과급장치 - 대구신문

엔진 배기량 늘리지 않고 출력향상
연소효율 증가…엔진소음 저감 효과

자동차 엔진에서 연소란 공기와 연료를 화학반응을 일으켜 열에너지를 생산해 자동차를 구동하는 일에너지를 발생하게 하는 것으로 엔진의 실린더내로 많은 양의 공기와 연료를 공급하면 그만큼 높은 출력과 회전력을 발생시킬 수 있다.

따라서 출력향상을 위해서는 실린더 용량과 기통수와 연관된 배기량을 늘려야 하므로 엔진의 대형화가 불가피하다. 그렇지만 과급장치는 엔진의 배기량을 늘리지 않고 출력향상을 할 수 있는 장치이다.

과급장치(Turbo-charger)는 배기량이 일정한 상태에서 연소실에 강제적으로 많은 공기를 공급해 엔진의 흡입효율을 높이고 출력과 회전력을 증가시키는 장치이다.

이러한 과급장치는 배기가스의 압력을 이용해 구동하는 배기가스식 과급장치와 엔진의 크랭크축의 회전력을 이용하는 기계식 과급장치가 있으나 배기가스식이 보편적으로 많이 사용된다.

배기가스식의 작동원리는 엔진이 연소하면서 발생되는 배기가스의 배출압력을 이용하는 것으로 배기가스가 배출되는 통로에 터빈날개를 설치해 배압에 의해서 얻어지는 터빈의 회전을 터빈축과 연결된 압축기의 압축날개를 흡입통로에 설치해 흡입공기를 압축해 공급하므로서 압축온도를 높여 연소가 쉽게 이루어지도록 한다.

또한 과급기에 의해서 가압된 흡입공기가 연소실로 가기 전에 압축이 되므로 공기의 온도상승에 따른 팽창으로 연소실에 공급되는 공기의 밀도가 낮아지기 때문에 통로 중간에 인터쿨러라는 공기냉각기를 설치해 공기의 밀도를 크게 해 공기의 양을 증가시킨다.

이 방식은 과급되는 압력을 제어하는 방식에 따라 웨스트게이트 터보방식(WGT)와 가변용량 터보방식(VGT)로 구분한다.

과급장치를 장착하면 1천200rpm이하의 저속에서는 배기가스의 압력이 낮아 과급이 이뤄지지 않거나 시간지연으로 인한 엔진회전력이 낮을 수 있으나, 중·고속 영역에서 출력이 증가하고 가속성이 좋아진다.

또한 과급에 의한 흡입공기는 연소실내의 충전 효율이 높아지고 연료소비율이 낮아지며, 연소효율이 증가해 엔진소음과 배출가스의 저감 효과가 있다.

그렇지만 과급장치는 연소의 특성상 보편적으로 가솔린엔진보다는 디젤엔진에 장착이 돼 출력을 향상시키는 장치라고 할 수 있다.

<제공: 김연수 교수 한국폴리텍대학 달성캠퍼스 자동차학과(자동차정비기능장)>

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