자동차용 인터쿨러 기술동향 및 전망

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4. 슈퍼차저(Super Changer)란? ···38 제3절 터보 인터쿨러엔진의 장점 ···41 제 4 장 업체의 적용동향 및 비교 ···47 제1절 다양한 엔진 종류 ···47 1. 밸브화(Multi-Valve Engine) ···47 2. 가변 흡기 시스템(Variable InductionSystem-VIS) ···48

3. 가변 밸브 타이밍 시스템(Variable Valve Timing System-VVT) ···49

4. 과급기(Charger System) ···49

5. 린 번(lean burn) ···51

6. 가솔린 직접분사엔진(GDI Gasoline Direct Injection) ···51

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<그림 4-19> SPL 대용량 라디에이터 ···68

<그림 4-20> 브리더 탱크 ···69

<그림 4-21> 커스텀 제작 대용량 알루미늄 라디에이터 ···70

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표 목 차

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<그림 1-9> 인터쿨러의 원리

<그림 1-9>에서 배기가스(빨간색 화살표)가 배출되면서 터빈홀을 회 전시키면 축의 반대편에 연결된 콤프레서 휠이 회전하면서 공기를 압 축하여 연소실내로 공급한다.

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<그림 1-12> 터보 엔진의 경량화

“드래그 레이스”나 “타임 어택” 그리고 “스포츠 드라이빙”을 비롯하여 가혹한 운전 조건들은 한 마디로 열과의 전쟁이다.

3. 터보자처와 인터쿨러의 비교

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<그림 1-16> 터보차저와 인터쿨러 동작원리

<그림 1-17> SUV 산타페차량의 인터쿨러

□ 터보인터쿨러

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□ 터보인터쿨러 엔진의 장점 100만km 무보링을 자랑하는 벤츠 특유의 내구성으로 인하여, 인터쿨 러 엔진의 기본이 되어 있다고 할 수 있다. 충분한 개발기간을 가지고 증가된 출력에 맞게 엔진의 각 부품류를 세팅했기 때문에, 아무리 격렬 한 드라이빙을 하더라도, 충분한 제 성능을 발휘한다. □ 출력증강

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저하현상이 거의 없습니다.

□ 연비개선

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터쿨러 엔진은 원래 항공기에 사용된 것으로, 공기가 희박해지는 높은 고도에서도 엔진 내부에 일정한 공기압을 유지해 주기 위해 개발된 것 을 자동차 엔진에 응용한 것이다. 터보 인터쿨러는 가압 후 고온이 된 공기를 인터쿨러에서 냉각시켜 공기 밀도를 크게 함으로써 실린더로 보급되는 흡입공기의 절대량을 늘려 엔진출력을 향상시키는 장치이다. 자연흡기 엔진에 비해 출력이 30% 가까이 향상되어 탁월한 동력성능을 발휘하며, 저속에서도 동일 출력을 내므로 엔진 수명이 오래가는 장점이 있다. 진동과 소음, 배기 가스 등이 감소되고, 연비 또한 좋아진다. □ 터보인터쿨러방식의 엔진은 자연흡기엔진에 두 가지 장치를 추가 한 것이다.(실제로는 많은 차이가 있다.)

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<그림 3-1> 터보차저의 단면도 2. 터보차저와 구성품 □ 임펠러(impeller) 흡입 쪽에 설치된 날개로서 공기를 실린더에 가압 시키는 역할을 한 다. 디젤 기관의 임펠러는 직선으로 배열된 레이디얼형(radial type, 고 속회전에 유리)이 사용되고 가솔린 기관의 임펠러는 나선형(spiral)으로 배열된 백워드형(backward type impeller, 저속회전에도 효율이 좋음)이 사용된다.

□ 터빈(Turbine)

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전하기 때문에 원심력에 대한 충분한 강성과 내열성이 있어야 한다. 엔진이 작동할 때 각 실린더의 배기 밸브를 통하여 배출되는 배기가 스는 터빈의 하우징 안에서 바깥 둘레로부터 터빈의 날개와 접촉되어 회전시키고 배기관을 통하여 배출된다. 이 때 흡입 쪽에 설치된 임펠러 가 동일 축에 설치되어 있기 때문에 회전하게 된다. □ 플로팅 베어링(floating bearing) 플로팅 베어링은 10,000∼15,000rpm정도로 회전하는 터빈 축을 지지 하는 베어링으로서 엔진으로부터 공급되는 오일로 충분히 윤활 되므로 하우징과 축 사이에서 자유롭게 회전할 수 있다. 주의할 점은 고속주행 직후 엔진을 정지시키면 플로팅 베어링에 오 일이 공급되지 않기 때문에 소결(stick)이 되는 경우가 있으므로 충분히 공회전하여 터보장치를 냉각시킨 후 엔진을 정지 시켜야 한다.

□ 과급 압력 조절기(super pressure relief) - Wastegate

과급 압력 조절기는 과급 압력이 규정 값 이상으로 상승되는 것을 방지하는 역할을 한다. 과급 압력을 조절하지 않게 되면 허용 압력 이 상으로 상승하여 기관이 파손되므로 과급 압력을 조절하여야 한다. 압 력을 조절하는 방법으로는 배기가스를 바이패스(by-pass)시키는 방법과 흡입되는 공기를 조절하는 방식이 있다.

가_{. 배기가스 바이패스 방식(exhaust gas by-pass type)}

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여 과급 압력 조절 액추에이터(actuator)에 의해서 배기가스를 바이패스 시키는 스윙 밸브식이 있다. 국내에서 사용하는 터보장치는 스윙 밸브 식을 사용하고 있다. 터보차저 wastegate의 작용-부스트압을 제한

나_{. 흡기 조절 방식(suction relief type)}

흡기 쪽에 릴리프 밸브(relief valve)를 설치하여 임펠러에 의해서 과 급된 흡입 공기가 규정 값 이상으로 상승하면 릴리프 밸브가 열려 과 급 공기를 대기 중으로 배출시켜 과급 압력 자체를 조절하여 실린더에 공급하는 방식이다. 이러한 방식의 경우 전자제어 방식으로 주로 사용 된다.

□ 노킹 방지 장치(knocking prevention system)

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보(twin-turbo) 엔진이라 한다.

4. 슈퍼차저(Super Changer)란?

슈퍼차저란 크랭크축의 회전을 이용하여 압축 공기를 엔진으로 보낸 다. 과거의 비행기에는 일반적으로 많이 이용되었다.

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<그림 3-5> 로-프레셔 트윈 터보 터보가 배기가스를 이용하여 공기를 압송하는데 비하여 크랭크축의 회전을 이용하여 공기를 보내는 것이 슈퍼차저이다. □ 종류별 슈퍼차저의 단점 ○ 루츠식(Roots Type) : 누에고치 모양의 로터가 서로 반대 방향으 로 회전하여 혼합기를 보낸다. ○ 리숄므식(Lysholm Type) : 나사선 모양의 로터 2개를 회전 시켜 혼합기를 보낸다. ○ G 래더식(G Lader Type) : 편심축을 회전 시켜 바깥 케이스와의 간극을 컨트롤하여 압축한다.

○ 압력파(Pressure Wave Type) : 배기가스의 힘을 이용하지만 압력 파와 배기가스의 속도 차이를 이용한다.

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○ 터보가 실용화 된 것은 제2차 세계대전 중 비행기에 사용된 것이 시작이지만 그 무렵에는 벌써 슈퍼차저가 실용화되어 일반 비행 기에 이용되고 있다. 슈퍼차저는 고도의 기술력을 필요로 하지 않 고 개발할 수 있었던 장치이다.

제 3 절 터보 인터쿨러엔진의 장점

인터쿨러(Intercooler)는 임펠러와 흡기 다기관 사이에 설치되어 과급 된 공기를 냉각시키는 역할을 한다. 임펠러에 의해서 과급 된 공기는 온도가 상승함과 동시에 공기 밀도의 증대 비율이 감소하여 노킹이 발 생되거나 충전 효율(charging efficiency)이 저하된다. 이러한 현상을 방 지하기 위하여 라디에이터와 비슷한 구조로 설계하여 주행 중에 받는 공기로 냉각시키는 공랭식과 냉각수를 이용하여 냉각시키는 수냉식이 있다.

□ 공냉식 인터쿨러(Air cooled Type Intercooler)

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<그림 4-2> 가변 흡기 시스템

3. 가변 밸브 타이밍 시스템(Variable Valve Timing System-VVT)

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이용하는 루트식이 있다. □ 슈퍼차저(super charger) : 엔진에서 기계적인 방식으로 동력을 인 출하여 압축기 구동. ○ 컴프레서를 사용하여 엔진에 흡입되는 혼합기의 압력을 높이는 장치의 총칭이다. ○ 컴프레서를 회전시키는데 엔진의 축출력을 이용하는 매커니컬 슈 퍼 차저와 배기가스의 압력을 이용하는 터보차저가 있으며 구조 에 따라서 원심형, 축류형, 용적형으로 분류된다. □ 일반적으로 메커니컬 슈퍼차저를 단순히 슈퍼 차저라고 하며, 맨 처음 레이싱카나 항공기 엔진용으로 개발되어 지금은 일반 자동차에도 사용되게 되었다. 과대한 공기를 공급하는 기계라고 하는데서 과급기라 고 부른다. 정확하게 표현하자면 기계구동 과급기라고 부른다.

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이 있다. 5. 린 번(lean burn) 희박 연소란 이론공연비보다 엷은 혼합기를 연소시키는 것으로 안정 된 희박 연소가 실현되면 배기가스의 정화와 저연비가 동시에 달성되 지만 엷은 혼합기는 착화성이 나쁘고, 연소 속도도 느리므로 연소가스 가 불안정하여 실화되기 쉽고 출력도 나오지 않는다. 희박 혼합기를 단시간에 안정한 상태로 연소시키기 위하여 흡기계통 의 기구나 연소실의 형상을 연구하여 적합한 와류를 발생시켜 연료 분 사시기가 가장 적합한 층상 흡기, 강력 점화 등에 따라 확실한 착화를 실시하는 방법이 개발되었다. 해결에 어려운 문제점은 Nox로서 이것은 가장 많은 이론 공연비보다 조금 큰쪽에 있고, 토크가 필요한 가속시나 고속 주행시 Nox가 많게 배출되는 것이다. 이러한 문제점들이 린번 엔진 개발상의 애로점이 되 어 있다.

6. 가솔린 직접분사엔진(GDI Gasoline Direct Injection)

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<그림 4-3> GDI 엔진

7. 전자제어식디젤엔진(ECD electronic controlled diesel)

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<그림 4-15> 커스텀 SPL 인터쿨러, 파이핑 킷

셋팅 방향에 따라 차종에 관계없이 최적의 레이아웃을 고려하여 인 터쿨러와 파이핑 킷을 커스텀 제작한다.

자_{. V 마운트}

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카_{. SPL 라디에이터}

<그림 4-18> SPL 라디에이터

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파_{. SPL 대용량 라디에이터}

<그림 4-19> SPL 대용량 라디에이터

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제 4 절 수냉식 인터쿨러 상용화

수냉식 인터쿨러, 성능은 높으면서 배가가스를 줄이고 연비는 개선된 다.

<그림 4-22> 수냉식 인터쿨러

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게 된다. 엔진 부분 과부하 시에도, 공기 밀도가 적어져 Throttle valve 가 크게 열리는 현상이 줄어든다. 따라서 엔진 Pumping 손실을 감소시 키게 된다.

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