자동차 튜닝의 끝? 터보차저란 무엇인가 [자동차의 모든 것]

[시선뉴스 이호기자] 자동차의 튜닝 중 가장 궁극적인 튜닝이 바로 엔진이다. 엔진을 튜닝 할 때 흔히 들어본 것 중에 하나가 터보차저와 슈퍼차저 일 것이다. 이번 시간에는 터보차저와 슈퍼차저에 대해서 알아보도록 하자.

터보차저를 얘기하기 위해서는 우선 슈퍼차저에 대해서 알아야 한다. 터보차저라는 말이 터빈과 슈퍼차저의 합성어이기 때문이다.

엔진은 산소와 연료를 폭발시켜 피스톤 운동을 캠축 운동으로 변환 시키는 기기다. 때문에 출력과 토크(구동력)를 증가시키기 위한 가장 기본적인 전제는 “얼마나 많이 연소를 시킬 수 있느냐”다. 흡입되는 공기의 밀도가 높고 양이 많아지면 그만큼 많은 연료를 연소시켜 엔진의 출력과 토크도 커지게 된다.

흡기(공기를 흡입하는 것)과 배기(공기를 배출하는 것)계통과 연소실을 개선하여 조금이라도 많은 공기가 흡입되도록 하는 가장 손쉬운 방법은 공기를 강제적으로 압축하는 것으로 이것을 수행하는 엔진의 보조 장치가 과급기(過給機:Super charger)다.

슈퍼차저(Super Charger)는 여러 가지 타입이 있는데, 현재는 배기 터빈으로 과급기를 구동하는 터보차저(Turbo Charger)와 엔진 동력의 일부(크랭크샤프트의 회전)를 사용하여 과급기를 기계적으로 구동하는 기계 구동식 슈퍼차저가 주류를 이루고 있다.

터보차저(Turbo Charger)는 정식으로는 배기 터빈 구동식 과급기라 부르며, 엔진의 배기가스 에너지로 터빈을 구동, 그 회전력으로 동축의 원심 압축기(compressor)를 구동시켜 엔진의 실린더 내에 공급되는 공기를 대기압 이상의 압력으로 과급하여 출력 및 토크증가의 효과를 얻는 시스템이다.

작은 장치를 설치하는 것만으로 엔진의 출력이 대폭 증가하지만 엔진의 회전속도가 낮을 때는 배기 에너지가 적기 때문에 터빈의 회전속도를 순간적으로 높이는 것이 불가능하여 회전속도의 상승이 지연되는 경향이 있어 엑셀러레이터 페달을 밟아도 곧바로 회전속도가 상승되지 않아 엔진의 응답성이 나빠지는 경우가 있다.

바로 이것을 터보 래그(Turbo Lag)라 하는데, 래그(Lag)는 시간의 어긋남, 지연을 뜻한다. 최근에는 환경을 생각해서 엔진을 작게 만드는 것이 기술력 발전의 방향이다. 하지만 엔진이 작아진다는 의미는 출력이 낮아진다는 의미와 같아 이를 보충하기 위해 터보차저를 장착하는 것이 추세다. 하지만 터보래그가 이를 방해하는 요소가 되기 때문에 얼마나 터보래그를 잡느냐가 엔진의 완성도를 가르는 척도가 되고 있다.

이렇듯 중소형 차량의 엔진 크기를 작게 하기 위해서도 터보엔진이 도입이 되고 있지만, 기존의 차량의 출력과 토크를 증가시키기 위해서도 하는 작업이 터보를 기존 엔진에 장착하는 작업이다.

이 경우, 기존 엔진의 최적 세팅 범위를 벗어나기 때문에 엔진의 고온현상 등 부하가 올 수 있다. 특히 많은 연소량에 의한 고온현상을 완화시키기 위해 인터쿨러(inter cooler)라는 장치를 장착하는 것이 일반적이고 출발하기 전(예열)과 차의 운행을 마치고 시동을 끄기 전(후열) 워밍업 시간을 필요로 한다.

이 작업은 반드시 지켜야 하는데, 차를 출발시키기 위해 시동을 걸었을 때 터보차저까지 오일과 냉각수가 순환하는데 걸리는 시간이 보통 수 십초 정도가 걸린다. 그리고 약 70도 이상의 충분한 열에 도달하지 않고, 또 오일이 윤활되지 않은 상태에서 시동 후 바로 출발한다면(높은 RPM사용) 엔진에 큰 손상이 올 수 있다.  

또한 운행 후 차를 정지시키고 바로 시동을 끄게 되면 역시 터빈 휠의 열 변형이나 손상이 생길 수 있다. 엔진과 터빈 속에 아직도 고 압력으로 남아있는 가스가 갑자기 회전을 멈춘 터빈의 영향을 주기 때문이다.

따라서 운행을 마친 후 약 1분가량 시동을 끄지 않고 기다려주면 고압의 가스가 배출되고 터빈의 냉각도 충분히 이루어져 터보차저를 고장 없이 오래 유지할 수 있다.

터보가 아닌 차량도 시동을 걸고 바로 출발하는 것은 엔진에 좋지 않지만 터보 차량은 더욱 크게 작용하기 때문에 반드시 이를 지키며 운행을 하는 것이 엔진 수명에 도움이 된다.

차세대 엔진의 발전 방향으로 자리 잡고 있으며 자동차 튜닝을 좋아하는 마니아들의 꿈의 작업인 터보차저. 터보차저의 구동 원리와 사용법을 잘 알고 타는 것이 차의 효율과 수명에 많은 도움이 될 수 있을 것이다.

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