과급기

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슈퍼차저	터보차저

1 개요

차저, Charger. 과급기를 통틀어 Supercharger라고 칭하기도 하지만 터보차저와 수퍼차저를 구분하기 위하여 차저라고 통칭하는 경향이 있다.

왕복엔진에 많은 산소를 한꺼번에 넣어서 연소 과정을 돕는 장치.

2 역사

과급기의 역사는 생각보다 오래되어서 1860년에 이미 특허가 등록되었는데, 다만 이때의 것은 왕복엔진이 아닌 용광로용 과급기였다. 어찌보면 풀무의 확장판이라고도 할 수 있겠다.

최초로 내연기관을 위한 과급기를 개발한 것은 독일의 엔진 및 자동차 개발자로 유명한 고틀리에프 다임러(Gottlieb Daimler)다. 그리고 프랑스에서 처음으로 원심식 압축기를 사용한 과급기가 등장하였으며, 이것은 곧 경주용 차에 쓰이게 되었다.

가솔린 터보차져의 경우 올즈모빌이 가장먼저 적용하엿고, 쉐보레, 사브순이다. 디젤에는 38년도에 트럭용 엔진에 적용이 되었다.

슈퍼차져는 그 이전부터 사용됐는데, 이는 연료시스템 기술력이 딸려서 그런것. 상대적으로 가솔린 엔진에는 슈퍼차져가 적용하기 쉽다. 한국제외

3 작동 방식

쉽게 생각하면 공기 압축기다. 공기를 꾹꾹 눌러담은 다음에 이걸 엔진에 넣어주는 것. 산소의 양이 많아지므로 연소 효율이 높아진다. 무리한 튜닝이 아닌 순정 과급기 차량의 경우 가솔린 엔진은 보통 0.8~1.2bar, 디젤 엔진은 2bar까지 과급하는데, 과급압이 1bar만 되더라도 배기량이 원래 엔진의 두 배가 되는 효과가 나타난다. 다만 과급압은 계속 변동하기에 늘 동일한 배기량 향상 효과를 얻지는 못한다. 순정 과급기 차량은 순간 출력을 알 필요가 딱히 없어 과급압 게이지가 없지만, 스포츠 튜닝 차량 가운데 과급기 장착 차량에는 과급압 게이지가 필수로 달린다. 그리고 호기심에 순정차량에도 압력 게이지를 달아보기 마련이다 게이지 놀이

과급기를 거친 공기는 압축되는 한편 온도가 올라가게 된다. 온도가 올라간 공기를 흡입하는 것은 산소밀도가 떨어져 내연기관의 흡입/연소 효율면에서도 안좋고, 특히 온도가 올라간 공기는 다시 팽창하려는 성질이 있다. 그래서 과급기를 장착한 차량이나 항공기는 공기를 냉각시키는 시스템을 장착 하는데 이것이 인터쿨러(intercooler)다. 자동차 측면에 'INTERCOOLER'라고 자랑스럽게 써 붙이고 다니거나, 보닛에 뭔가 덕트같은게 있다면, 이런 차들은 대부분 이 시스템을 내장하고 있다는 소리. 물론 요즘 디젤차량들은 깔끔한 디자인 선호로 전면부에 내장하여 보닛을 열어보거나 전면 그릴을 보는 수 밖에 없다. 하지만 랠리 차량이거나 소형 스포티 차량은 앞에서 말한 두가지 장점을 잡을수 있기 때문에 단다.

아무튼 이 인터쿨러를 장착하게 되면 고온의 공기가 냉각되어 공기밀도가 높아져 흡입/연소 효율이 좋아지고 이런 효과로 인해 연비상승과, 이산화탄소 감소로 이어져 환경에도 좋아진다. 배치방식에 따라 특성도 달라지는데 엔진 위에다 두면 파이프의 길이가 짧아지므로 리스폰스가 좋아지게 되고, 전면 그릴쪽에 배치하면 주행풍으로 인해 냉각효율이 좋아진다. 냉각 방식은 공랭식도 있고 수랭식도 있고 다양하다.

한편 2차대전 중 쓰인 항공기중 일부는 추가적인 냉각을 위하여 물과 알코올을 섞은 혼합액을 연료/공기 혼합기에 분사해주는 시스템을 사용하기도 했다. 알코올을 섞은 것은 온도가 낮은 고고도에서 보관상태로 있다가 얼지 않도록 하기 위해서다. 물론 물/알코올양은 한정이 있으므로 보통 공중전 처럼 긴급한 상황에서만 썼다. 니트로를 써서 순간적으로 산소공급을 높이는 시스템도 있었다. 압축된 공기를 냉각시키기 위해 물 등을 분사하는 시스템은 심지어 일부 제트 항공기에서도 쓰고 있다. 대표적인 것이 B-52 폭격기. B-52 폭격기 이륙사진에서 유독 매연이 심한것이 이 때문이다. 더불어 AV-8 해리어 전투기도 이 시스템을 사용한다.

차량에도 알코올(메탄올)과 물을 일정비율 혼합해서 사용하기도 한다. 출력 상승폭은 그리 크진 않지만 이시스템을 장착한 차량의 엔진을 까보면 흡기쪽이 엄청깨끗하다고 한다

터보차저는 배기가스의 힘으로 압축기를 돌려쓴다. 때문에 보통 일정 RPM이상 나와야 과급이 이루어짐으로 ~몇RPM에서 터보가 터진다라는 표현을 하기도한다. 즉, 슈퍼차저는 엔진 축에서 힘을 받아 쓰므로 엔진 입장에서는 일정 부분 동력 손실이 있는 셈이지만 전자와 후자 모두 더 많은 산소를 공급받으므로 전체적으로는 엔진의 출력이 올라가게 된다. 살을 주고 뼈를 치는 셈.

3.1 슈퍼차져

파일:KifaSkU.jpg
아우디 3.0L TFSI엔진. V형 엔진 중앙에 꽈배기 처럼 생긴것이 2개가 슈퍼차져이다.

엔진 역사상 최초의 과급방식이다.

파일:3ztGNkl.gif
작동방식은 슈퍼차져 하우징 안에 있는 로터를 맞물리게 돌려서 공기를 강제적으로 유입을 시키는 방식이다. 물론 자동차와 왕복엔진 비행기에서는 로터를 약간 비틀어서 만든 루츠(Roots) 방식(로터리식)과 아예 로터를 스크류 나사처럼 만든 리솔름/리스홀름(Lysholm) 방식을 쓰지만, 강제적인 공기유입이 필요한 에어컨등은 사판방식이나 스크롤 방식이라는걸 쓴다. 그리고 위의 슈퍼차저 사진에도 나와 있듯이 터보차져에 쓰이는 윈심(Centrifugal) 임펠러(impeller) 방식도 사용된다.

로터를 돌릴 동력은 엔진 출력축앞에 풀리를 걸어서 동력을 얻는데. 슈퍼차져 구조는 동력축과 연결된 구동풀리, 엔진 회전수가 낮을때 구동축과 구동풀리를 끊어주고 이어줘서 구동저항을 방지해줄 전자클러치, 슈퍼차져가 켜질때 증속을 해줄 기어, 공기를 빨아들일 로터, 공기를 식혀줄 인터쿨러, 공기가 필요 이상으로 들어가지 않게 조절해주는 바이패스 밸브를 하우징안에 담는다. 터보차져는 블로우 오프 밸브가 이 역할을 맡는다. 이해가 안된다면 슈퍼차져/터보차져 차량들 엔진음에서 중간에 퓨숙퓨숙거리는 소리가 바로 밸브가 작동하는 소리이다.

이 방식의 장점은. 터보차져가 RPM이 낮으면 로터를 돌려줄 배기압력이 낮아서 출력이 제때에 안 나오는 터보랙이 발생하는것에 비해, 자연흡기 수준의 출력 반응성을 낼수 있고. 엔진 구동축에서 에너지를 뺀다고 해도, 그만큼 공기를 과급해서 중(中)회전까지는 그렇게까지는 손해는 아니다. 그리고 튜닝을 할때 터보차져는 터보차져와 터보 전용의 배기 매니폴드와 배기 파이프, 터보 인터쿨러 설치를 해야하지만, 원심식 슈퍼차져의 경우, 그냥 적당한 자리에 브라켓 걸어서 차져를 장착한뒤에, 벨트를 하나 더 걸고, 인테이크 파이프와 연결해주면 끝나기때문에 간단하다.

예/후열에 신경을 쓰지 않는다면, 불과 적산거리 10만키로 내외에서 뻗어버리는 터보차져와는 달리, 슈퍼차져는 슈퍼차져 제조사 자체에서 10만마일 워런티를 보장할 정도로 내구성이 엄청나게 좋다. 기본적으로 차져의 크기가 같은풍량의 터보차져와는 2배 가까운 차이가 날 정도로 사이즈가 푸짐한데다가, 150,000rpm~200,000rpm 정도로 회전하는 터보차저에 비해 슈퍼차져의 회전속도는 고작 1/15수준인 10,000rpm~15,000rpm 내외정도인 경우가 대부분이다. 또, 엔진오일을 같이 사용하는 터보와는 달리 슈퍼차져는 오일 리저브 탱크가 엔진오일 라인과는 독립되어 따로 설치된다. 오일 순환량이나 슈퍼차져 본체 자체가 머금고 있는 오일량 역시 터보차져에 비해서는 엄청나게 많기도 하고, 터보에 비해서 상대적으로 부스트압을 나지막히 쓰는 경우가 대부분이다. 마지막으로 슈퍼차져 자체의 스트레스나 부하등은 그다지 크지가 않기 때문에 내구성이 매우 훌륭하다.

그리고 오토바이에서 과급을 할시 터보보다는 슈퍼차쳐를 장착하고 있는데. 배관 때문에 무겁고 터보랙이 있어 위험한 터보차져보다는, 스로틀 바디에 달기만 하면 되고 출력이 완만한 슈퍼차져가 오토바이에서는 유리하다. 대표적으로 카와사키의 닌자 H2와 H2R이 있다. 원심형 슈퍼차져를 장착해 H2는 210마력, H2R는 310마력을 내고 있고, 건조중량도 215kg인 괴물이다. 할리 데이비슨의 V-ROD 드래그 레이스 버전 튜닝도 슈퍼차져 튜닝을 기본으로 하고 있다.

슈퍼차져의 가장 큰 단점은 구동저항 때문에 동일한 과급압일 때, 터보차져에 비해서 출력이 약 20%정도 떨어진다. 많은 사람들이 아는것과는 다르게 고회전 영역뿐만 아니라 중회전대는 물론이고, 효율좋은 다운사이징용 터보차져와 비교했을때는 초저회전(약 1300rpm이전까지)영역에서만 터보보다 힘이 있을 뿐이지 일상적인 엔진 회전수인 1500rpm~2000rpm정도의 저회전 영역에서도 터보차져보다 출력이 낮다. 이는 터보랙이라 불리는 스풀업 구간만 지나가면 바로 최고 과급압으로 올라가서 고회전 끝까지 유지가 되는 터보차져와는 달리, 슈퍼차져의 과급압력은 전적으로 엔진의 회전속도에만 의존하기 때문에 그렇다. 즉, 엔진의 rpm이 올라가지 않는다면, 부스트역시 올라가지 않는것이다. 터보차져 역시 일정 rpm이상 올라가야 본격적으로 작동한다는 사실은 슈퍼차져와 같지만, 일단 스풀업 구간만 지나가면 바로 설정한 최고 과급압이 나오는 경우가 대부분이다. C6 ZR의 개발당시 슈퍼차저 특유의 고회전 출력효율문제로 인해 터보차저쪽으로 개발이 진행될 수 있었다고 한다. 또한 배기량이 작은경우 출력 효율에 있어서 터보차저에 비해 불리하며 다운사이징이 추세인 현 자동차 업계들의 상황에 있어 처참하게 밀리는게 사실이다. 하지만 머슬카 슈퍼차져 튜닝들을 보면 보닛위에 구조물이 있는데, 이것들은 슈퍼차져를 무식하게 키워서 출력을 1000마력은 그냥 껌 수준으로 나오는 괴물이다. 하지만 이런 시스템은 드래그 경주에서나 쓰지 실생활에서나 트랙에서 달릴 경주차, 슈퍼카들은 안 쓴다고 보면 된다. 단, 임의적으로 마그네틱 클러치를 사용해 고회전에서 과급기의 연결을 차단할수는 있다.

볼트온 수준의 원심식 슈퍼차져와는 달리, 본격적인 고성능 슈퍼차져 튜닝에 가장 많이 이용되는 루츠 타입이나 트윈 스크류 타입의 경우, 튜닝 난이도가 터보튜닝과는 비할바가 없이 매우 높다. 일단, 터보보다 기자재 자체의 크기도 큰데다가, 슈퍼챠져의 구조상 인터쿨러는 보통은 수냉식으로 구성할 수 밖에 없기 때문에 재료의 개수 자체도 많다. 거기에 엔진의 악세서리 벨트(흔히 겉벨트라 부르는것)라인을 빌려써야 하기때문에, 슈퍼차져 본체의 브라켓역할과 인터쿨러 역할을 겸하는 흡기 매니폴드(정확히는 서지탱크)의 설계와 가공을 매우 정밀히 해야 벨트가 찢기거나 벗겨지는 불상사를 막을수 있다. 매니폴드라는 부품은 엔진에 바로 장착되어 있고 공간이 협소해 일반적인 튜닝샵에서 장착은 커녕 구상단계에서 포기하는 경우가 대부분이다. 게다가 그냥 브라켓 위치와 파이프 형상을 조금 수정해서 인터쿨러 크기를 비교적 자유롭게 바꿀수 있는 터보와는 달리, 슈퍼차져는 간단한 부스트업 조차도 인터쿨러의 용량이 모자라면 내부 인터쿨러 코어 교체는 물론이고, 그 크기에 맞게끔 서지탱크 자체를 다시 설계/제작해야 하는 불상사도 같이 따라온다. 부스트 컨트롤러로 쉽게 과급압을 올려 좀 더 높은 출력을 노릴수 있는 터보와는 다르게, 슈퍼차져는 과급압을 낮추던 올리던 뭘하던간에 일단 슈퍼차져의 풀리를 새로 하나 만든 다음에 시작해야 한다. 거기에 맞는 구동벨트를 구하는 퀘스트는 덤으로 주어진다.

3.2 터보차저

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페라리 488 GTB의 3.9L V8 트윈터보 엔진. 엔진 옆에 있는 골뱅이처럼 생긴것이 터보차저이다. 사진에서는 잘 안보이지만 트윈터보라 반대쪽에도 터보차저가 하나 더 있다.

과급기가 엔진의 동력을 빌려쓴다는 점이 맘에 안 들었던 일부 개발자들은 배기가스의 에너지를 터빈으로 회수하여 이용하는 과급기를 개발하였다. 터보 과급기(Turbosuperchager)가 이것으로 그냥 Turbochager나 Turbo라고 부르기도 한다. Turbo는 본래 터빈을 사용하는 기관 전반을 이르는 말이다. 그러나 자동차에 터빈기관을 사용할 일은 웬만해서는 없으므로 자동차에서 말하는 Turbo는 바로 이 터보과급기를 의미한다.

배기가스는 그 자체가 고온/고압의 가스이기 때문에 상당한 에너지를 보유하고 있다. 그래서 이 배기가스를 모아서 터빈를 돌려서 동력을 얻고, 그 힘으로 다시 과급기를 돌리는 것이 바로 터보과급기다.

일반적인 과급기와 달리 '어차피 버리는 것을 재활용' 하는 방식이므로 원리만 놓고 보면 분명히 효율적이지만, 시스템 자체가 크고 복잡해지며 무거워진다는 단점이 있고. 특히 고온의 배기가스 속에서 항상 고속으로 돌아야 하는 터빈은 비싼 재료와 높은 가공정밀도를 요구해서 전체적 시스템 가격 상승의 주범이 된다.

참고로 터빈과 스로틀 밸브 사이에 BOV(Blow OFF Valve) 라는 것을 필수요소로 달아주는데 가속을 하기 위해 엑셀을 밟았을때 흡기쪽에는 고압이 형성되는데, 이때 엑셀에서 발을 떼는 경우 낮아지는 배기 압력에 의해 필요 이상으로 흡입된 공기가 역류하게 되고 이때 다시 재가속을 하게 되면 흡입되는 공기와 얽혀서 터보렉이 발생하고 엔진 쪽에 손상을 줄 수 있다. 이럴때 BOV는 공기가 역류하는 것을 방지하도록 역류한 공기를 배출 시켜주는 역할을 한다. 즉 들어가는 공기와 나가는 공기가 충돌하지 않게 해주는 장치로 압축 공기의 방출 시간을 지연시키는 효과가 있다. 주로 터보차저의 임펠러와 엔진을 보호하는 역할이지만 흡기랑도 연관되어 있어 터보렉 방지(리스폰스) 와도 밀접한 관련이 있다. 터보차저 차량에는 필수장착 아이템 이지만, 특유의 간지나는 소리 때문에 음향 효과만의 기능을 갖춘 튜닝 제품이 나오기도 한다. 퓨슉 제품에 따라 그 모양과 사운드가 다르다. 스바루 임프레자가 2005년쯤에 랠리하는거 보면 소리가 굉장히 신기하다

하지만 스로틀로 공기량변화로 컨트롤하는 가솔린엔진과는 달리 디젤엔진은 연료량 조절로 엔진을 컨트롤하는데, 스로틀이 없기 때문에 엑셀off시 파이프내 잔압이 역류할 일이 없다. 뽀대로 장착한다면 할말없지만... 일반적으로 상기한 이유때문에 효과를 볼수없지만 이 뽀대라는것도 전혀 할 수가 없다. BOV라 해봐야 그자체는 밸브 하나일 뿐이고 가솔린 터보와 같은 소리를 낼 수도 없을 뿐더러 부스트압만 빠져나가 터보랙의 원인이 된다. 그리고 이곳으로 오일이 역류해 엔진룸안에 다 뱉어버리므로 멋으로라도 설치할 이유가 전혀 없다.

배기가스가 가진 에너지는 엔진의 회전수와 관계가 있기 때문에 저회전에선 에너지가 부족해 터보차저의 효과를 보기 힘들다. 그래서 터보차저가 실제로 도움되려면 적정 엔진 회전수에 도달해 하는데, 이 회전수에 이르기 전엔 터빈이 배기를 방해해서 배기효율이 떨어 질 수 있기 때문에 오히려 자연흡기보다 성능이 떨어질 수 있다. 이런 현상을 스풀 업이 늦다고 표현한다. 또한 배기가스로 터빈을 돌리기 때문에 엑셀러레이터를 밟았을 때 증가한 배기가스가 터빈을 돌려 흡기량을 더 늘려주는데 시간이 걸리므로 엔진의 토크가 액셀러레이터를 밟자마자 상승하진 않는데, 이로 인해 이론적으로 기대되는 성능 출력이 지연되는 것을 터보 랙이라고 한다. 좀 더 자세히 설명하자면 RPM에서 최대 토크 혹은 최대 출력 지점 사이의 최대 부하 변속 타이밍에서의 출력 지연 현상을 뜻한다. 즉 시프트 다운을 해서 급격히 5000rpm으로 급가속을 시도할 때에 NA엔진이라면 즉각적으로 정해진 파워를 공급하겠지만 터보 엔진은 터빈 날개의 회전수가 올라가고 공기 흡입 라인에 최대 부스트가 걸리는 시간 동안 엔진에는 정해진 공기량을 공급하지 못하다가 부스트압이 올라가며 파워가 급상승을 하게 되는데 정확히 이를 터보랙이라고 한다. 즉 높은 회전수에서 최대 부스트가 걸리는 시간까지의 출력 지연 현상이지 토크가 즉시 상승 하지 않는 것이 아니다. 터빈의 용량이 작을 수록 스풀 업이 빠르고 터보 랙이 적지만 용량이 작은 만큼 최대출력에 불리하고, 터빈의 용량이 클수록 최대출력에 유리하지만 스풀 업이 늦고 터보 랙이 크다.

터보 랙을 완전히 없앤 터보차저도 개발됐는데, 원리는 터빈에 모터를 달아 터보 랙을 없앤 것이다. 하지만 열이 굉장히 많이 나고 실생활에서는 실용성이 많이 부족하기 때문에 포뮬러 1이나 WRC에서나 쓰고 있다. 페라리가 내놓은 신차 캘리포니아 T의 엔진도 터보 랙이 없는 것으로 알려졌다. 그리고 2015년 볼보는 압축공기를 이용해 터빈의 속도를 미리 높여 터보 랙을 줄이는 파워펄스 기술을 발표했다. 중요한 점은 슈퍼카나 경주용 차가 아닌 상용 세단에 장착될 예정이라는 점. 스웨덴의 과학력은 세계 제이이이이이이일!!!!!!

초기의 터보차저는 단순하게 터빈과 공기를 압축하는 컴프레서의 구조였지만, 이는 배기가스 공급이 부족한 저회전에서는 터보 랙을 키우고, 반대로 너무 배기압이 높아지는 고회전에서는 효율성 저하를 일으킨다. 터보 랙을 줄이려면 앞에서 설명한 바와 같이 터빈의 용량을 줄여 스풀 업을 빠르게 해야 하지만, 이는 고회전에서 배기압을 매우 높여 효율을 너무 낮춰버린다. 그래서 터빈의 용량을 줄이는 대신 배기압을 너무 높이는 고회전에서는 터빈에서 충분히 받아들일 수 있는 수준의 배기가스만 받아들이고, 나머지는 터빈을 거치지 않고 바로 배출하는 바이패스를 뚫었는데, 이 방식의 터보차저를 WGT(Waste Gate Turbocharger)라고 한다. 이 방식은 완전하지는 않더라도 터보 랙 문제를 줄이고 소형 터빈의 약점인 고회전에서의 성능 및 내구성 문제에 대해 나름대로 해결책을 제시했다. 그렇지만 이 WGT도 디젤엔진의 경우 이후에 나온 VGT로 바뀌고 있다.

WGT에 비해 좀 더 고급스러운 것으로 배기가스 유로에 배기가스의 진행방향에 맞춘 가변 vane을 달아 이 각도를 변화시켜서 상황에 따라 최적의 용량으로 터빈용량이 바뀌는 VGT(Variable Geometry Turbocharger, 가변 용량 터보차저)를 사용하기도 하는데, 가솔린 엔진은 배기온이 높아 고온에 버티는 가변 vane을 만들기 힘들기 때문에 VGT는 주료 디젤 엔진에 사용된다. 최근에는 eVGT(Electric VGT) 라는 배기가스의 압력에 따라 기계적으로 바뀌는 vane이 아닌 ECU가 엔진 상황을 체크하여 최적의 상황으로 제어하는 시스템도 나와서 터보차저에도 ECU가 직접 개입하게 된다. 포르쉐는 그딴 거 없고 997 터보부터 사용하고 있지만 가격이 매우 비싸다. 아예 저회전 영역대에서 동작하는 터보차저와 고회전 영역대에서 동작하는 터보차저 두 개를 장착한 직렬식 트윈터보도 있다. 다기통 엔진의 경우 작은 용량의 터보차저 2개를 실린더 간 배기가스 간섭을 줄이는 방식으로 장착한 병렬식 트윈터보를 사용하기도 한다. 트윈터보는 터보차저가 두개나 되다 보니 배기계통 설계의 어려움과 비용 문제 때문에 터보차저는 하나지만 병렬식 트윈터보와 같은 원리로 실린더를 묶고 하나의 터빈에 두개의 스크롤을 달아 배기가스 간의 간섭을 줄이고 동작영역을 넓힌 트윈스크롤 터보차저로 대체되고 있다. V형 8기통 이상에는 뱅크별로 트윈스크롤 터보차저가 쓰이기도 한다. 그리고 충격과 공포의 트라이 터보(...)와 쿼드 터보(...) 같이 무식하게 터보차저를 달아놓는 경우도 있다.

최근 추세는 터보차저를 기존의 위치에서 벗어나 엔진의 뱅크 사이에 장착하는 것이다. 포르쉐, BMW, 메르세데스 벤츠 등이 이미 쓰고 있는 이런 터보 레이아웃은 엔진 크기를 줄일 수 있으며 배기 매니폴드를 단축해 반응성을 개선하고 촉매의 온도를 빠르게 올리기에 유리하다고 한다.

3.3 트윈차져

파일:OFs8zBC.jpg
파일:XAns6gq.jpg
폭스바겐 1.4TSI 엔진. 첫번째 사진 윗줄 오른쪽이 터보차져, 아랫줄 왼쪽이 슈퍼차져이다.

구조는 그냥 쉽게 설명을 하자면. 슈퍼차져와 터보차져를 합쳤고, 저회전시 출력이 늦게 나오는 터보차져의 단점을 슈퍼차져가 커버하고 고회전시 구동저항이 일어나는 슈퍼차져의 단점을 터보차져가 커버를 하는 구조이다. 장점은 랙이라는것이 존재하지 않는다고 보면 된다. 단점은 슈퍼차져와 터보차져 둘다 넣으니 가격이 폭발하고, 세번째 사진을 보면 알겠지만 구조도 상당히 복잡해져서 필연적으로 잔고장과 수리비용의 상승을 불러온다. 그리고 2000년 초반부터 다운사이징으로 인해 터보랙 경감의 노하우가 쌓여서 굳이 트윈터보를 써서 랙을 줄이지 않아도 될 정도로 터보가 발전을 했다.

트윈차져의 역사는 엔진과 연결된 강제적인 과급방식인 슈퍼차져가 나오고, 곧이어 엔진 배기가스를 이용한 터보챠저가 나왔는데. 지금에서야 전체적 터보차져 시스템 크기를 줄이고 터보랙을 경감 할수있지만, 초기 터보차져는 기술적 최적화와 재료와 가공기술의 열악함 그리고 설계 노하우가 상당히 부족했다. 그래서 엔지니어들이 출력이 일정하게 나오지만 고회전에선 한계점이 많은 슈퍼차져와 랙이 쩔지만 고회전 출력은 확실한 터보차져를 섞어보면 어떨까?라고 생각을 하고 실제로도 시제품을 만들었는데, 당시 20세기 초반 기술력으로 구현이 불가능했던 출력이 일정한 높은 마력의 엔진이 구현되었다.

하지만 20세기 초반 기술력으로는 당시 최고의 과학과 공업력이 발전한 유럽이나 미국 그 어느나라도 차량에 들어갈 정도로 소형화을 이루지 못했다. 하지만 왕복엔진 비행기는 얘기가 틀렸는데, 단발기는 몸통을 활용해 터보차져 배관과 인터쿨러를 넣을수 있고, 날개에 엔진이 있는 쌍발기도 엔진룸을 크게 해 트윈차져를 넣었고. 덕분에 1차 대전때와 전간기 시절에는 꿈도 못꾸었던 700km/h와 고고도에서 비행을 달성을 했다.

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P-47 썬더볼트의 트윈차져. 당시 수냉식 V형엔진이나 공랭식 성형엔진들은 저렇게 까지 트윈차져를 크게 설계하지 않았으나, 선더볼트는 고고도 작전을 염두해서 과급기가 미국의 기상답게 엄청 컸다. 당시 미국에서는 앨리슨이나 팩커드가 수냉엔진을 만들었지만, P-51 머스탱의 일화같이 미국의 수냉엔진은 유럽에 비해서 한참 쳐젔다. 그리고 폭격기무적론이 쓰레기가 돼 버려서 폭격기를 호위할수 있는 비행기가 필요했는데, 고고도를 올라갈수 있는 수냉엔진들이 저 모양들이라, 육군항공대에서는 폭격기로 얻은 고고도에서 작전가능한 성형엔진 설계를 이용한것이 바로 썬더볼트이다. 일본은 수냉엔진 제조기술도 부족했고, 공랭엔진도 미국에 비해서 엔진기술과 과급기술 모두 한참 아래라 B-29를 요격할수 있는 전투기가 상당히 부족했었다.

하지만 엔진자체가 과급기인 제트엔진이 등장해서 비행기는 트윈차져와 바이바이~. 그리고 2차 대전 이후 폭발하는 기술력으로 인해 트윈차져도 자동차에 넣을 정도로 소형화가 가능해졌다, 하지만 가격적으로는 여전히 비싸 대중적인 차량에는 못 들어갔다. 그리고 터보기술도 마찬가지로 발전을 해서 소형화와 비싸지만 트윈차져에 비하면 현실적인 가격이라서, 트윈차져는 슈퍼차져보다도 비주류 기술로 남았다.

그러나 아예 적용차종이 없다는것은 아니고. 도요타 4A-GZE엔진과 닛산 마치 1세대 터보모델, 위에 사진에 나오는 폭스바겐 1.4TSI 엔진이 있다. 그리고 전설의 그룹 B에서 활약한 란치아 델타 S4의 엔진, 볼보의 고성능 디비전인 폴스타의 2리터 엔진도 트윈차져로 367마력을 내고 있다.

4 활용

4.1 자동차

자동차용 터보과급기는 주로 가솔린 엔진을 단 스포츠카에서 많이 이용되는 방법이지만 그외에도 디젤 엔진을 단 트럭이나 버스에도 많이 활용되어 부족한 힘을 보충하고 있으며, 이론적으로 과급압에 비례해서 배기량이 늘어나므로 엔진 다운사이징에도 활용된다. 실제로 직분사가 아닌 가솔린 엔진의 경우 혼합기 양만큼의 공기를 압축하지 못하는 셈이 되기 때문에 특정 회전수 이상이 되어야 한다. 하지만 디젤 엔진의 경우 순수 공기만이 흡기되기 때문에 터보의 효율이 더 높다. 현재 출시되는 100%에 가까운 디젤 승용/상업자동차는 터보과급기를 장착하고 있다. 사실상 터보는 필수다. 자연흡기 디젤이 얼마나 토크와 마력이 낮은지 보고싶다면 무쏘로 들어가서 엔진 배기량과 토크와 마력을 확인해보자.

그리고 미쓰비시 자동차는 랜서 에볼루션에 '미스파이어링 시스템' 이라는 약빨고 만든(?) 요상한 기능을 넣었던 적이 있다. 이것은 악셀오프시 터보차저의 회전속도가 떨어져 재가속시 터보랙이 걸리는것을 막기 위해 배기 매니폴드에서 연료를 분사해 고열로 자연발화시켜서 배기가스 양을 늘려 터보차저를 돌려준다. 물론 WRC를 위한것. 악셀 오프시 백파이어와는 별개로 펑펑 불방귀를 뀌게된다. 이게뭐야 무서워

터보가 안달린차에 디젤이건 가솔린이건 애프터마켓으로 터보차져 장착개조를 할 수 있다. 대게 터보차져를 붙이면 에어크리너를 오픈필터로 교체해야 하고, 인터쿨러도 같이 붙이고, 위에서 언급한 BOV 장착, ECU 맵핑을 해야하고, 배기 매니폴드를 약간 손봐야한다. 더불어 가솔린의 안티노크성의 한계로 인해 과급압을 높힐수록 압축비를 낮추거나 안티노크성이 높은 연료로 교환해야하고, 높아진 폭발력을 버티기 위해 강화 피스톤, 커넥팅로드, 더나아가 크랭크샤프트까지 교환해야한다. 열과의 전쟁도 벌어지는데 가솔린의 경우 순정상태(자연흡기 기준)의 배기온이 600~700도까지 올라가게되는데 과급기 튠업시 900~1000도까지 올라가버린다. 많은 연료를 피스톤에 넣다보니 에너지가 증가하면서 폭발력과 열에너지도 매우 증가한다. 여기서 문제는 중간에 터빈이라는 장애물로 인해 배기가스가 자연흡기 대비 잘 빠져나가지 않아 엔진룸 내부 온도가 급격하게 상승하여 냉각효율이 떨어져 수온이나 유온이 급격하게 올라가기도하고, 인터쿨러를 달아도 흡기온이 목표치에 도달하지못해 성능저하까지 올수있다. 여름에는 스포츠카가 몇마력씩 까먹을 수 있다. 미국 탑기어에서 한여름 텍사스 활주로에 포르쉐 911 GT2 RS가 달린적이 있었는데 차가 잘 안나가서 포르쉐에 물어봤더니 30~40마력 까먹었다고 한다. NA튠 처럼 이래저래 돈깨지는건 마찬가지. 과급압의 결정은 엔진의 재질에도 영향을 받는데, 알루미늄 엔진은 냉각에 유리하고 무게도 가볍지만 높은 과급압을 버티기는 어렵다. 반대로 디젤이 주로 쓰던 주철 엔진은 무겁고 냉각력이 떨어져도, 끝내주는 내구성을 자랑하여 매우 높은 과급압을 버텨낸다. 일반적인 경우 디젤엔진이 평균적인 과급압이 높은 이유로 재질 차이를 무시할 수가 없다. 물론 요즘은 디젤에도 알루미늄 블럭을 사용하기도 한다.

여담으로 애프터마켓으로 터보차져를 붙이건 터보가 나가버려서 교체하건 가격이 흠좀무한데 위에서 언급했듯이 아무래도 부품 특성상 고열을 버텨야 하다보니 공임빼고 부품값만 약 80만원 정도 나온다. 그나마 저렴한 재생품도 약 40만원(...) 같이 붙는 인터쿨러의 가격은 약 15만원.

90년대 초반까지만 해도 터보차져가 장착된 차들은, 본넷트 앞에 덕트가 있거나 차량 측면에 'TURBO' 'INTERCOOLER' 등을 데칼로 붙이고 다녔다. 그리고 높은 확률로 'DOHC'나 'TWIN CAM'이 같이 붙어있었지 물론 본격 스포츠카는 오히려 매끈했고, 주로 일본 메이커의 소형 고성능 모델이 그런 편이었다. 특이하게 미츠비시는 터보 인터쿨러 장착 차종에 'INTERCOOLER TURBO'라는 표기를 고수했는데, 한국에서도 갤로퍼의 3열 윈도우 하단에, 'INTERCOOLER TURBO' 라고 쓰여진 데칼이 종종 보였을 것이다.

그러나 90년대 후반부터 디자인 방향이 더욱 에어로다이나믹 스타일로 변화함에 따라, 현재는 덕트나 데칼 등은 잘 보이지 않고 있다. 특히 덕트의 경우, 많은 양의 공기를 공급 받아야하는 인터쿨러의 특징 때문에 존재했는데, 현재는 에어댐이나 그릴의 크기를 확대하는 방향을 보이고 있다.

4.2 항공기

자동차의 경우에는 일부 고성능 차량에만 과급기가 달리지만, 왕복엔진을 사용하는 항공기에 있어서는 이 과급기가 필수다. 공기밀도가 고고도가 될 수록 희박해지기 때문에 높은 고도로 올라갈 수록 엔진이 헥헥거리기 때문. 이를 테면 9km 고도로 올라가면 엔진이 쓸 수 있는 산소는 지상의 1/3에 불과하다. 즉 엔진 내에 아무리 연료를 우겨 넣어도 지상과 비교하면 1/3의 연료만 태우고 나머지는 불완전 연소가 되어버리는 셈.

그래서 일반적으로 왕복엔진 항공기는 과급기를 이용하여 모자란 산소를 모아 모아 모아서 엔진에 우겨넣어서 엔진의 출력 손실을 어느정도 막는다.

2차대전 중 전투기나 폭격기 등에 쓰였던 고성능 엔진은 보통 2단식 과급기를 사용하였으며, 이 말은 압축기가 두 개가 있어서 두 번에 걸쳐서 압축을 한다는 소리다. 그러나 저고도에서는 굳이 과급기를 돌려서 공기를 압축할 필요가 없기 때문에 선택적으로 고도에 따라 과급기를 켜거나 끄기도 한다. 2단식 압축기 대신에 과급기로 동력을 전달하는 기어의 감속비를 변환하여 2가지 속도로 과급기가 돌도록 하는 시스템도 있다.

항공기에 쓰는 터보과급기는 보통 그 자체로 모든 압축과정을 진행하지는 않고, 보통 2단압축기만 터빈을 이용하여 돌린다. 1단 압축기는 보통의 과급기와 마찬가지로 엔진의 동력을 그대로 사용...

터보과급기는 2차대전 중에는 미 육군 항공대가 잘써먹었는데, 이는 미국이 가스터빈기관을 개발하다가 때려치고 그때 얻은 터빈 설계기술로 대신 이 터보과급기를 발전시켰기 때문. 부피가 크고 무게가 무겁지만 대형폭격기에 쓰기에는 별 무리가 없었다. 특히 1930년대에 미군은 전투기보다는 '본토를 침공하는 적 함대를 멀리서 부터 조질 수 있는' 폭격기 개발에 몰두해 있었기 때문에 폭격기의 고고도 비행성능을 향상시켜줄 이 터보과급기를 매우 중요시했다.

한편 P-38 라이트닝과 P-47 썬더볼트 같은 대형 전투기도 이 터보과급기를 사용했다. 전자는 폭격기 요격용으로, 후자는 폭격기 호위용으로 개발한 전투기이다 보니 둘 다 뛰어난 고고도 비행성능이 필요했던 것.

P-47은 단발 왕복엔진 전투기중에는 유례없이 큰 편인데, 이는 중장갑과 많은 무장도 한 몫했지만 제일 큰 이유는 바로 이 터보과급기 때문. 터보과급기를 위한 긴 관이 동체를 지나다니기 때문에 같은 엔진을 사용하는 F4U 콜세어 보다도 훨씬 덩치가 커졌다.