흡입공기 과급장치 (터보챠저,인터쿨러,VGT) ▶ 이번시간에는 흡입공기 과급장치에 관하여 말씀 드리겠습니다. -과급이란 내연기관의 연소용 공기를 압축하여 기관에 보내는 작용을 말하고 배기가스의 힘을 이용하여 과급하는 터보챠져와 과급된 공기를 냉각시키는 인터쿨러, 그리고 가변터보인 VGT에 대하여 말씀 드리겠습니다.

흡기사의 변천사 ▶ 엔진에 유입되는 흡입공기 유입의 변천사 입니다. - NA라는 자연흡기방식에서(드로틀 개도에 의한 공기유입) - TC라는 불리는 배기가스에 의한 과급방식으로 발전하였고, - TCI라는 과급된 공기를 냉각하여 충진효율을 상승시켰으며, - VGT라는 가변흡기 방식으로 과급하는 단계까지 발전 하였습니다. ▶이번시간에는 먼저 터보챠저에 대하여 알아보고, 다음은 인터쿨러를 그리고 마지막으로는 VGT까지 간단히 알아보겠습니다.

공기과급 흐름도 ▶ 먼저 터보챠져 입니다. ▶ 터보챠저의 원리를 간단히 말씀드리면, 공기과급 흐름도 ▶ 먼저 터보챠져 입니다. ▶ 터보챠저의 원리를 간단히 말씀드리면, -엔진의 출력을 증가시키려면 많은공기와 연료를 엔진으로 보내는 것이고, 그려려면 엔진의 배기량이 클수록 큰 힘을 발생시킬수가 있는것입니다. 그러나 동일한 엔진으로 힘을 증가시키려고 생각해 낸것이 과급입니다. 과급이란 많은 공기를 엔진으로 보내는 것을 말하고, 보내진 공기의 양에 걸맞는 연료를 공급하여 출력이 커지는 것입니다. ▶ 이처럼 엔진의 크기를 늘이지 않고 엔진의 힘을 증가시키기 위해 공기를 과급(過給) 시키는 방법을 터보챠져, 슈퍼챠져라 하는데, 배기가스의 힘으로 과급하는것을 터보챠져, 엔진 크랭크축의 힘을 이용하여 과급하는것을 슈퍼챠져라고 합니다.

터보챠져 외관도 ■ 터보챠져 외관도 흡입공기 배기 임펠러 (터빈) 배기가스 흡기 임펠러 (컴프레셔) To intake valve From exhaust valve 흡입공기 배기 임펠러 (터빈) ▷ 터보챠저를 분해한 외관도 입니다. ▷한 개의 축의 양끝에 두개의 날개를 설치되고 날개마다 케이스에 들어 있습니다. 두 날개중에 배기가스에 의해 회전되는 날개를 터빈 휠 이라 하고, 터빈휠에 연결된 한 개의 축에 의해 돌아가며 흡기를 압축하는 반대편의 날개를 콤프레셔 휠이라 합니다. ▷터빈휠은 고온의 배기가스에 의한 높은열에 견뎌야 하므로 내열성이 높은 소재로, 무거우면 잘 돌아가지 않으므로 가벼운 소재가 필요하여 니켈계의 특수 내열합금등이 사용되며, 고속으로 회전하는 각 휠의 샤프트는 고성능의 베어링으로 제작하고 충분한 윤활을 위한 엔진오일이 사용됩니다. 배기가스 흡기 임펠러 (컴프레셔)

터보챠져의 공기 충진효율 ▶ (AS주재원 참고용) 상기 그림은 엔진 회전속도의 증가에 따른 흡입공기량의 증가를 나타내고 있습니다. - 중앙의 검은색 선은 터보챠저를 장착하지 않은 차량의 흡입공기량 변화율로 드로틀밸브의 개도와 RPM의 증가에 따른 균일한 증가의 모습을 보이고 있으며, - 왼쪽의 붉은색 선은 터보챠저 작동시의 흡입공기 충진효율을 나타내는데, RPM의 변동에 따른 충진효율이 변동되며, 충진효율이 증가됨을 알수 있습니다.

웨스트게이트 밸브 - 터보챠져에서 매우 중요한 웨스트게이트밸브 입니다. ▷ 웨스트게이트 밸브는 터보챠져의 과급압이 일정압력 이상으로 상승시 엔진의 기계적 부하가 증대되거나 배기압력의 과대로 인한 터보챠져 내부의 손상등을 방지하기 위하여 배기가스를 바이패스시키는 기능을 합니다. ▷그림에서처럼 과급압 과대시 일부 과급압이 웨스트게이트 밸브를 밀게되고 그와 연동된 배기 바이패스 밸브도 밀리면서 배기가스의 일부가 터빈를 경유하지 않고 배출되어 과급압을 감소시키게 됩니다. ▷ 윗 그림처럼 작동하지 않고, 엔진 ECU 등에서 강제로 작동하는 경우도 있습니다.

♣인터쿨러의 기능 인터쿨러의 기능 【 인터쿨러 실차 장착 모습 】 과급된 공기를 냉각시켜 공기의 밀도를 높게 하여 ▶ 두번째로 인터쿨러에 대하여 알아보겠습니다. ▶인터쿨러란 터보챠져에 의해서 과급된 공기의 온도를 냉각시켜 주는 기능을 하는 장치를 말합니다. - 터보챠져에서 흡입공기를 과급하면 온도가 상승하고, 온도가 상승하면 공기가 팽창하여 흡기효율이 저하되며, 연소실로 유입시는 자연발화나 소음의 원인이 되기도 하므로 냉각하여야 합니다. 특히 디젤차량에서는 인터쿨러가 필수적입니다. (디젤은 공기를 압축후 연료를 분사하는 자연발화방식의 엔진이기에 그런것은 다 이시죠?) ♣인터쿨러의 기능 과급된 공기를 냉각시켜 공기의 밀도를 높게 하여 충진 효율을 증대시키는 기능 (디젤기관엔 필수)

인터쿨러 급기온도 그래프 - 인터쿨러 장착전과 장착후의 흡입공기 온도변화 입니다. - 3000rpm 으로 엔진 운전시 엔진 급기온도는 인터쿨러 장착전에는 100℃ 이던것이 인터쿨러 장착후에는 약 50℃로 온도가 내려가는것을 보여주고 있습니다.

인터쿨러 공기 흐름도 ▶ 그림에서 공기의 흐름을 보면 붉은빛을 띤 것은 공기의 온도가 상승한 모습을 말하고, 인터쿨러를 지난 공기는 어느정도 냉각되어진 모양을 알수 있지요. 그리되면 엔진의 흡입효율이 상승되어 엔진의 출력이 높아집니다.

인터쿨러 외관도 인터 쿨러 흡기 매니폴드 터보 챠저 - 그림은 터보챠저에서 과급된 공기가 인터쿨러에서 냉각된후 흡기 매니폴드로 유입되는 과정을 보여줍니다. 흡기 매니폴드 터보 챠저

터보와 인터쿨러 작동도 ■ Turbo Charger와 Intercooler의 작동 엔진 실린더 ▶배기가스의 힘으로 흡입공기를 압축하고 인터쿨러로 냉각후 엔진유입. 인터쿨러 압축공기경로 오일입구 배기가스 출구 바이패스 배브 터빈 휠 오일출구 콤프레사 휠 흡입공기 입구 엔진 실린더 엔진배기가스경로 ▶ 인터쿨러가 장착된 TCI(터보챠저인터쿨러)의 작동도 입니다. ▷그림에서처럼 엔진 배출가스의 힘을 이용하여 흡입공기를 과급하였는데, 과급된 공기의 온도가 증가되어(그림에서 붉은색) 공기의 팽창으로 인한 흡기효율이 저하되므로 인터쿨러를 통하게 하여 과급된 공기의 온도를 낮추어 흡기효율을 증가시켜 엔진의 출력을 높일수 있는 시스템 입니다.

VGT 의 개념 VGT (Variable Geometry Turbo Charger) = 가변 터보 ▶ 엔진 RPM의 변동에 따른 최적의 흡입공기 공급 세번째로 VGT에 대하여 알아보겠습니다. ▶VGT란 한마디로 말하면 “가변터보”라고 보면 됩니다. 엔진 ECU에 입력된 각종 입력요소들의 신호를 기준으로 연산하여 VGT 솔레노이드 밸브를 구동시켜 베인의 위상각을 변화시키는 것을 말합니다. ▷ 즉 엔진RPM의 변동에 따른 최적의 흡입공기를 엔진으로 보내주기 위하여 터보챠져 내부 터빈휠(배기가스와 닿는) 베인의 위상각(세우거나, 눕히거나)을 변화시키는 것을 말합니다. 방법 : 터보챠져 내부 터빈휠(베인) 위상각의 변화를 통한 터빈 회전수(컴프레서 회전수) 변화로 과급공기 증가함

VGT 작동원리 ▶그림은 VGT 작동모습을 보여주고 있습니다. 고속시에는 베인이 일어서면서 배기압을 감소시키는 기능을 하고 저속시에는 베인이 누워있으면서 배기압을 증가시킵니다. 결국 저속시는 엔진의 출력을 크게 향상시킬수 있는 기능을 합니다. - 고속시에는 엔진의 출력이 워낙 좋으니 흡기압 상승에 크게 영향을 받지 않는 이치와 같습니다.

엔진 회전수가 700rpm 이하 냉각수온이 약 0도 이하 EGR 관련 부분이 고장 VGT 엑츄에이터 고장 부스터 압력 센서 고장 흡입 공기량 센서 고장 스로틀 플랫 장치 고장 엑셀러레이터 페달 센서 고장 ▶ VGT 작동 금지 조건 들입니다. - 엔진RPM이 낮으면 터보에 무리가 올수 있고, 엔진이 위밍업전이나, 관련부품(EGR,VGT엑츄에이터,부스터압력센서, 흡입공기량센서,스로틀플랫장치, 악셀페달센서) 의 고장이 발생시는 ECU에서 VGT 작동을 시키지 않습니다.

터보챠져 주의사항 1. 처음 시동후 급 가속 금지 2. 주행후 정지시 약1~2분정도 워밍업후 시동 끌것 1. 처음 시동후 급 가속 금지 2. 주행후 정지시 약1~2분정도 워밍업후 시동 끌것 3. 엔진 오일의 교체 주기 준수 4. 엔진 오일을 규정량에 항시 맞출것 5. 메이커 추천 오일로 교체할것 6. 엔진을 과열 시키지 말것 ▶마지막으로 터보챠저 장착차량 운행시 주의사항 입니다. -처음 시동시 급가속하면 터보 및 엔진의 손상을 가져올수 있는데 그 이유는 시동후 엔진오일이 터보까지 공급되는 시간이 약 8초정도 걸리므로 윤활불량이 생길수 있기 때문입니다. -주행후 정지시 1~2분정도 워밍업후 시동을 OFF해야 하는데 그 이유는 엔진 작동시 터보의 온도가 상승하는데, 급격히 시동을 OFF시에는 터보 내부의 급격한 온도하강으로 인한 스러스트베어링의 손상이 예상되기 때문입니다. -엔진오일량을 규정으로 유지한채, 교체주기를 준수하며, 엔진의 과열을 방지하여야 합니다.