터보차저는 과급기라고도 불리는데 압축한 공기를 엔진에 보내서 자동차의 성능을 끌어올립니다.
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과급기
실린더에 용ㅇ량 이상의 공기를 집어넣으면 그만큼 많은 연료를 태울수 있어 출력을 높일 수 있습니다. 이것을 과급이라고 하며, 과급하는 장치를 과급기라고 합니다. 과급기에는 여러 종류가 있는데, 가장 많이 사용하는 것이 바로 터보차저입니다.
터보차저
터보차저의 경우, 양끝에 날개차를 단 회전축을 사용해 한쪽 날개차를 배기 경로에 배치하고 다른 쪽 날개차를 흡기 경로에 배치합니다. 이렇게 하면 날개차가 돌아갈 때 배기의 기세 때문에 흡기 경로의 날개차도 같이 회전해 흡기를 압축하며, 이에 따라 실린더 용량보다 많은 공기가 흡기됩니다.
다만 압축을 하면 공기 온도가 상승해 팽창하려 하기 때문에 라디에이터와 유사한 방열기인 인터쿨러로 흡기를 냉각합니다. 터보차저는 배기 손실이 일어나는 배기의 기세를 이용하기 때문에 효율이 높습니다. 그러나 습기의 압축 능력을 높이면 배기의 흐름이 나빠져 배압 또한 높아지기 때문에 엔진 성능이 저하됩니다. 그리고 과급이 과도하면 압축비가 높아져 이상 연소가 일어날 수도 있습니다.
과거에는 출력 향상을 위해서 스포츠카에 과급기를 장착하는 경우가 많았는데, 현재는 소형 경량화한 엔진의 연비를 높이기 위해 과급기를 이용합니다. 보통은 총배기량에 충분한 여유가 있도록 엔진을 만들기 때문에, 정속 주행을 할 경우 실린더 용적에 비해 연료가 적어 연소에 어려움이 따릅니다.
엔진 다운사이징
게다가 엔진 자체도 크고 무거워져 펌프 손실이나 마찰 손실도 큽니다. 그래서 과급기를 활용하는 것입니다. 정속 주행에 알맞은 총배기량으로 엔진을 소형 경량화하고, 급발진이나 급가속 등을 할 때는 과급을 실시해 출력을 높이는 방법으로 대응합니다. 이런 설계를 엔진 다운사이징이라고 합니다.
터보차저의 원리
- 인터쿨러 : 압축되어 온도가 상승한 흡기를 식히는 방열기
- 컴프레서 휠 : 터빈 휠의 회전이 전달되어 흡기를 압축하는 날개차
- 터빈 휠 : 배기가스의 유동량으로 돌아가는 날개차
과급 압력의 제어
흡기의 알력이 지나치게 높아지면 웨이스트 게이트 밸브가 열려서 배기가 바이패스 경로를 지나갑니다. 이를 통해 터빈휠의 회전을 억제하고 안전성을 높힙니다.
오일과 플루이드
자동차에는 엔진 오일 이외에도 다양한 장치에서 오일 같은 액체를 사용합니다. 조금 연배가 있는 독자라면 브레이크 오일이나 자동 변속기 오일을 떠올릴 터인데, 물론 이렇게 말해도 문제 없이 통용되지만 현재는 각각 브레이크 플루이드와 자동 변속기 플루이드라고 말하는 경우가 많습니다.
플루이드
사용하는 액체에 따라 달라진 것은 아니지만 용도에 따라 호칭이 바뀌고 있습니다. 주로 윤활이 목적인 액체는 오일, 유압의 전달 등이 목적인 액체는 플루이드라고 합니다. 플루이드에는 그 밖에도 파워 스티어링 플루이드나 CVT 플루이드가 있습니다. 참고로 ATF나 CVTF는 윤활에도 사용하지만 유입의 전달이 주목적이기 때문에 플루이드라고 합니다.
같은 변속기라도 수동 변속기의 경우는 윤활에만 사용하기 때문에 트랜스미션 오일이나 기어오일이라고 합니다.
동력 전달 장치
엔진의 회전을 바퀴에 전달하는 시스템을 동력 전달 장치라고 합니다. 동력 전달 장치는 엔진의 회전을 주행에 최적인 토크나 회전수로 바꾸는 변속기를 중심으로 부드럽게 코너를 돌기 위한 디퍼렌셜 기어, 최종적인 감속을 하는 파이널 기어, 이들 장치 사이에서 회전을 전달하는 축 등으로 구성되어 있습니다.
엔진의 크랭크축이 동력 전달 장치를 통해 항상 바퀴와 연결되어 있으면 부담이 너무 커서 스타터 모터로 시동을 걸 수 없습니다. 또 수동 변속기의 경우, 엔진의 회전이 변속기에 전달되고 있는 상태에서는 톱니바퀴의 조합을 바꿀 수가 없습니다. 그래서 엔진과 변속기 사이에 클러치라고 부르는 단속 기구가 필요합니다. 변속기의 종류에 따라 사용하는 클러치가 다르며, 변속기에 내장하는 경우도 있습니다.
사륜구동 이륜구동
내바퀴로 구동하는 사륜구동과 앞바퀴나 뒷바쿠로 구동하는 이륜구동이 있는데 후자가 일반적입니다. 이륜구동의 경우, 엔진의 배치까지 고려한 구동 방식을 명칭으로 쓸 때가 많습니다 엔진을 차량의 전방에 배치하고 전륜구동을 하는 방식을 FF, ㅇ역시 엔진을 차량의 전방에 배치하지만 후륜구동을 하는 방식을 FR 이라고 합니다.
FR 대 FF
FR은 차량의 전후 중량 배분이 훌륭해 운동 성능이 높고 조정하기가 용이하지만, 변속기나 차량 후방에 회전을 전달하는 축이 차내 공간을 많이 차지합니다. 그리고 차량의 중량도 무거워지기 쉽습니다. FF의 경우, 차내 공간이 넓고 차량의 중량도 억제하기 용이하다는 장점 때문에 현재 주류고 자리 잡았습니다. 하지만 중량 배분이 앞쪽으로 치우치기 쉽고 구동과 조향 양쪽을 담당하는 앞바퀴의 부담이 크며 주변 구조도 복잡해지기 쉽다는 단점이 있습니다.
구동 방식과 동력 전달 경로
엔진 > 단속기구 > 변속기 > (추진축) > 파이널 기어 > 디퍼렌셜 기어 > 구동축 > 타이어 . 휠
FF는 변속기 + 단속 장치 + 파이널 기어 + 디퍼렌셜 기어
FR변속기는 변속기 + 단속 장치 + 비구동륜 + 추진축 + 구동축 + 파이널 기어 + 디퍼렌셜 기어 + 구동륜입니다
FF . FR . RR . MR
FF와 FR은 각각 Front engine, Front wheel drive와 Front engine, Rear wheel drive의 약자입니다. 그 밖의 차량의 뒷부분에 엔진을 배치하고 후륜구동을 하는 RR, 엔진을 차량 중앙에 배치하고 후륜구동을 하는 MR 등이 있습니다