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엔진으로부터 보다 더 큰 출력을 얻기 위해서는, 연소실에서 보다 더 많은 연료를 공기와 혼합하여 연소시켜야 합니다. 이렇게 하려면은 실린더의 숫자를 늘이거나 실린더를 크게 만들어서 엔진의 배기량을 늘어야 합니다. 이보다 더 간단한 방법이 터보차져를 장착하는 방법입니다. 현재 우리나라에서 익숙하게 접할 수 있는 터보차져는 디젤엔진에 부착된 것입니다. 디젤엔진에서 터보차져는 엔진의 중량을 크게 증가시키지 않고 높은 출력을 얻게 할 뿐만 아니라 유해배기가스의 배출도 줄이는 기능을 합니다.
터보차져는 배출가스의 힘을 이용하여 터어빈을 돌리고, 터어빈이 회전함에 따라 이 터어빈의 회전축과 연결되어 있는 압축기도 회전하여, 엔진에 흡입되는 흡입공기를 압축함으로써 연소실에 더 많은 공기를 충진시킬 수 있게 합니다. 더 많은 공기가 연소실에 충진되었으므로, 이 공기에 연료를 분사시켜 연소시키면 엔진 1회전당 더 큰 출력을 얻을 수 있는 것입니다.
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Figure from www.egarrett.com |
위 그림에서 알 수 있듯이 연소실에서 연소된 배기가스는 터어빈의 날개를 회전시키고, 터어빈의 회전축과 연동된 압축기는 흡입공기를 압축시킵니다. 배기계에 있는 터어빈은 배기가스의 흐름을 방해하므로 다소 배압이 높아지지만, 압축공기의 흡입에 의한 출력증가로 보상됩니다. 압축기는 공기필터(Air Cleaner)와 흡기 매니폴드 사이에 있습니다. 터어빈에 있는 Wastegate는 터어빈에 과도한 압력이 걸리는 것을 방지하기 위한 안전용 밸브입니다.
한편 압축기를 통하여 흡입공기를 압축할 때 압축공기의 온도도 상승하므로, 공기밀도의 증대비율이 떨어져서 충진효율이 저하될 수 있으므로 이를 해결하기 위해서 압축공기를 냉각시키는 인터쿨러(Intercooler)를 장착한 엔진도 있습니다.
터보차져는 엔진의 출력을 30%정도 향상시키며 연료소모 측면에서도 유리하고 특히 배출가스저감에도 기여한다는 장점이 있는 반면에, 이를 장착하기 위해서는 보다 강건한 구조의 엔진을 설계해야만 합니다. |
