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차와 자동차 회사/자동차 기술

터보차져에 관한 불편한 진실들


유행처럼 번진 터보차져 조금은 다르게 살펴 봅니다.



최근 자동차업계에서의 화두는 바로 터보차져입니다. 


보다 작은 사이즈로 보다 큰 출력을 낼 수 있어 연비와 배기가스 규제를 만족시키는 '엄친아'로 자리잡았지요. 그래서 그런지 어디를 들러보아도 터보차져에 대한 칭찬 일색일 뿐, 다른 내용은 찾아보기 힘듭니다. (저 조차도 회사 팀 블로그에서 터보의 장점만을 다루었습니다 - 포스팅 클릭)


그래서 이번 내용에서는 잘 다루어지지 않는 터보차져의 디메리트에 대해 언급해 볼까 합니다.



출처 :  www.designbolts.com 및 사진내 기재



우선 터보차져의 개발사를 간단히 살펴보겠습니다. 


이 장치는 1차세계대전 중에 고고도에서 출력부족을 경험한 비행기 엔진 개발사에서 이를 보완 하기 위한 부가 장비로 개발되었습니다. 높이 올라갈 수록 산소부족으로 인해 출력이 떨어졌고. 엔진의 힘을 이용하여 공기를 압축, 산소를 추가적으로 공급할 수 있게 고안된 거죠. '부가'장비 이므로 무게에 대한 디메리트가 있음에도 불구하고 이를 상쇄하는 출력증가가 더 크므로 장착이 가능하였습니다. 2차대전 전투기, 폭격기에 본격적으로 사용 됩니다.



춮처 : en.wikipedia.org



당시 피스톤 엔진을 사용하던 비행기에는 제트엔진이 장착되면서 더 이상 사용하지 않게 되었습니다만, (터보프롭, 일부 경량기 제외) 이 기술은 지상으로 내려와 자동차 엔진에 적용되기 시작합니다. 다만 고열과 고압의 열악한 환경에서 작동하는 터보의 특성상 기술의 대중화가 늦어져 최근에서야 저렴한 가격으로 만나볼 수 있게 되었지요.



출처 : www.motortrend.com



특히 디젤차량이 승용차 시장까지 커버하기 시작하면서 비약적으로 발전 했는데요. 디젤이 사랑받는 유럽. 특히 독일을 선두로 많은 개발이 있었습니다. (가레트, 하니웰처럼 터보 자체는 북미가 유명합니다만....)


우리나라에도 SUV가 인기를 끌기 시작한 2000년 (싼타페 SM VGT)을 전후하여 디젤 모델을 중심으로 본격적인 터보 보급이 시작되었고. 최근에는 디젤이 세단까지도 영역을 확장해 대중화를 이끌고 있습니다. 다 아시겠지만, 가솔린은 GDI와 결합하여 출력증대, 혹은 다운사이징의 목적으로 도입되어 준중형에 까지 1.4L 가솔린 터보를 만날 수 있게 되었습니다. (크루즈 터보)



출처 : en.wikipedia.org


출처 : blog.gm-korea.co.kr



장점이 많아 널리 보급된 터보차져에도 단점이 몇가지 존재하는데,


우선 첫번째로 높은 가격입니다. 제가 처음 언급했지만 분명 터보차져는 '부가'장비 입니다. 없어도 기능상 문제가 없는 부품이라는 거죠. 때문에 터보는 장착만으로도 차량 가격을 인상시키는 부정적인 효과가 있습니다. 이 때문에 대중적인 도입이 늦어진 거구요. 




출처 : www.airpowersystems.com



게다가 부품 - 임펠러, 컴프레서, 센서 등등 - 의 가격 자체가 비쌉니다. 고열 고압이라고 언급했는데 정확히는 40-50 bar (대기압의 약 40배) 의 압력에 800-900℃ 를 넘나드는 온도, 10만 rpm (분당 10만 회전)의 극악의 조건에서 작동해야 하므로. 당연히 특수소재가 사용됩니다.(알루미늄 합금 alloy 201-T7 등) 가볍고 열과 충격에 강해야 하는데, 간단히 비행기에 사용되는 소재라고 보시면 됩니다. 원래 태생이 비행기였긴 하네요 -_-;;; 당연히 비쌀 수 밖에 없지요.



출처 : onlyhdwallpapers.com



비싼 가격은 단순 차량가격 뿐만 아니라 유지비로도 연결 됩니다. 부품 고장 혹은 차량 사고에 의한 유지비용. 게다가 터보차져의 특성상 별도의 냉각장치가 필요한데 (인터쿨러) 안그래도 좁은 엔진룸이 더더욱 좁아져 정비성도 떨어집니다. 공임이 늘어나는건 불보듯 뻔한 일입니다.



더구나 복잡한 기계 구조는 필연적으로 잦은 고장을 일으킵니다. 물론 현재 출시된 모든 터보차져 엔진은 내구테스트를 충족시켜 문제가 없습니다만, 기계적 신뢰성을 높이기 위해서는 (다시 비용 이야기군요) 높은 개발비와 높은 부품 단가가 요구됩니다. 많이 테스트 하고 좋은 부품을 많이 장착 해야 하는거죠.




출처 : www.transportation.anl.gov



세심한 관리도 요구됩니다. 물론 3-4년 주기로 차량을 바꿀 생각이라면 필요 없습니다만, 10년 이상 장기로 탈 생각이라면, 반드시 30초라도 예열 후열을 해주는 편이 좋습니다. 굳이 예후열이 아니더라도 냉간 시동시 출발 전 5분, 고속주행 후 도착 전 5분은 반드시 엔진을 공회전 시켜야 엔진을 오래 사용할 수 있습니다. 고속 주행후 시동을 갑자기 꺼버리면 터보도 같이 멈추게 되는데. 한번 일어나서 제자리에서 빙빙 돌다 갑자기 멈춰 보시죠...... 무리가 안 갈래야 안 갈 수 없습니다.



출처 : www.indigo-auto.ru



마지막으로 연비부분. 운전자 케이스 바이 케이스 이긴 합니다만, 터보차져 엔진의 경우 공인연비와 실연비간의 갭이 매우 큽니다. 처음으로 다시 돌아가 보시죠. 터보는 출력 증가를 위해 장착된 장비입니다. 애초 연비와는 상관 없는 시스템인 겁니다. 작은 엔진에 출력을 늘이기 위해 부가장비를 장착했다? 그냥 더 큰 배기량을 사용하는게 상식적으로 맞습니다.


출처 : www.sarah-bird.com



약간 예민한 부분이긴 한데, 터보 장착은 연비보다는 작은 배기량으로 인한 무게 감소 및 CO2, 배기량에서 오는 세제혜택을 노린 부분이 더 큽니다. 운전자가 작은 엔진에서 높은 출력, 토크를 사용할 경우 (고 rpm) 평소보다 많은 연료가 필요할 수 밖에 없고 결국 저연비와는 동떨어진 결과를 가져올 수 밖에 없습니다. 네, 운전자 스스로가 과격한 운전을 지향하는 한. 실연비에서의 괴리는 기존의 그것보다 클 수 밖에 없는거지요.



출처 : www.seriouswheels.com



지금까지 터보의 단점들에 대해 살펴보았습니다. 조금 신랄하게 단점만 부각했습니다만, 실제 터보차져는 단점보다는 장점이 더 많습니다. 그렇기 때문에 양산차 업계에서는 더더욱 적용하고 있는거구요.


막굴려도 될만큼 높은 신뢰성이 요구되는 복잡한 개발과 비용은 개발사에게 몫이긴 하지만. 다만 운전자 역시 조금이라도 알고 타야 유용하게 사용할 수 있는게 터보가 아닌가 합니다. 



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