터보 차저 란? - 유형 및 작동 방식

터보차저란?

터보로 알려진 터보차저는 연소실에 추가 압축 공기를 강제로 공급하여 내연 기관의 성능을 향상시키는 터빈 구동 강제 유도 장치입니다.

자연 흡기 엔진의 성능에 비해 이러한 개선은 압축기가 대기압 단독보다 더 많은 공기와 그에 비례하여 연소실로 더 많은 연료를 밀어넣을 수 있기 때문입니다.

터보차저는 차량 엔진에 부착되어 전반적인 효율을 높이고 성능을 향상시키도록 설계된 장치입니다. 이러한 이유로 많은 자동차 제조업체는 트럭, 자동차, 기차, 항공기 및 건설 기계 엔진에 터보차저를 선택합니다. 그들은 오토 사이클 및 디젤 내연 기관에 가장 일반적으로 사용됩니다.

 

누가 터보차저를 발명했을까?

Alfred Buchi라는 스위스 엔지니어는 1905년 디젤 엔진의 성능을 향상시키기 위해 터보차저 설계를 처음 개발했습니다.

 

추가 전력을 얼마나 얻을 수 있을까?

이것은 모든 전송의 질문이며 불행히도 쉬운 대답은 없습니다. 일반 터보차저는 네트워크 애호가에게 표준 제품보다 약 20~40% 더 많은 전력을 제공합니다.

그러나 추가 출력의 양은 터보차저의 크기, 엔진 내부 부품의 변경 사항, 사용 중인 연료 유형, 터보차저의 ECU 등 다양한 변수에 따라 다릅니다. 사용된 설정. 자동차의 수익이 달라집니다.

 

터보차저는 어떻게 작동합니까?

터보차저는 강제 유도를 통해 엔진이 더 많은 출력과 토크를 생성하도록 돕는 시스템입니다. 기본적으로 터보는 공기를 빨아들여 냉각시킨 다음 표준 흡기 포트보다 더 많이 엔진에 힘을 공급합니다.

자동차의 터보차저는 피스톤 엔진과 매우 유사한 원리를 사용합니다. 배기 가스를 사용하여 터빈을 구동합니다. 이것은 여분의 공기(및 산소)를 실린더로 밀어 넣는 공기 압축기를 회전시켜 매초 더 많은 연료를 태울 수 있습니다.

 

▷ 차가운 공기는 엔진의 공기 흡입구로 들어가 압축기로 향합니다.
▷ 압축기 팬은 공기를 흡입하는 데 도움이 됩니다.
▷ 압축기는 들어오는 공기를 짜내고 가열하고 다시 불어냅니다.
▷ 압축기에서 나온 뜨거운 압축 공기는 열교환기를 통과하여 냉각됩니다.
▷ 냉각된 압축 공기는 실린더의 공기 흡입구로 들어갑니다. 여분의 산소는 실린더의 연료를 더 빠른 속도로 연소시키는 데 도움이 됩니다.
▷ 실린더는 더 많은 연료를 연소하기 때문에 더 빨리 에너지를 생산하고 피스톤, 샤프트 및 기어를 통해 휠에 더 많은 동력을 전달할 수 있습니다.
▷ 실린더의 배기 가스는 배출구를 통해 나옵니다.
▷ 터빈 팬을 지나 불어오는 뜨거운 배기 가스는 터빈 팬을 고속으로 회전시킵니다.
▷ 회전하는 터빈은 압축기와 동일한 샤프트에 장착됩니다. 따라서 터빈이 회전하면 압축기도 회전합니다.
▷ 배기 가스는 자동차를 떠나 다른 방법보다 에너지를 덜 낭비합니다.

 

터보차저의 부품

1. 터빈
터빈 휠과 터빈 하우징으로 구성된 터보차저 터빈은 엔진 배기 가스를 기계 에너지로 변환하여 압축기를 구동합니다. 이 압력 강하는 터빈 휠을 구동하기 위해 터빈에 의해 운동 에너지로 변환됩니다. 터빈에는 축류와 방사류의 두 가지 주요 유형이 있습니다.

2. 베어링.
터보차저 베어링 시스템은 단순해 보이지만 여러 중요한 기능에서 핵심적인 역할을 합니다. 가장 중요한 것 중 일부는 샤프트와 휠의 반경 방향 및 축 방향 움직임을 제어하고 베어링 시스템의 마찰 손실을 최소화하는 것입니다.

3. 압축기
압축기 휠은 터보차저에서 가장 많이 논의되는 부품 중 하나입니다. 터빈과 마찬가지로 압축기 섹션은 압축기 휠과 압축기 덮개의 두 가지 주요 구성 요소로 구성됩니다. 압축기의 역할은 말 그대로 신선한 공기를 압축하여 스로틀 바디로 보내는 것입니다.

4. 센터 하우징/회전 어셈블리(CHRA)
CHRA에 잉크가 부족하지는 않지만 터보차저 어셈블리에서 가장 중요한 부품 중 하나입니다. 실제로 CHRA는 두 하우징의 장착 지점 역할을 하며 터빈의 열과 스트레스를 처리하는 데 필수적인 재료로 만들어져야 합니다.

5. 인터쿨러
터보차저가 공기를 압축한다는 것을 이해하면 인터쿨러가 왜 중요한지 쉽게 알 수 있습니다. 수학을 너무 많이 하지 않고(이상 기체 법칙에 대해 다시 이야기하고 있습니다), 압력이 증가함에 따라 설정된 부피 내에서 열이 생성된다고 가정해 보겠습니다.

6. 웨이스트게이트
웨이스트 게이트는 단순히 배기 가스가 터빈 하우징의 입구에 도달하기 전에 배출하는 장치입니다.

7. 블로우오프 밸브
릴리프 밸브는 기본적으로 터보 시스템의 압축기 측에 장착되는 압력 릴리프 밸브입니다. 그 역할은 말 그대로 스로틀 블레이드가 닫힐 때 시스템에 갇힌 과도한 부스트 압력을 해제하는 것입니다.

8. 배관 및 매니폴드
배관은 아마도 대부분의 팬이 터보 시스템을 구축할 때 마지막으로 고려하는 것입니다. 그러나 최적의 성능을 보장하려면 적절한 적용과 크기 조정이 필수적입니다. 일반적인 터보차저 시스템에서 배관은 매니폴드, 고온측 및 저온측의 세 가지 개별 섹션으로 나눌 수 있습니다.
극단적인 온도 변화, 놀라운 배압 및 높은 부하를 처리하는 터보 매니폴드는 이러한 영역을 터보 시스템에서 문제를 겪을 가능성이 가장 높은 영역 중 하나로 만듭니다. 품종이 날마다 견뎌야 하는 극한을 이해하려면 약간의 성능을 포기하더라도 장수와 강인함을 바탕으로 품종을 개발하는 것이 가장 좋습니다.

9. 핫 사이드 배관
실제 배기 가스의 이동과 관련된 모든 배관(터보차저로 또는 터보차저에서 나오는)은 일반적으로 핫 사이드 배관이라고 합니다. 배기 가스가 터빈 케이싱으로 전달될 때 발생하는 극심한 열로 인해 여기에 강한 재료를 사용하는 것이 중요하며 스테인리스 스틸은 많은 제조업체에서 선택하는 재료입니다.

10. 콜드 사이드 배관
터보 키트의 "차가운 쪽"은 터보차저에서 스로틀 바디로 압축 공기를 이동하는 것과 관련된 모든 배관을 나타냅니다. 인터쿨러를 설치하는 경우, 인터쿨러도 콜드 사이드의 일부이며 모든 것이 작동하려면 올바르게 배관해야 합니다.

 

터보차저의 종류

1. 싱글 터보
단일 터보 차저는 대부분의 사람들이 터보라고 생각하는 것입니다. 터보 요소의 크기가 다르기 때문에 완전히 다른 토크 특성을 얻을 수 있습니다. 대형 터보는 더 높은 수준의 최고급 출력을 제공하는 반면 소형 터보는 더 빠르게 스풀링하고 더 나은 저급 출력을 제공할 수 있습니다.
그들은 엔진 출력과 효율성을 증가시키는 저렴한 방법이며 결과적으로 점점 인기를 얻고 있습니다. 그들은 더 작은 무게로 더 큰 자연 흡기 엔진과 동일한 출력을 생성함으로써 더 작은 엔진이 효율성을 높일 수 있도록 합니다.
그러나 일반적으로 좁은 RPM 범위에서 가장 잘 작동하며 터보가 최고 RPM 범위 내에서 작동하기 시작할 때까지 운전자는 종종 "터보 지연"을 경험합니다.

2. 트윈 터보
이름에서 알 수 있듯이 트윈 터보는 엔진에 두 번째 터보차저를 추가하는 것을 의미합니다. V6 또는 V8 엔진의 경우 각 실린더 뱅크에 단일 터보를 할당하여 이를 수행할 수 있습니다.
대안으로, 저속에서는 더 작은 터보를, 더 높은 속도에서는 더 큰 터보를 사용할 수 있습니다. 이 두 번째 구성(이중 순차 터보차저로 알려짐)은 더 넓은 속도 범위를 허용하고 저속에서 더 나은 토크를 제공하지만(터보 지연 감소) 고속에서도 동력을 제공합니다. 당연히 2개의 터보가 있으면 상당한 복잡성과 관련 비용이 추가됩니다.

3. 트윈 스크롤 터보
트윈 스크롤 터보차저는 올바른 엔진 실린더를 각 스크롤에 연결하는 분할 흡입구 및 배기 매니폴드가 있는 터빈 하우징이 필요합니다. 독립적으로. 예를 들어, 4기통 엔진(1-3-4-2 발사 순서)에서 실린더 1과 4는 터보의 한 스크롤에 공급될 수 있는 반면 실린더 2와 3은 별도의 스크롤에 공급될 수 있습니다.
이러한 배열을 통해 배기 에너지가 터보에 보다 효율적으로 전달되어 각 실린더에 더 밀도가 높고 깨끗한 공기가 생성됩니다. 더 많은 에너지가 배기 터빈으로 보내지며 이는 더 많은 전력을 의미합니다. 다시 말하지만, 복잡한 터빈 하우징, 배기 매니폴드 및 터보를 필요로 하는 시스템의 복잡성을 처리하기 위한 비용 패널티가 있습니다.

4. 가변 지오메트리 터보차저(VGT)
일반적으로 VGT는 터빈 입구의 터빈 하우징에 공기역학적으로 형성된 베인 링을 포함합니다. 승용차 및 경 상용차용 터보에서 이러한 베인은 회전하여 가스 소용돌이 각도와 단면적을 변경합니다.
이 내부 베인은 엔진 속도에 맞게 터보 면적 대 반경(A/R) 비율을 변경하여 최고의 성능을 제공합니다. 낮은 RPM에서 낮은 A/R 비율은 배기 속도를 높여 터보가 빠르게 스풀업되도록 합니다. 더 높은 속도에서는 A/R 비율이 증가하여 공기 흐름이 증가합니다. 그 결과 터보 지연을 줄이고 넓고 균일한 토크 대역을 제공하는 낮은 충전 임계값이 생성됩니다.
VGT는 일반적으로 배기 가스가 더 낮은 온도에 있는 디젤 엔진에 사용되는 반면 VGT는 비용과 이국적인 재료로 구성 요소를 만들어야 하는 요구 사항으로 인해 가솔린 엔진 응용 분야에서 제한적이었습니다.
배기 가스의 고온은 손상을 방지하기 위해 베인이 이국적인 내열성 재료로 만들어져야 함을 의미합니다. 이것은 고급 고성능 엔진 응용 프로그램에 대한 사용을 제한했습니다.

5. 가변 트윈 스크롤 터보차저(VTS)
이름에서 알 수 있듯이 VTS 터보차저는 트윈 스크롤 터보와 가변 지오메트리가 있는 터보의 장점을 결합합니다. 이것은 배기 공기의 흐름을 하나의 스크롤로 전환할 수 있는 밸브를 사용하여 수행되거나 밸브가 열리는 양을 변경하여 배기 가스를 두 스크롤로 분할할 수 있습니다.
VTS 터보차저 설계는 VGT 터보에 대한 더 저렴하고 강력한 대안을 제공하므로 가솔린 엔진 애플리케이션에 실행 가능한 옵션입니다.

6. 전기 터보차저
전기 터보차저는 터보 지연을 제거하고 기존 터보차저가 가장 효율적이지 않은 낮은 엔진 속도에서 일반 터보차저를 지원하는 데 사용됩니다. 이는 배기량의 출력이 터보를 작동하기에 충분히 높을 때까지 터보 압축기를 처음부터 회전시키는 전기 모터를 추가함으로써 달성됩니다.
이 접근 방식은 터보 지연을 과거의 것으로 만들고 터보가 효율적으로 작동하는 속도 범위를 크게 증가시킵니다. 여태까지는 그런대로 잘됐다. 전자식 터보가 기존 터보차저의 모든 부정적인 특성에 대한 답인 것 같지만 몇 가지 단점이 있습니다.
전기 모터를 수용하고 전원을 공급해야 하고 안정성 문제를 방지하기 위해 냉각되어야 하기 때문에 대부분은 비용과 복잡성에 관한 것입니다.