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내 자동차 코니는 터보차량이다.
그래서 오늘은 요즘 자동차에서 흔히 들을 수 있는 터보(터보차저)에 대해서 이야기 해볼까 한다.
사람들이 터보터보 하지만 정작 왜 터보인지는 모르는 경우가 많으니까. 그냥 터보=빠르다 정도로 생각하려나?
여하튼 오늘의 주제는 터보차저.
(벨로스터 TURBO엔진. 설명이 꽤나 건방지다 이길수 있는차도 별로 없는 주제에)
1. 터보의 역사.
2. 터보의 작동 원리.
3. 터보의 장단.
4. 터보 관리요령.
5. 끝으로
순으로 이야기 해볼까 하는데 꽤 긴 스크롤이 예상된다.
단순하게 알고 있던 원리에 대해서 블로깅 작업하면서 많은 공부가 되었고,
내 블로그에 들어오는 몇명이라도 이해를 도울 수 있었으면 좋겠다.
1. 터보의 역사.
터보차저는 1905년 스위스 알프레드J.뷔시히에 의해 발명된 것이 시초였다. 그후 1,2차 세계대전을 거치면서
미군이 군용항공기 엔진에 적용하므로써 성능을 발휘하게 되었고 발전하기 시작하였다.
공기의 밀도가 낮은 상공에서 비행하는 비행기의 특성상 공기를 압축해 넣어주는 터보차저는 당시에
더 높은 고도에서 비행을 하게 해준 일등 공신이었다. 이후 선박, 중장비, 트랙터, 기차등에 채용되었고
자동차에는 1938년 스위스 자우라제 디젤트럭에 터보를 장착한것이 역사적으로 자동차터보 제1호이다.
양산차에는 1950년대부터 개발시도가 점차 이루어졌다.
양산차중 가솔린엔진에 터보차저가 추가된 최초의 자동차는 1962년 올즈모빌 제트파이어 이고,
디젤 엔진에 추가된 최초의 모델은 1987년 벤츠의 300SD로 기록되고 있다.
국내에는 1997년 무쏘와 뉴코란도에 터보 인터쿨러가 달려나왔고 이후 모든 디젤SUV와 미니밴에 적용되었다.
그리고 요즘 나오는 디젤 승용에도 적용되고 있다. 다운사이징이 현실의 추세인 만큼 현재는 배기량을 줄이고
과급장치를 추가하는 터보구성을 모든 제조사에서 적용중이다.
2. 터보의 작동 원리.
우선 터보란 무엇인가에 대해서 이야기 해보도록 하자. 왠지 터보 이야기 하려고 하니 김종국 생각이나는 게 내 나이가
적지 않다라는 생각이 든다. 각설하고 터보란 무엇인가?
기본적인 개념은 자동차의 배기가스가 나가는 힘을 이용하여 출력을 향상시키는 개념으로 이해하면 된다.
배기가스는 피스톤의 관성으로 밖으로 배출되게 되는데 그때 열+운동에너지를 가지게 된다. 근데 이 에너지가
일반 자연흡기 차량에서는 버려지는 에너지지만 터보에서는 이 에너지로 터빈의날개를 돌리게 된다.
그렇게 터빈이 돌아가면 터빈은 신선한공기를 흡입해 엔진에 밀어넣게 되는 것이다. 이게 터보의 기본 원리이다.
연소의 3요소중 공기라는 산소공급체를 더 많이 밀어 넣게 되는 것이다.
위의 그림은 터보의 작동 원리를 이미지화 한것이다.
보통의 경우 엔진에 들어가는 공기의 양은 한정적이다. 대기압이 일정하고 엔진배기량의 크기가 한정되어 있기 때문이다.
엔진 배기량과 출력이 비례하는 것도 이 원리라고 볼 수 있다. 그러나 터보차저는 엔진에 공기를 압축시켜 넣음으로
더많은 양의 공기를 넣을 수 있게 되는 것이다. 더많은 공기와 더 많은 연료를 폭팔시키므로 강력한 출력을
낼 수 있고 보다 큰 배기량과 비슷한 출력도 가능하게 되는 것이다. 연료를 더 뿜음으로 연비가 떨어지기 마련이지만
배기량을 늘리는 것 보다 더 효율적이며 배기가스도 덜 배출되어 자연친화?적이라고 볼 수 있다.
3. 터보의 장단.
우선 단점을 예를 들어보자. 첫째로 엔진의 내구성을 들 수 있다.
터보차저는 강제?로 압축된 공기를 엔진으로 밀어 넣기 때문에 엔진의 피로도가 N/A엔진 보다는 높다.
또한 터빈의 회전수는 무려 10만-20만rpm에 육박하기에 열이 상당히 발생한다.
거기에 배기가스의 온도는 800-900도를 더했다고 생각해보라.
아무리 인터쿨러가 있다 하더라도 완전히 식힐수는 없으며, 열에의한 데미지를 받게 된다.
물론 이런 문제점은 대용량 인터쿨러설치나 압축비조절 블로우오프벨브나 웨이스트게이트등으로 보완할 수 있다.
두번째 문제점은 터보렉이다.
* 터보렉(Turbo lag)이란?
터보차저의 부품중 터빈은 엔진부품중 가장 빠르게 회전하는 부품이다. 터보차저가 적정 회전수에 도달하기까지 몇번의
엔진회전이 필요하게 된다. 이로 인해 저속에서(저알피엠) 급격한 엑셀 전개시 몇번의 엔진회전후 터보가 반응하게 되는데
이걸 터보렉이라고 한다.
터보렉은 터보차의 숙명?과 같은 것이지만 터보렉을 줄일 수 있는 방법중 하나인 트윈스크롤 터보라는 것이 있다.
(나의 벨텁 또한 트윈스크롤 터보 장착 차량이다.)
트윈스크롤터보는 이름상 두개의 터빈이 설치되어 있는 것처럼 보이지만? 실상은 입구가 두개인 터보라고 볼 수 있다.
쉽게 이야기해서 배기가스가 나오는 길이 두개라고 생각하면 된다.
엔진에서 나오는 배기가스는 각각의 실린더에서 나오기때문에 하나의 길에 고알피엠이라면 충돌하는 경우가 생긴다.
그걸 두개의 길로 만들어서 충돌을 억제시키고 운동에너지를 유지시키는 것이 트윈스크롤 터보이다.
거기에 두개의 길로 만들면서 길이 좁아지게 된다. 그결과 배기의 속도가 증가되어 터보렉도 줄어드는 효과가 있다.
아 참고로 트윈스크롤 터보도 터빈은 하나이므로 싱글터보로 분류된다.
세번째 문제점은 가격이다. 단순한 원리지만 자연흡기보다 부가적인 부품이 더 들어가기에 단가가 상승한다.
이제 터보의 단점은 그만이야기하고 장점에 대해서 이야기해보도록하자.
터보의 장점은 뭐니뭐니해도 큰 무게증가없이 출력을 비약적으로 상승시킨다는 점을 꼽을 수 있겠다.
상승된 출력과 낮은 배기량의 콜라보레이션은 출력대비 고연비의 효과를 실현한다.
또한 흡기실에 흡입공기량이 많아지므로 불완전 연소가 현격히 줄어들게 되고 이는 곧 유해물질 배출과 직결된다.
이말인 즉 기존보다는 자연친화적이라는 것이다. 또한 실용구간내의 토크 증가는 운전성의 상승도 가져온다.
4. 터보 관리요령
하나. 에어클리너 관리
터보차저의 특성상 공기흡입량이 일반 자연흡기엔진에 비하여 높으므로 공기를 걸러주는 에어클리너의
관리가 필요하다. 관리가 부족하면 터빈의 회전날개에 카본등 이물질이 누적될 수도 있다.
또한 흡기저항이 발생되어 출력이 저할 될수도 있으니 에어클리너는 세심하게 관리해야 한다.
보통 엔진오일 교환시기에 맞추어 같이 교환한다.(5~7천km)
그안에도 여유 있으면 한번씩 엔진룸을 열어서 에어크리너 상태를 점검해 보는것도 좋다.
둘. 엔진오일 관리
터보차저의 중앙부에도 오일이 공급된다. 그래서 고온의 터보차저에 오일이 공급이 안되거나 부족하면
곧바로 터빈의 날개가 손상을 입게 된다.. 그리고 하나 둘 먼곳으로..
여하튼 이러한 이유로 터보차량은 엔진오일 교환주기를 준수해주어야 한다.
셋. 예후열 하기.
뭐 필수라고 할수도 있고 없을 수도 있으나 나는 한다.
시동키고 담배 한까치 피우고 차에타고 도착해서도 담배한대 피우고 끈다.
요즘 신차 같은 경우에는 예열은 필수요소라고 할수 없겠으나 터보차저는 아직 필요하다는 생각이 든다.
예열까진 아니더라도 시동걸고 바로의 시점과 시동끄기 몇분전의 시점에선 서행을 하면서 엔진의 열을
올리거나 내리거나 하는 과정이 필요하다고 생각한다. 사람으로 따지면 준비운동과 마무리 운동 정도 되겠다.
특히 후열은 터보차저 특성상 상당한 고열이 발생하므로 엔진과 터빈의 온도를 낮추고 시동을 끌 것을 권장한다.
기계라는 것은 세심한 관리가 수명과 직결되기에..
(코니 엔진룸)
5. 끝으로
지금까지 대략적으로 터보차저에 대해서 생각해 보았다. 근데 괜히 한것 같다. 더 헷갈린다.
그냥 벨텁이 벨로스터보다 잘나가는 이유가 터보 때문인데 터보는 배기압을 이용한 거다 정도만 알아도
충분 한것 같다.. 하루종일 뭐한거냐 대체.
그래도 오늘 엔진사진 지겹게 봐서 좋았다.(남자라면 엔진룸 사진에 설레는거 아닌가?)
(젠쿱 2.0T 엔진룸)
6. 출처 및 사이트
1. 구글링
2. 다음 자동차
3. Nate 지식인
4. turbo1.kr
5. cozyroom.egloos.com
6. 네이버 자동차
7. 오토뷰