과급기의 종류 및 특성

1. 개요

- 과급 : 일정 체적의 실린더에 밀도가 큰 공기를 압송하여 중량을 증가하여 평균 유효압력을 상승시켜 출력을 올리는 방법

 

2. 과급기의 원리

- 과급기 : 엔진의 출력을 올리기위해 "공기를 강제적으로 빨아들여 대기압 이상의 압력으로" 엔진에 공기를 공급하는 장치

- 완전한 연소를 위해서는 연료의 분무화, 관통력, 무화가 적절히 이뤄져야 함.

- 엔진은 혼합기량(연료+공기)을 많이 공급할수록 출력이 증가함.

- 자연 흡기엔진은 허용 가능한 혼합기 양이 한정되어 있어 이를 개선하기 위해 과급기를 부착한다.

 

1) 장점

• 완전 연소에 따른 연료 소비량 감소, 마력당 중량 감소, 매연 감소
• 연소효과 우수, 기계 효율 향상
• 최고압력과 온도를 높이지 않고, 기관의 출력 증가

2) 무과급 기관과의 비교

• 연료 소비율이 적고, 기계 효율이 향상된다.
• 연소연료와 공기의 비율이 일정하다.
• 과급기로 인한 고장, 보수 등이 발생한다.
• 배기터빈 과급기(터보차져)는 배기 소음 효과가 있다.

3) 문제점

• 기관의 강도 : 출력 증가, 최고압력 상승에 의한 베어링 하중이 증가된다.
• 피스톤 Head부의 온도상승 : 출력증가로 피스톤 온도 상승, 제1링 온도가 200℃ 초과시 윤활유에 따른 링고착 문제
• 비틀림 진동 발생 : 폭발 압력 증가에 따른 크랭크 축방향 세로 진동 발생, 평균 유효압력 상승으로 비틀림 진동 상승
• 급배기 밸브의 겹침

 

 

3. 과급기의 종류 및 특징

1) 기계식 과급(Super Charger)

• 기관에 크랭크축의 기어 또는 체인 구동을 통해 구동한다.
• 열효율이 우수해지고, 평균 유효압력이 상승하므로 동일한 기관(회전수, 실런더 크기, 실린더 수)에 비해 출력이 증가한다.
• 기관의 부하가 적을때는 전자클러치를 Off하여 연비를 향상시키고, 부하가 증가하면 전자클러치를 On하여 출력을 향상시킨다.
• 저속에서도 큰 출력을 발휘한다.
• 구성 

   (a). 전자클러치 : 컴퓨터 제어신호에 의해 엔진동력의 전달 및 차단

   (b). Roots : 기관 동력에 의해 회전하여 공기를 압축하며, 누에고치 모양

   (c). 풀리 :  크랭크 축 풀리와 벨트를 연결하여 기관의 동력을 전달 받는다.

   (d). By-pass 밸브 : 전자클리치 Off시 공기를 공급한다.

 

 

2) 배기가스 터빈 과급(Turbo Charger)

• 배기 터빈 과급기(Waste gate turbo charger)
• 연소실에서 배출되는 배기가스에 의해 임펠러를 구동하여 반대편의 다른 임펠러로 과급하여 실린더로 공급하는 방식
• 기관의 기계적 손실이 없고, 기관의 부하증감에 따라 배기에너지를 활용하여 과급량을 자동으로 조절함.

 

3) 원심식 회전 펌프

• 독립된 전동기로 과급기를 구동하여 과급하는 방식

4) 인터쿨러(Inter cooler)

임펠러에 의해 흡입된 공기는 온도가 상승하면 밀도가 증대되고, 비율이 감소하여 노킹이 발생, 충전효율이 저하됨.

-> 임펠러와 흡기 다기관 사이에 과급공기를 냉각하는 시스템

 

(1) 공랭식 

• 냉각팬에 의해 과급공기를 냉각
• 수냉식에 비해 구조 간단하나, 효율은 낮음

(2) 수냉식

• Radiator의 냉각수를 순환하여 과급공기 냉각
• 공랭식에 비해 구조 복잡하나, 저속에서도 효율이 우수
• 구성

    (a). 임펠러(Impeller) : 흡입 측 날개로 공기를 실린더에 가압한다.

    (b). 터빈(Turbin) : 배기 측 날개로 배기가스의 압력에 의해 압축기를 회전시켜 배기가스의 열 에너지를 회전력으로 변환

    (c). 플로팅 베어링(Floating Bearing) : 1,000 ~ 1,500rpm 정도로 회전하는 터빈축을 지지한다.

    (d). 과급 압력조절기(Pressure Controller) : 규정 값 이상의 과급압의 상승을 방지한다.

    (e). 인터쿨러(Intercooler) : 임펠러와 흡기관 사이에 설치되어 과급된 공기를 냉각하여 밀도를 높인다.

• 효과

    (a). 출력증가

    (b). 연료 소비율 향상

    (c). 냉각손실 우수

    (d). 압축온도 상승