싱글터보

터보차저

싱글터보(single turbo)는 터빈과 스크롤이 1개만 존재하는 형태의 터보차저를 말한다. 2개의 터보차저를 사용하는 형태는 트윈터보라고 한다.

싱글터보는 일반적으로 통용되는 고정 지오메트리 터보차저(Fixed Geometry Turbocharger)의 형태가 가장 많이 나타난다. 고정 지오메트리 터보차저는 말 그대로 공기가 흐르는 경로의 직경이 고정되어 있는 형태다. 배기가스의 양이 과도한 경우에는 웨이스트게이트(Wastegate)를 이용하여 불필요한 배기가스를 빼낸다. 다른 방식에 비해 구조가 간단하고 가격 면에서 상대적으로 저렴하다는 장점이 있다. 반면 성능과 효율 면에서는 다른 방식에 비해 부족한 편이다. 또한 배기가스의 양이 상대적으로 부족한 저회전 영역에서 터보의 동작이 지연되는, 이른 바 '터보 랙(Turbolag)'현상이 발생하기 쉽다.

저회전역의 토크를 중시하는 디젤엔진에서는 일반적인고정 지오메트리 터보가 가진 불리함을 해결하기 위해, 가변지오메트리 터보차저(Variable Geometry Turbocharger, VGT)를 채용하는 경우도 있다. 가변지오메트리 터보차저는 공기가 흐르는 경로를 상황에 따라 넓히거나 좁힐 수 있도록 설계된 터보차저로, 배기가스의 양과 압력이 제한된 상황에서도 충분한 압력을 유지할 수 있어, 과거유로 3~4시절부터 국내 자동차업계에서도 상당수가 사용된 바 있다.

터보

터보차저란 배기가스의 압력으로 터빈을 돌려서 엔진에 들어가는 공기(디젤 엔진/가솔린 직분사 엔진)나 혼합기(가솔린 엔진)의 양을 늘려 엔진 파워를 증가시키는 방법이다. 본래 비행기의 고고도 비행시 "엔진에 들어가는 공기의 양이 줄어들면 그만큼 압축해서 더 불어넣으면 된다" 라는 개념에서 시작된 것으로, 1962년 GM에서 올즈모빌 컷래스 제트파이어와 쉐보레 코르베어 몬자 스파이더의 엔진에 도입한 것이 시초. 1974년에 출시된 포르쉐 911 turbo(930)가 배기가스를 이용하는 터보차저와 압력 조절기를 가진 현대적 의미의 터보차저를 가진 최초의 스포츠카다.

터보 장착만으로 엔진에 상당히 큰 힘을 추가로 얻기 때문에, 스포츠카에서 많이 이용되는 방법이다. 그 외에 트럭이나 버스에도 많이 활용되어 부족한 힘을 보충하고 있으며 엔진 다운사이징에도 활용된다. 현재 디젤 엔진의 경우 사실상 자동차든 선박이든 거의 대부분 터보차저를 장비하고 있다. 경유의 경우 에너지를 많이 갖고 있는 대신 발화점이 높고 잘 폭발하지 않는다. 때문에 과급기로 공기량을 늘려 연소를 돕는 게 거의 필수가 되었다. 사실상 과급기 없인 효율도 극도로 떨어지고 환경오염물질도 더 많이 배출한다.

한때 F1에서는 각광받던 기술이었으나 성능 하향을 위한 규제 때문에 진작에 퇴출되었다. 그러나, 2014년 F1의 엔진 규정이 종전의 2.4리터 V8 엔진에서 1.6리터 V6 터보엔진으로 변경되면서, 다시금 F1에 도입되었다.

터보란 말은 라틴어의 투르보(터빈)에서 유래했으며 최초의 터보 차저는 스위스의 공학자인 Alfred Büchi에 의해서 개발되었다. 이후 1차 세계대전 동안 프랑스의 공학자 Auguste Rateau는 터보 차저를 프랑스 전투기에 적용하고 그럭저럭 성공적이었다.

단순히 엔진에다가 터보차저를 2개 달면 트윈터보로 부르는데, 트윈 스크롤 터보와는 전혀 별개의 개념이다. 즉, 트윈 스크롤 터보는 터보차저 2개를 장착했다는 게 아니다. 트윈 스크롤 터보는 싱글터보이면서 배기 취출 구멍(불어내는 구멍)을 2개 설치한 것이다.

터보차저 3개를 달면 트리플 터보, 4개를 달면 쿼드 터보로 부른다. 또한, 이와는 별개로, 같은 크기의 터보차저 2개를 평행하게 설치하여 저회전에서는 1개, 고회전에서는 2개를 순차적으로 가동시키는 형태도 존재한다. 이를 시퀀셜 트윈 터보(SequentialTwin Turbo)라고 한다.

트리플 터보는 BMW의 고출력 승용 커먼레일 디젤 엔진에서 사용 중이고, 쿼드 터보는 1,000마력을 자랑하는 부가티 베이론이 이용하고 있다.

싱글터보 차량

• 7세대 골프 1.4 TSI : 기존 6세대 모델과 달리 싱글 터보 차저 방식이다. 6세대 모델의 경우 직분사 방식에 낮은 회전수에서 효율적인 출력을 내는 수퍼 차저와 고회전에서 큰 효율을 내는 터보 차저를 더해 리터당 115마력의 힘을 이끌어 내 좋은 평가를 받은 바 있다만, 7세대 모델은 수퍼 차저를 제외하고 터보 차저만으로 리터당 100마력의 힘을 내도록 설계되어 있다. 싱글 터보 방식으로 변경된 1.4 리터 가솔린 엔진은 최고 140마력을 4500~6000rpm에서 내고 최대 25.5kg.m 토크를 1500~3500rpm에서 발휘한다. 6세대 모델과 비교해보면 최고 출력은 20마력 정도 낮아진 반면 최대 토크는 1kg.m 높아졌다. 대신 최대 토크가 유지되는 구간은 1500~4500rpm에서 1500~3500rpm으로 좁아졌고 최고 출력이 유지되는 구간 역시 6500rpm에서 6000rpm으로 낮아졌다. 수치 상으로 보면 실제 가용 영역에서의 출력 저하 현상은 크지 않은 반면 3500~6500rpm 사이의 고회전 영역에서의 효율은 6세대 모델 대비 떨어지는 수준을 나타내고 있다.

• SUV '토레스' : 쌍용자동차가 2022년 7월 출시한 토레스는 1.5L 싱글터보 엔진이 탑재돼 차 크기와 무게에 비해 힘이 부칠 것이라 생각하지만, 시속 100km 구간까지 일상적인 주행 구간에서는 민첩하고 재빠르게 차가 움직인다. 가격은 2740만~3020만원.

• 기아 셀토스 1.6ℓ 싱글터보 차량 : 소형 SUV 국내 판매량 1위 모델. 1.6ℓ 싱글터보 엔진을 장착하고 있음에도 불구하고 저속 구간에서 밀고 나가는 힘이 강력하다. 실제로 1600rpm의 낮은 엔진회전수에서부터 최대토크가 발휘되기 때문이다.

참고자료

• 〈터보〉, 《나무위키》
• 박병하 기자, 〈다운사이징의 핵심, 터보차저〉, 《모토야》, 2019-01-22
• 정은지 기자, 〈(정기자의 車톡) '판매량 1위' 기아 셀토스, 매력 포인트 네가지〉, 《녹색경제신문》, 2022-10-06
• 오토기어, 〈REVIEW - 싱글 터보로 출력을 낮췄지만 단점을 개선해 상품성을 높인 7세대 골프 1.4 TSI〉, 《오토기어》, 2015-09-08
• 임경업 기자, 〈1.5L 터보엔진으로 시속 100㎞ 구간까지 민첩하고 편안한 주행〉, 《조선일보》, 2022-08-17

같이 보기

• 터빈
• 스크롤
• 압축기
• 터보엔진
• 터보차저
• 트윈터보
• 배기가스
• 하우징

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