▲전 포드 엔지니어 짐 클라크가 고안한 터보 엔진, 각 실린더에 터보차저가 하나씩 달려있다
[실린더마다 터보 하나씩! 멀티 터보 엔진 등장!]
‘터보랙(TurboLag)을 없애라’
터보차저를 달고 있는 모든 엔진이 가진 필연적인 숙제다. 터보랙 현상은 왜 발생하는 걸까?
▲일반적인 터보차저 엔진
터보차저는 배기가스가 나가는 힘으로 공기를 빨아들이는 원리로 작동한다. 빨아들여진 공기는 압축돼 실린더 안으로 밀어 넣어지고, 이는 더 큰 폭발력을 일으켜 출력을 보완한다. 똥 싸는 힘으로 더 많은 밥을 먹는 원리다.
터보랙 현상은 터빈을 돌릴 배기가스가 충분하지 않을 때 발생한다. 터보랙이 속도를 높일 때 발생하는 이유도 배기가스가 충분치 않아서다.
▲페라리 트윈 스크롤 터보 엔진
연구원들이 머리를 싸맨 결과는 어느 정도 결실을 봤다. 터보차저 두 개를 달고 있는 ‘트윈 터보’와 하나의 터보차저에 스크롤 두 개를 달아놓은 ‘트윈 스크롤 터보’, BMW는 쿼드터보까지 만들었다. 터보 차저에 전기모터를 다는 일렉트릭 터보도 등장한 상태.
초기 싱글 터보에 비해 눈에 띄게 줄기는 했지만, 여전히 터보랙은 존재한다. 진정 터보차저의 발전은 여기서 끝이란 말인가? 전 포드 엔지니어 ‘짐 클라크(Jim Clarke)’가 특허 출원한 엔진을 보면 마냥 그렇지도 않다.
▲터보차저는 배기가스가 돌아나가는 터빈 부와 터빈과 축으로 연결된 컴프레서 부로 구성된다
클라크는 엔진 실린더 하나에 각각 터보차저를 하나씩 연결한 신개념 엔진을 고안해냈다. 터보차저가 여러 개 달려있으니 ‘멀티 터보’라고 말해도 되겠다.
여기서 터보차저의 구조를 한번 짚고 넘어가자. 터보차저는 배기가스가 돌아나가는 터빈 부(Turbine Section)와 터빈과 축으로 연결된 컴프레서 부(Compressor Section)로 구성된다.
▲각 실린더에 터보차저가 하나씩 탑재돼, 실린더에 압축된 공기를 개별적으로 밀어 넣는다
이미지 속 붉은색으로 표시된 부분이 터빈 부, 푸른색으로 표기된 부분이 컴프레서 부다. 각 실린더에서 배출되는 배기가스가 터빈을 돌리고 동시에 축으로 연결된 컴프레셔 휠이 돌아가면서 실린더에 압축된 공기를 개별적으로 밀어 넣는다. 터보차저가 실린더를 맨투맨(Man-to-Man) 마크한다고 생각하면 쉽다.
잠시 ‘빠름~빠름~’이라는 CM송으로 유명한 5년 전 K 이동통신사 광고를 떠올려보자. 이 광고에서는 단일된 루트로 통하던 데이터를 여러 갈래로 나눠 데이터 통신을 원활하게 하는 기술을 손가락을 통해 광고한 바 있다.
▲K 이동통신사는 데이터를 여러 갈래로 나눠 데이터 통신을 원활하게 하는 기술을 손가락을 통해 광고한 바 있다. 이 터보엔진도 원리는 유사하다.
클라크가 고안한 터보차저도 비슷하다. 엔진에 하나 혹은 두 개 씩 탑재됐던 터보차저를 여러 갈래로 쪼개 압축 공기 흐름을 원활하게 하는 원리다.
소형화된 터보차저도 이점이 있다. 클라크에 따르면, 이 과급기는 일반 터보보다 훨씬 작아서 보다 신속하게 공기를 밀어 넣어 터보랙을 줄일 수 있다.
▲이 과급기는 일반 터보보다 훨씬 작아서 보다 신속하게 공기를 밀어 넣어 터보랙을 줄일 수 있다
이 신개념 터보 엔진은 아직 프로토 타입조차 나오지 않은 이론적인 구상 단계에 불과하다. 상용화 시기는 아직 알려지지 않았다. 실제로 이 엔진이 개발된다면 고질적인 터보랙 현상도 크게 줄어들지 않을까?
이미지 : KT 광고영상, 카렙DB
황창식 inthecar-hwang@carlab.co.kr
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