각 패키징과 무게중심 최적화
• ECU/제어 전략(스로틀 맵, 엔진 브레이크 등)

또 하나의 중요한 흐름은 하이브리드의 예고편이다. 2009년 KERS 같은 에너지 회수 개념이 등장하며, “엔진만으로 이기는 시대가 끝날 수 있다”는 신호가 켜지게 된다.

6) 2014~현재(2025): 1.6L V6 터보 하이브리드, “열효율 경쟁”으로 판이 바뀌다

2014년은 파워유닛 역사에서 가장 큰 전환점 중 하나이다. F1은 1.6리터 V6 터보 엔진 + 에너지 회수 시스템(ERS)을 결합한 ‘파워유닛’ 체제로 넘어가게 된다. F1 공식 설명에서도 2014년 규정 변화의 핵심이 “1.6L V6 터보 + 2개의 ERS”라는 점이 강조된다.

이 체제의 핵심은 “최고 출력”이 아니라 효율이다. 즉, 같은 연료로 더 많은 일을 해내는 방향으로 경쟁이 재편되게 된다. 이를 강제한 대표적인 장치가 연료 유량 제한 같은 규정 요소이다(연료 흐름 제한, 연료 사용량 제한 등은 효율을 강제하는 수단).

 

(1) MGU-K / MGU-H: 에너지 회수의 공학

하이브리드는 단순히 “배터리 달았다”가 아니다.

• MGU-K: 제동(브레이킹) 과정의 운동에너지를 전기에너지로 회수해 재가속에 사용
• MGU-H: 터보차저와 연결되어 배기가스(열·유동)가 가진 에너지를 전기에너지로 바꾸거나, 반대로 터보 회전을 보조해 랙을 줄이는 방식으로 활용(기술 설명 자료에서도 MGU-H의 기능은 열에너지/터보 관련 회수·제어로 다뤄짐)

즉, 2014년 이후 F1은 “엔진 + 모터 + 배터리 + 인버터 + 제어 소프트웨어”가 한 덩어리로 움직이며, 열에너지·운동에너지의 회수/배분이 랩타임을 바꾼다.

(2) 왜 하필 ‘효율’인가: 자동차 산업과 규정 철학

F1은 기술 쇼케이스이다. 2014년 규정의 취지는 단순히 “친환경 이미지”가 아니라, 도로용 파워트레인과의 기술적 연계(다운사이징 터보, 하이브리드, 에너지 회수, 열관리)를 강화해 제조사 참여를 이끌려는 전략과도 맞물려 왔습니다. 2014년 파워유닛 변화가 “하이브리드 기술 중심”임을 요약한 가이드 성격의 문서들도 존재한다.

이때부터 팀의 개발 전장은 실린더 헤드나 캠샤프트만이 아니라,

• 터보-배기-흡기-인터쿨링의 열 흐름
• 배터리의 온도 관리(열폭주 방지, 출력 유지)
• 인버터·모터의 효율
• 수십~수백 개 변수의 제어 로직(엔진·ERS 협조 제어)

로 확장됩니다. “파워유닛”이라는 이름이 실감나는 시대이다.

7) 2026년 이후: MGU-H 제거, 전기 비중 확대, 지속가능 연료… 다음 10년의 방향

2026년 규정은 또 한 번 큰 전환을 예고했다. 공식적으로 2026년부터 적용될 파워유닛 기술 규정 문서가 공개되어 있으며, 2026 규정 프레임 자체가 “2026부터 적용”임을 명시했다.

대중적으로 요약되는 핵심 변화는 다음과 같다.

• 전기 출력 비중 확대(대략 50:50 지향)
• MGU-H(열 회수) 제거
• 지속가능 연료(Advanced Sustainable Fuels) 도입(F1 측은 2026 규정 설명에서 지속가능 연료를 강조)
• 규정 변화의 배경에는 비용 통제, 제조사 유치, 지속가능성 목표 등이 함께 존재

언론 보도에서도 2026년 엔진(파워유닛) 변화가 지속가능 연료와 전동화 강화를 중심으로 설계되었고, DRS 개념 변화 등 레이스 운영 방식까지 영향을 준다고 전하고 있다.

MGU-H가 사라진다는 것은 “배기열 회수로 터보 랙을 매끈하게 만드는” 고난도 기술이 빠진다는 뜻이기도 합니다. 대신 전기 시스템(특히 회생·방전 전략, 배터리·모터 출력 유지)이 더 중요해지며, 드라이버는 에너지 관리의 비중이 커집니다. 2026 규정을 기술적으로 분석한 업계 글에서도 ERS-H 제거가 큰 변화로 언급된다.

 

8) 파워유닛 개발을 관통하는 과학: “에너지 보존”과 “열효율”의 싸움

F1 파워유닛의 역사를 한 문장으로 줄이면, 같은 에너지(연료)로 더 빠르게 달리는 방법을 찾는 과정이다.

• 연료의 화학 에너지 → 연소 → 열에너지 → 피스톤 일(work) → 구동력
• 그러나 실제로는 상당 부분이 배기열, 냉각 손실, 마찰 손실로 사라진다.
• 현대 하이브리드 PU는 그 손실 중 일부(운동에너지, 배기계 에너지)를 회수해 다시 추진력으로 돌린다.

그래서 2014년 이후 F1에서 “엔진이 몇 마력인가”만 묻는 질문은 절반만 맞다고 볼 수 있다. 더 본질적인 질문은 다음과 같다.

• 같은 연료 제한(유량/총량) 조건에서
• 회수 가능한 에너지를 얼마나 많이 회수하고
• 그 에너지를 언제(코너 탈출, 직선, 추월 방어/공격) 어떻게 배분해
• 실제 랩타임으로 바꾸느냐

이것이 파워유닛 개발의 현재형이라고 볼 수 있다.

 

환경규제와 환경 친화적인 시대를 맞이 하면서 F1 의 기술도 그에 맞춰서 발전 하고 변화해 가고 있는 과도기에 들어와 있는 시기라고 생각이 든다. FIA의 규제들이 간혹 의문을 들게 하는 부분들이 존재 하기는 하지만 그래도 거기에 맞춰 각 제조사들이 머신을 개발하고 만들어 내는 자체가 정말 대단하고 보는 재미를 느끼게 해준다. 가끔은 예전의 우렁찬 배기 사운드와 날것의 레이스가 그리울때도 있지만 최신 기술이 어떻게 장착 되어 구동 되어지는지, 그 기술들을 어떻게 팀전략에 맞게 사용하는지 보는 재미가 있는 근래의 F1 레이스라고 할 수 있겠다. 2026시즌은 많은 변화를 예고한 만큼 그 변화를 어떻게 적용해서 팀들간의 경쟁이 이루어질지 정말 궁금하고 기다려지는 시즌이라고 할 수 있겠다.