트윈 터보
같은 이름을 가진 경주마에 대해서는 트윈 터보 (말) 문서를 참고하십시오.트윈 터보(영어: Twin-turbo)는 2개의 터보차저가 나란히 작동하여 흡기 연료, 공기 혼합물을 압축하는 엔진이다. 가장 일반적인 레이아웃은 2개의 동일하거나 미러링된 터보차저를 병렬로 갖추고 있으며, 각각 독립적인 배관을 통해 V 엔진에서 생성된 배기 가스의 절반을 처리한다. 두 개의 터보차저는 일치하거나 크기가 다를 수 있다.
유형 및 조합
[편집]트윈 터보 설정에는 다음과 같은 3가지 터빈 설정 방식이 사용된다.
- 병렬 (Parallel)
- 순차 (Sequential)
- 직렬 (Series)
이들은 5가지 종류의 압축기 설정 방식에 적용될 수 있으며(이론적으로 15가지의 서로 다른 설정이 가능함), 방식은 다음과 같다.
- 컴파운드 압축기
- 단계별 컴파운드 압축기
- 단계별 순차 압축기
- 병렬 순차 압축기
- 병렬 압축기[1]
병렬
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병렬 구성에서는 크기가 같은 두 개의 터보차저가 각각 배기가스의 절반을 전달받는다.[2] 일부 설계에서는 각 터보차저에서 나온 흡기 압축 공기를 하나의 흡기 매니폴드로 합치기도 하며, 어떤 방식은 각 터보차저마다 별도의 흡기 매니폴드를 사용하기도 한다.
병렬 구성은 V6 엔진 및 V8 엔진에 적합한데, 이는 각 터보차저를 하나의 실린더 뱅크에 할당할 수 있어 필요한 배기 배관의 양을 줄일 수 있기 때문이다. 이 경우 각 터보차저는 독립적인 배기 매니폴드를 통해 배기가스를 공급받는다. 직렬 4기통 엔진 및 6기통 직렬 엔진의 경우, 두 터보차저를 하나의 배기 매니폴드에 장착할 수 있다.
병렬 트윈 터보를 사용하는 목적은 엔진에 단일 터보차저를 사용할 때보다 더 작은 터보차저를 사용할 수 있게 하여 터보 랙을 줄이는 것이다. 다중 실린더 뱅크(예: V 엔진 및 수평 엔진)를 가진 엔진에서 병렬 트윈 터보를 사용하면 배기 시스템을 단순화할 수도 있다.
순차
[편집]순차식 터보차저는 엔진이 저회전 영역에서는 하나의 터보차저를 사용하고, 고회전 영역에서는 두 번째 터보차저나 두 터보차저를 모두 사용하는 설정 방식이다. 이 시스템은 대형 터보차저가 낮은 RPM에서 충분한 부스트를 제공하지 못하는 한계를 극복하기 위한 것이다. 반대로 작은 터보는 낮은 RPM(배기가스의 운동 에너지가 적을 때)에서는 효과적이지만, 고회전 영역에서 필요한 만큼의 압축 공기를 공급하지 못한다. 따라서 순차식 터보차저 시스템은 고회전에서의 출력 저하 없이 터보 랙을 줄일 수 있는 방법을 제공한다.[4]
이 시스템은 엔진이 낮은 RPM에서 작동할 때는 작은 ("주") 터보차저가 활성화되어 부스트 임계값(효과적인 부스트가 제공되는 RPM)과 터보 랙을 줄이도록 구성된다. RPM이 증가함에 따라, 배기가스의 일부가 더 큰 ("보조") 터보차저로 전달되어 작동 속도에 도달하게 한다. 그 후 고회전 영역에서는 모든 배기가스가 보조 터보차저로 유도되어, 고RPM에서 엔진이 필요로 하는 부스트를 제공하게 된다.[5]
순차식 터보차저를 사용한 최초의 양산차는 1986년~1988년형 포르쉐 959로, 이 차는 6기통 수평 엔진에 순차식 트윈 터보를 사용하였다.[6][7]
직렬
[편집]직렬식 터보차저는 터보차저들이 직렬로 연결되어 첫 번째 터보차저의 출력이 두 번째 터보차저에 의해 추가로 압축되며, 어떤 경우에는 더 큰 터빈을 구동하는 방식이다.
직렬 터보는 단일 터보가 제공할 수 있는 것보다 더 높은 출력 압력이 필요한 시스템에서 유용할 수 있는데, 이를 흔히 컴파운드 트윈 터보 시스템이라고 부른다. 이 경우, 비슷한 크기의 터보차저 여러 대를 순차적으로 배치하여 지속적으로 작동시킨다. 첫 번째 터보는 초기 압축을 제공하고(예: 흡기 압력의 3배), 이후 터보들은 이전 단계에서 압축된 공기를 받아 추가로 압축한다(예: 흡기 압력의 3배를 추가하여 대기압의 9배 수준으로 부스트).
단계별 터보차징의 단점은 종종 많은 양의 터보 랙을 유발한다는 점이며,[8] 따라서 주로 급격한 엔진 회전수 변화가 필요하지 않은 피스톤 엔진 항공기 등에 사용된다. 항공기는 터보 랙이 주요 설계 고려 사항이 아니며, 고도가 높아 대기압이 낮기 때문에 매우 높은 압축비가 요구되는 환경이다. 고성능 디젤 엔진 또한 때때로 이 구성을 사용하는데,[9] 디젤 엔진은 노킹(조기 점화) 문제로부터 비교적 자유로워 높은 부스트 압력을 사용할 수 있기 때문이다.
같이 보기
[편집]각주
[편집]- ↑ “Toyota Supra MKIV : Types of Twin Turbo Setups”. 《mkiv.supras.org.nz》. 2021년 1월 17일에 확인함.
- ↑ “Twin-Turbocharging: How Does It Work?” (영어). 《www.carthrottle.com》. 2019년 10월 4일에 확인함.
- ↑ “Biturbo”. 《www.maserati.com》. 2019년 10월 5일에 확인함.
- ↑ Köhler, Mario (2017). 〈Volume 17〉 1판. Krafthand Medien GmbH. 《Turbochargers in the workshop technology, variants, troubleshooting》. 26쪽. ISBN 978-3-87441-158-5. OCLC 1014188198.
- ↑ “1997 Toyota Supra – Prime Sequence”. 《SuperStreetOnline》. 2010년 5월 27일. 2019년 10월 6일에 확인함.
- ↑ “Video – The Porsche 959 is a $1.5 Million Automotive Icon”. 《www.autotrader.com》. 2019년 10월 6일에 확인함.
- ↑ “Kimble Cutaway: Porsche 959” (영어). 《www.motor1.com》. 2019년 10월 6일에 확인함.
- ↑ “Twin-Turbocharging: How Does It Work?” (영어). 《www.carthrottle.com》. 2019년 10월 8일에 확인함.
- ↑ “Two Stage Serial Turbochargers for Diesel Engines”. 《www.garrettmotion.com》. 2019년 10월 8일에 확인함.