[스크랩] [펌 : enclean.com] 터보에 관한 상식

* 심장

우리들이 가장 관심있어 하는 부분의 한 부분이, 자동차를 사람으로 치자면 사람의 심장에 해당하는 엔진에 대한 분야일것입니다.

이 엔진의 출력을 이끌어내는 부분중 크게 나누어 차져튠, 캠튠 두가지 정도로 나눌수 있을것으로 봅니다.

 

차져튠은 흡기과급 터보튠이 가장 대표적이며,

 

캠튠은 흡배기캠샤프트등의 교체로 인한 하이캠튠이 대표적으로 꼽을수 있을듯 싶습니다.

 

 

* 흡배기의 기초적 이해

일반적으로 보통 시판되는 승용차의 엔진은 자연흡기(n/a)라고 합니다.

엔진시동후 엔진실린더에 흡기매니폴드로 혼합공기가 들어가는 원리는, 엔진의 4행정 사이클의 힘에 의해 관성회전하고 있는 크랭크샤프트와 연결된 컨넥팅로드, 이 컨넥팅 로드의 끝부분에 매달린 피스톤이 내려가는 힘에 의해, 실린더내의 압력이 대기압보다 낮아져, 열려있는 흡기밸브를 통하여 흡기매니폴드로부터 바깥쪽으로부터 실린더 안쪽으로 공기가 흘러들어오는것이고, 반대로 배기메니폴드로부터 배기가스가 나오고 하는것은 역시 관성의 힘에 의해 피스톤이 올라가는 힘에 의해, 실린더내의 압력이 대기압보다 증가하여 열려있는 배기밸브를 통하여 배기매니폴드로 밀려나가는 것입니다.

터보튠의 cc 비교

터빈의 개괄적 구조

 

배기가스가 지나가는 통로에 바람개비(임펠러라고 칭합니다)를 설치하여 배기가스로 그 바람개비를 돌리고, 그 바람개비가 같이 연결된 흡기매니폴드 앞쪽의 바람개비를 돌려 흡기공기를 강제적으로 엔진 실린더쪽으로 밀어넣는다하여 흡기과급이라는 표현을 쓰는것이지요.

 

 

* 터빈의 생성 압력

어느정도의 압력으로 흡기공기를 강제적으로 밀어넣느냐 하는 단위는 바(bar)라는 단위를 씁니다.

이 bar라는 단위를 우리들이 좀 더 쉽게 이해할수 있는 단위인 psi단위로 환산을 해보면, 일반적으로 승용차타이어에 넣는 압력을 35psi라고 칠때, bar로 환산을 한다면 2.4135bar가 됩니다. 보통 0.8bar를 사용하는 터빈을 장착한 차량이라면, 11psi의 압력을 강제적으로 흡기매니폴더에 밀어넣는 능력을 가진 터빈이라는 소립니다. 타이어 압력의 거의 1/3의 압력을 밀어넣는것이지요...

나중에 기회가 되신다면, 타이어 압력 게이지를 입으로 있는 힘껏 불어보세요.

압력게이지의 2psi라도 집어 넣을수 있는분이 과연 몇분이나 계실런지... ^^;

 

 

* 터빈의 관리

단점으로는, 이 터빈의 바람개비는 초당 몇만번씩 회전을 하는 고회전을 하는 관계로, 윤활 및 냉각에 신경을 써 줘야 하는데, 대개 터빈의 윤활은 엔진오일을 끌어다 쓰는 경우가 많습니다.그래서 엔진이 어느정도 열을 받기 전까진 터빈을 터트리지 않고 살살 몰고,(엔진오일도 윤활의 성능을 제대로 발휘하려면 적정온도가 필요합니다.) 정차한 후에도 엔진오일이 어느정도 냉각이 된후에 엔진을 멈추어야 하는등의 터빈의 윤활을 담당하는 터빈내의 오일등을 관리해 주어야 하는 불편함등이 있습니다...

이 단점들을 무시하고 그냥 막무가네로 엔진 시동을 걸자마자 터빈 부스트 압을 최대로 이끌어 쓰고, 다 사용한 후 제대로 관리치 않고 바로바로 시동을 꺼 버린다면, 터빈은 흡기바람개와 배기바람개비의 축등의 오일씰등이 상하여 유격이 생기게 되고, 이 틈으로 오일등이 빠져나와 실린더내로 유입되어 타게 돼면서 하얀 배기가스를 생성할수 있으며,(이 경우는 터빈을 완젼 분해하여 오일씰등을 교체하여 터빈을 살릴수는 있습니다.) 상태가 더욱 심해진다면 바람개비에 생긴 유격으로 인해 바람개비가 터빈벽과 뽀뽀를 하여 바람개비및 터빈자체가 상하여 터빈을 전시품으로밖에 사용치 못하게 되는 경우도 있습니다.

 

 

* 터보래그

보통...

터빈을 장착한 차량이라고 해도, 터빈이 작동하지 않는 상태에서는 보통 n/a차량과 같이 피스톤이 내려가는 힘에 의해 대기압보다 낮아진 실린더내의 압력차이에 의해 흡기매니폴드의 혼합기체를 끌어오고(흡기행정) 피스톤이 올라가는 힘에 의해 대기압보다 높아진 실린더내의 압력차이에 의해 배기매니폴드로 배기가스를 밀어내는 과정을 거칩니다(배기행정) 일반적으로 대기압을 0(zere)로 봤을때 진공도는 -의 압력을 가지는 것이지요 (이것을 체크하기 위하여 써지탱크내에 압력게이지를 설치하기도 합니다.)

그러나 엑셀레이터를 밟고, 터빈의 바람개비(임펠러)가 고회전을 하기 시작하여, 흡기관내에 공기를 강제적으로 밀어넣기 시작하면, 흡기관내의 압력은 -에서 0, +의 압력으로 변하여 강제적으로 밀어넣기 시작합니다. 바람개비의 크기가 클수로, 강제적으로 밀어넣는 압력의 최대치는 크게 가질수 있는 반면, 그 무거운 몸집을 초당 몇만번씩 회전시키기까지 소요시간이 걸립니다.

이 소요시간을 터보래그라 합니다.

=>엑셀레이터를 밝기 시작하여, 터빈이 작동을 하여 차량을 밀어주기까지 걸리는 시간.

 

스쿠프 초창기 모델에 장착된 터빈이 가렛 2.0대의 터빈이었습니다.

용량으로 치자면... 음... 마땅히 비교할만한 터빈이 생각나지 않는군요. 어째뜬 스쿠프 몸집에 비하면 좀 용량이 넘치는 그러한 터빈이었습니다. 국내에 마땅히 터빈이 장착된 차량을 운전해 본 경험이 있는 운전자가 별로 없던터에, 엑셀을 밟으면 한참 있다가 부우~~웅~!! 하면서 튀어나가는(터보래그로 인하여) 차량을 제어하지 못해, 커브길등의 논두렁에 뽀뽀를 하는 스쿠프 오너가 많이 생겼습니다. 그래서 신형 스쿠프는 터빈의 용량을 줄인 1.5터빈을 장착을 한 터보차량이 출시가 되었지요. 용량이 작아졌기 때문에(터빈의 반응속도는 그만큼 빨라집니다.) 엑셀을 밟으면 터빈이 터지는 시간도 바로 느낄수 있기에 운전자가 반응을 할수 있는 여건은 개선이 되어진 셈이지만, 대신에 구형터빈에 익숙해진 운전자라면, 터빈이 터진 이후에 지속적으로 밀어주지 못하는 느낌은...무언가 커다란 것을 잃어버린듯한 느낌이 많았기 때문에, 여러 스쿠프 오너는 신형스쿠프를 구입을 하면서, 구형에 장착되었던 터빈으로 교체하여 더 큰 터빈의 매력을 느끼는 운전자가 많았습니다.

터보를 장착한 외제차의 경우, 터빈이 두개가 달린 차량이 있습니다. 터빈한개는 저속용(용량이 작지요)이고, 나머지 한개는 고속용(용량이 큽니다). 그래서 저속에서는 저속용 터빈이 작동하고, 고속에선 고속용 터빈이 작동하여, 항상 터빈의 밀어주는 효과를 볼수가 있습니다.

 

 

* 블로우오프 밸브

 

가속페달을 밟아 한참 터빈내의 임펠러를 초당 수만번씩 회전시켜, 그 회전의 힘으로 억지로 흡기관내의 압력을 대기압보다 훨씬 커다란 압력을 생성시켜, 그 압력으로 실린더내에 어거지로 공기를 집어넣는 도중, 갑자기 가속페달을 놓는다면...?

배기가스의 속도는 갑자기 떨어질것이며, 그로인해 터빈내의 임펠러의 회전속도도 떨어지고,대기압보다 훨씬 커다란 압력을 유지하던 흡기관내의 압력은, 그 압력이 빠져나갈 곳을 찾다가, 결국은 그 압력을 만들어 줬던 터빈의 임펠러로 되돌아 옵니다.

이 얘기는, 고속으로 회전하고 있는 임펠러에, 맞바람식으로 태풍이 들이닥치고 있다고 보시면 됩니다. 그렇게 되면 고속으로 회전하고 있던 회전체인 임펠러에는, 커다란 스트레스가 쌓이게 되고, 그 스트레스에 의해, 임펠러 축과 오일씰등이 상할수 있는 요인이 되기도 합니다.

이를 방지하기 위한 부품이 블로우오프밸브입니다.

드래그 경기를 가까이에서 구경을 하다 보면, 터보차량이 질주를 할때, 변속을 할시마다 '췩~' '췩~'하고 침 뱉는 소리(?) 비슷한 소리를 냅니다.

이는, 변속을 위해 가속페달에서 발을 떼는 순간, 흡기관내에 생성되었던 높은 압력이, 흡기 임펠러를 강타하기 이전에, 그 중간에 설치된 블로우오프밸브를 통하여 압력이 빠져나가는 소리입니다.

 

 

* 배기온도 제어

일반적으로 터보튠을 시행하게 되면, 배기가스의 온도가 올라가게 됩니다. 이 배기가스가 올라간다는것은, 그만큼 엔진의 열이 많다는것을 의미하게 됩니다. 엔진에 적정 이상의 열을 많이 품게 된다는것은, 엔진엔 아주 치명적인 데미지를 입힐수 있는 요인이 될수 있으므로(노킹, 또는 심하면 피스톤이 녹아내림), 이 열을 제어하는것 또한 터보튠에서 시행되어야 할 한 요인이 됩니다.

대개, 배기가스가 지나는 배기매니폴드 중간에, 온도를 체크할수 있는 온도센서를 장착하고, 이 배기온도가 900-950(온도 범의는 정확치 않음...ㅡㅡ;)이상으로 올라가지 않게 제어를 합니다. 제어를 하는 가장 보편적인 방법으로는, 뭐가 있을까요...?

엔진에 더 많은 휘발유를 뿌려주는 것입니다.

휘발유는 액체에서 기체로 바뀔때, 주의의 열을 흡수하는 성질을 이용하는 것입니다. 그래서 흡기관내에 연료를 뿌릴수 있는 추가 인젝터를 장치하고, 배기온도를 측정하는 센서로부터 들어오는 데이터등을 가공하여 이 추가인젝터를 구동시킬수 있는 장치(음... 이름이 뭐드라...? ㅡㅡ;;;)가 작동하여, 배기온도가 올라가면 열을 떨어뜨리기 위해 그만큼 연료를 더 쏘아주는 시스템이 많이 활용이 됐었습니다.

 

 

* 인터쿨러

 

터보차량은, 일반차량보다 열이 많이 발생합니다. 그 많이 발생하는 열은, 위에 언급했다시피 추가인젝터등을 이용하여 엔진배기가스의 열을 제어한다고 한바 있습니다. 그리고 또 하나 열과 싸워야 할 부분이, 엔진에 공급되는 공기의 온도입니다. 엔진내부는 순정차량의 경우에도 엔진열로 인해 후끈해진 상태인데, 터보차량의 경우는 훨씬 더 많이 열에 노출이 되어 있습니다. 순정메니폴드보다 배기효율이 좋은 스테인레스 제품의 메니폴드로 교체를 하여, 그 발열성 때문에라도 더욱 후끈해질뿐 아니라, 순정차량의 공기흡입방식은, 그나마 외부쪽으로 향해있는 덕트를 통해서 끌어올수 있는 구조이지만, 흡기튠을 통해 오픈필터로 교체를 하여 엔진내부에 존재하는 공기를 흡입하게 되는 구조로 많이 변경이 되게 되어 있습니다. 공기가 뜨거워진다는 것은, 공기의 부피가 커진다는 말임과 동시에, 같은 체적에 들어가는 공기의 양이 줄어든다는 의미이기도 합니다. 폭팔의 3대요건이, 산소, 연료, 발화점. 이 세가지일진데, 같은 체적에 들어가는 공기의 양이 줄어든다면 당연히 산소의 양이 줄어들게 되어, 배기라인에 들어가 있는 산소센서로 배기가스를 검사하고, 들어가고 있는 산소량에 적당하게끔 연료를 쏴 주게 되어있는, 피드백 형식의 ecu 제어차량은, 공기가 뜨거워진다는것은 그만큼 엔진출력에 상당한 마이너스 효과를 동반하게 되는 현상을 일으키게 됩니다.

그래서, 이 흡입공기의 냉각의 필요성이 대두되게 됩니다. 이는 곧 인터쿨러라는 부품이 대체하게 되지요.

인터쿨러는, 보통 라디에이터, 에어컨 콘덴서와 비슷한 구조를 가지고 있습니다. 다른점이라고 한다면, 라디에이터에는 냉각수가 흐르고, 인터쿨러에는 공기가 흐른다는것이 틀린점이 되겠지요. 오픈필터로 흡입된 뜨거운 공기는, 터빈의 수만번씩 회전하는 임펠러로 인해 흡기라인쪽으로 과급이 되어집니다. 공기가 압축이 되면 더욱 더 뜨거워지는 성질이 있는바, 흡기라인안에 있는 공기는 훨씬 뜨거운 상태가 되어집니다.

이 흡기라인을, 차량의 전방(보통 라디에이터 앞쪽에 위치시킵니다.)쪽으로 라인을 잡아서 인터쿨러로 보냅니다. 인터쿨러는 안쪽에 흡기라인의 뜨거운 공기를 흐르게 하고, 바깥쪽에 상대적으로 차가운 바깥공기와 마주치게 하여 흡기라인의 공기를 식힙니다.

이 식혀진 공기는 흡기매니폴드를 통하여 실린더로 들어가게 되지요. 들어가기 전의 공기의 온도와, 나온후의 공기의 온도는 상당한 변화가 있습니다.

이 차가워진 공기를 가지고 폭발을 일으켜 엔진의 출력을 최대한 끌어올리는것이 인터쿨러의 역활입니다.

여기에서 한가지 유념해 두어야 할것은, 되도록이면, 가능하면, 터빈에서 인터쿨러, 인터쿨러에서 흡기매니폴드까지의 배관의 길이는 최대한 짧게 레이아웃을 잡는것이 좋습니다.

왜냐하면, 배관의 길이가 길어진다는 것은, 그만큼 면적이 넓어진다는 의미이며, 이는 곧 터빈이 작동하여 압축공기가 실린더로 들어가 터보가 터질때까지의 시간(즉, 터보래그)이 길어진다는 의미가 되기 때문에,가능하면 짧은 길이의 배관 레이아웃설계가 필요하겠지요.

출처 : 사브오너스클럽

글쓴이 : 최봉영[경남]유진파 원글보기

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