자동차공학)디젤 엔진의 과급시스템 터보차저의 종류

일반적으로  과급기의 설계 목적은 가속 시이며, 엔진 부하가 적은 저회전 상태에서 가속페달을 밟을 때가 많다. 이 때문에 소량의 배기에서 터빈이 고회전하도록 소형화로 설계되고 있다. 그러나 터보과급의 영향은 고부하 영역에서 어느 정도 개선되지만, 저속 저부하에서는 터빈으로 유입가스 양이 적기 때문에 과급효과를 얻기가 어렵다. 이 때문에 가변터보차저(VGT), 시퀜셜 터보, 트윈터보, 하이브리드 터보 등이 개발되고 있으며 국산 자동차는 VGT가 주로 채용되고 있다.

1. 가변 터보차저

2. 시퀜셜 터보차저

3. 트윈 터보차저

4. 하이브리드 터보차저

 

1. 가변 터보차저

가변 터보차저(VGT, Variable Geometry Turbocharger)는 유입통로를 가변으로 할 수 있는 터보차저이다. 이것은 배기가스 양이 충분하지 않을 때 노즐(베인) 면적의 교축에 의하여 배출가스의 속도를 증가시켜 배기 터빈의 회수 에너지를 크게 한 것이다. 저속 토크 향상, 저속시의 흑연 배출량 저감, 가속성 개선 등을 꾀할 수 있다. VGT 시스템의 엔진 출력은 일반 터보차저에 비해 최대 출력이 약 10%, 최대 토크는 약 14% 향상되며 연료소비율은 일반 주행구간에서 약 8% 연비향상 효과가 발생하고 있다. 최근 우리나라에서 승용형 디젤이나 SUV 등에서 VGT표기는 VGT방식의 터보차저를 장착한 커먼레일(CRDi) 엔진을 뜻한다. 일반 터보차저는 배기가스에 따라서 수동적 기계식으로 터보가 작동되는데 비하여 VGT는 전자적으로 배기유로를 제어할 수 있는 특징이 있다.

 

2. 시퀜셜 터보차저

터보의 사용목적은 저속 회전력의 향상이므로 배기 통로가 작을수록 신속하게 반응한다. 그러나 고속에서 작은 지름의 통로에서는 배기량이 제한이 있게 되므로 효과가 떨어진다. 시퀜셜  터보차저(sequential turbocharger)는 소형과 대형의 터보를 따로 설치하여 저속에서는 소형, 고속에서는 대형 터보로 변환하여 사용할 수 있는 터보과급기이다.

 

3. 트윈 터보차저

이 형식은 2개의 소형 터보를 설치하고 배기간섭을 방지하기 위하여 배기관을 2개의 통로로 나누어 2개의 터보에 연결하여 작동하도록 한 것이다. 관성 모멘트는 지름의 제곱에 비례하므로 작은 지름의 터빈과 압축기를 사용하여 토크 개선을 꾀하고 있다. 응답성이 양호하고 부드러운 가속 느낌을 얻을 수 있다.

 

4. 하이브리드 터보차저

레이스용 자동차는 일반 자동차와는 반대로 고속영역에서 큰 토크(회전력)를 필요로 한다. 이런 차는 저속영역에서는 낮은 회전력이 되므로 저속용을 위한 별도의 과급기를 필요로 한다. 다른 2종류의 과급기(터보과급기+슈퍼과급기)가 설치되므로 설계 및 설치가 복잡하고 고가이므로 레이스용 등에 실험적으로 채용될 정도이다.