터보차저 엔진에 대해 알아야 할 사항

내연기관의 고출력 입력장치에 대해 들어보셨나요? 그 비결은 바로 터보차저 . 터보라고도 합니다. 이것은 20세기 초 스위스의 엔지니어인 Alfred Buchi에 의해 발명되었습니다. 그는 디젤 엔진의 출력을 높이기 위해 프로토타입을 도입했습니다.

오늘날 터보차저는 대부분의 가솔린 ​​및 디젤 엔진의 표준 장치가 되었습니다. 더 낮은 제조 비용으로 더 나은 성능을 위해 터보차저의 설계를 개선하는 방법에 대한 연구는 여전히 진행 중입니다. 진동으로 인한 응력과 베어링 성능이 주요 고장 요인이지만. 이러한 이유로 회전 역학 해석은 터보차저 설계 프로세스의 중요한 부분이어야 합니다. 글쎄요!

자동차 엔진에서는 흡기 연료/공기 혼합기로 연소실에서 동력이 생성됩니다. 압축 후 혼합물을 배기 가스로 방출하여 폐기물이 되고 심지어 대기 오염을 유발합니다. 그러나 배기 가스를 쓸모 없게 만드는 대신 터보 차저는 엔진을 더 빠르게 작동시키기 위해 배기 가스를 사용합니다. 설명하겠습니다.

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오늘 우리는 터보차저의 정의, 기능, 응용, 부품, 역사, 다이어그램, 유형, 작동 원리 및 장점과 단점을 살펴볼 것입니다. 이 문서는 광범위하므로 지식을 얻기 위해 끝까지 읽어보시기 바랍니다.

터보차저 정의

터보차저는 연소실로 여분의 압축 공기를 강제로 공급하여 내연 기관의 효율과 출력을 증가시키는 터빈 구동 강제 유도 장치입니다. 이 열풍 유도는 압축기가 정상 대기압보다 더 많은 공기와 그에 비례하여 연소실로 더 많은 연료를 공급할 수 있기 때문에 작동하는 것으로 보입니다.

터보차저는 차량의 엔진에 장착하여 전반적인 효율을 높이고 엔진의 성능을 향상시키는 장치입니다. 터보차저는 원래 터보과급기로 알려져 있습니다. 모든 강제 유도 장치는 과급기로 분류되기 때문입니다. 과급기는 기계적으로 구동되는 강제 유도 장치에 주어진 용어입니다.

터보차저와 기존 과급기의 차이점은 터보차저는 엔진의 배기가스로 구동되는 터빈에 의해 구동된다는 점입니다. 반면 과급기는 종종 벨트로 연결된 엔진 크랭크축에 의해 기계적으로 구동됩니다. 그러나 터보차저는 더 효율적이지만 응답성이 떨어집니다. 트윈 차저라는 용어는 터보차저와 슈퍼차저가 있는 엔진을 말합니다.

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이력

터보차저에 대한 간략한 역사는 스위스 빈터투어에 있는 Gebruder Sulzer Engine Company의 자동차 엔지니어 워크샵에 고용된 창립자 Alfred J Buchi(1879 – 1932)에게 돌아갑니다. 이 프로젝트는 1905년 독일에서 특허를 받은 제1차 세계 대전 1년 전에 개발되었습니다. 그는 40년 후 사망할 때까지 프로젝트를 계속 개선했습니다.

일부 다른 엔지니어들도 터보차저 프로젝트에 참여해야 합니다. 몇 년 전에 Dugald Clark 경(1854 – 1932)은 2행정 엔진의 스코틀랜드 발명가였습니다. 그는 두 개의 별도 실린더를 사용하여 내연의 압축 및 팽창 단계를 분리하는 실험을 했습니다.

그의 실험은 과급기처럼 작동하여 실린더로의 기류와 연소될 수 있는 연료의 양을 모두 증가시켰습니다. Louis Renault, Gottlieb Daimler, Lee Chadwick과 같은 다른 엔지니어들도 과급 시스템에 참여합니다.

터보차저의 기능

터보차저의 주요 기능은 자동차 엔진의 작동 효율을 높이는 것입니다. 몇 가지 한계에도 불구하고 터보가 항상 존재하는 이유는 다음과 같습니다.

• 엔진 용량을 늘리지 않고도 추가 성능을 제공합니다.
• 연료 연소율의 증가 없이 엔진을 더 빠르게 작동시킵니다.
• 공해를 일으키지 않고 탄소 II 산화물(배기가스)을 사용합니다.

터보차저의 응용

터보차저는 일반적으로 트럭, 자동차, 기차, 항공기 및 건설 장비와 같은 자동차 엔진에 사용됩니다. 오토 사이클 및 디젤 사이클 내연 기관의 최신 릴리스에는 터보 차저가 장착되어 있습니다.

터보차저의 일부 응용 프로그램에 대해 자세히 설명합니다.

가솔린 및 디젤 동력 자동차: 앞서 언급했듯이 터보 차저 자동차는 주어진 용량에 대한 출력을 높이기 위해 가솔린 및 디젤 자동차에 일반적입니다. 또한 연료 효율을 높여 배기량이 적은 엔진을 사용할 수 있습니다. 이 엔진은 무게가 약 10% 줄었고 연료 소비량은 최대 30% 줄었지만 여전히 동일한 최대 마력을 제공합니다.

최초의 터보 차저 승용차는 Oldsmobile Jetfire 옵션이었습니다. 그것은 모든 알루미늄 V8과 corvairs라는 Chevrolet 제품에서 215cu까지 구성 요소를 사용합니다. 처음에는 Monza Spyder 냉각식 평면 6기통 엔진이라고 합니다.

디젤 자동차는 디젤 엔진의 향상된 효율성, 주행성 및 성능을 사용하기 때문에 터보차저에 크게 의존합니다. 1978년에 소개된 가렛 터보차저 벤츠 승용차에서 생산됩니다.

트럭: 같은 이점을 위해 디젤 트럭 엔진은 1938년부터 터보차저 기능을 갖추고 있습니다.

항공기: 1년에 걸쳐 터보차저의 효과는 비행기의 효율성도 증가시킵니다.

오토바이: 대부분의 일본 회사는 1980년대 초반부터 터보차저가 장착된 고성능 오토바이를 생산했습니다. 터보 차저 오토바이는 거의 없지만 배기량이 많기 때문입니다. 터보차저가 장착된 소형 배기량 엔진의 토크 및 출력 이점을 제공하지만 보다 선형적인 출력 특성을 반환하는 자연 흡기 엔진을 사용할 수 있습니다.

읽기:내연 기관의 구성 요소

터보차저 부품

다음은 터보차저의 주요 부품과 기능입니다.

• 카트리지(완전히 조립되고 균형잡힌 터보차저 코어)
• 진공 액추에이터 및 공압 액추에이터
• 전자 액추에이터(전기 서보 드라이브)
• 압축기 하우징(터보차저 냉각 섹션/부품의 하우징)
• 터보차저 수리 키트(빠른 경미한 수리를 위한 예비 부품 키트/세트)
• 압축기 휠(터보차저 압축기 휠)
• 샤프트 및 휠(터빈 휠이 있는 터보차저 샤프트, 터빈 로터)
• 노즐 링 하우징(VNT 형상 제어 요소용 하우징)
• 베어링 하우징(카트리지 하우징, 터보 코어 하우징)
• 백플레이트(압축기 쪽의 터보차저 코어 플레이트)
• VNT 노즐 링(VNT 터보차저, VNT 형상 제어 노드용 노즐이 있는 링)
• 방열판(터보차저 코어 방열판)
• 가스켓 키트(터보차저 가스켓 키트/세트)
• 액추에이터 센서(압력 센서, 위치 센서
• VNT 개스킷(VNT 터보차저용 내부 개스킷)
• 터빈 하우징(터보차저 핫 섹션/부품의 하우징)
• 전자 액추에이터 부품(전기 모터, 샤프트, 터보차저 서보 드라이브의 기어).

터보차저 유형

다음은 존재하는 다양한 유형의 터보차저입니다.

단일 터보:

단일 터보는 존재하는 가장 단순하고 가장 일반적이며 가장 저렴한 유형의 터보차저입니다. 그것은 무한한 가변성을 가지고 있으며 더 작은 터보이기 때문에 더 빨리 스풀링할 때 더 나은 저급 그런트를 제공합니다. 단일 터보에는 압축기와 터빈이 회전하는 데 마찰이 적은 볼 베어링과 저널 베어링이 있습니다.

단일 터보차저의 이점은 더 작은 엔진에도 터보 기능을 사용할 수 있고 비용 효율성도 고려되며 단순하고 설치가 더 쉽다는 것입니다. 또한 엔진 효율도 증가합니다.

다음과 같은 장점에도 불구하고 몇 가지 제한 사항이 여전히 발생합니다. 상당히 좁은 유효 rpm 범위를 가지고 있습니다. 싱글 터보는 더 나은 하이엔드 파워와 좋은 로우엔드 토크 중 하나를 선택해야 하기 때문에 크기 조정에 문제가 있습니다. 마지막으로 다른 터보 유형에 비해 응답이 느릴 수 있습니다.

트윈 터보:

트윈 터보는 각 실린더 뱅크(v8, v12 등)에 대해 단일 터보차저를 허용하는 또 다른 옵션입니다. 또는 단일 터보차저를 낮은 rpm에 사용하고 높은 rpm의 경우 더 큰 터보차저로 우회할 수 있습니다. 하나는 낮은 rpm에서 사용되고 둘 다 더 높은 rpm에서 사용되는 두 개의 유사한 크기의 터보입니다(14, 16). BMW x5 M 및 x6 M은 v8의 양쪽에 하나씩 트윈 스크롤 터보를 사용합니다.

트윈 터보의 이점은 순차 또는 낮은 rpm 및 높은 rpm 모두에서 터보에 있습니다. 더 넓고 평평한 토크 곡선, 더 나은 저역 토크를 허용하지만 단일 터보처럼 높은 rpm에서 출력이 줄어들지 않습니다. 이러한 터보차저의 제한 사항에는 구성 요소가 거의 두 배로 늘어나므로 비용과 복잡성이 포함됩니다. 그리고 더 가볍고 유사한 결과를 얻을 수 있는 다른 대안이 있습니다.

읽기:가솔린과 디젤 엔진의 차이점

트윈 스크롤 터보:

거의 모든 면에서 트윈 스크롤 터보차저는 싱글 스크롤 터보보다 낫습니다. 두 스크롤을 사용하는 동안 배기 펄스가 나누어지기 때문입니다. 예를 들어, 1 3 4 2의 발사 순서를 갖는 4기통 엔진에서 실린더 1 및 4는 터보의 한 스크롤에 공급될 수 있습니다. 반면 실린더 2와 3은 별도의 스크롤에 공급됩니다. 이러한 유형의 터보차저의 목적은 실린더에 겹침이 있다는 것입니다. 피스톤이 하사점에 도달하면 실린더가 파워 스트로크를 종료하고 배기 밸브가 열립니다. 이 시간 동안 실린더 2는 밸브를 닫고 흡기 밸브를 열어 배기 행정을 종료합니다.

기존의 단일 스크롤 터보 매니폴드는 상당히 다릅니다. 실린더 1의 배기 압력은 두 배기 밸브가 일시적으로 열려 있기 때문에 실린더 2가 신선한 공기를 끌어들이는 것을 방해합니다. 이렇게 하면 터보에 도달하는 압력이 줄어들고 두 번째 실린더가 흡입하는 공기의 양이 줄어듭니다.

터보차저의 장점은 더 많은 에너지가 배기 터빈으로 보내지고 더 넓은 rpm 범위의 효과적인 부스트가 달성된다는 것입니다. 이것은 스크롤 디자인이 다르기 때문입니다. 기본적으로 배기 가스 청소를 방해하지 않으면서 더 많은 밸브 겹침이 있어 조정 유연성이 향상됩니다.

싱글 터보에 비해 비용과 복잡성이 높고 특정 엔진 레이아웃과 배기 설계가 필요하다는 한계가 있습니다.

가변형 터보차저(VGT):

터보차저의 가변 지오메트리 유형은 디젤 엔진에서 일반적이며 생산이 제한됩니다. 이것은 비용과 이국적인 재료 요구 사항 때문입니다. 터보차저 내의 내부 베인은 rpm에 상응하도록 면적 대 반경 A/R 비율을 변경합니다. 즉, 낮은 rpm에서 낮은 A/R 비율을 사용하여 배기 가스 속도를 높이고 터보차저를 빠르게 스풀링합니다. 회전수가 올라가면 공기 흐름을 증가시키기 위해 A/R 비율이 높아져 터보 지연이 줄어듭니다. 또한 낮은 부스트 ​​임계값과 넓고 부드러운 토크 밴드로 이어집니다.

이 유형의 터보의 이점은 넓고 평평한 토크 곡선이 생성된다는 것입니다. 이것은 매우 넓은 rpm 범위에서 효과적입니다. 단일 터보가 필요하여 순차 터보 설정을 보다 컴팩트한 것으로 단순화합니다. 그 한계는 배기 가스가 더 낮아서 베인이 헤드에 의해 파괴되지 않는 디젤 응용 분야에서만 사용된다는 것입니다. 가솔린 엔진에 터보를 사용하면 신뢰성을 유지하기 위해 고가의 이국적인 금속이 사용됩니다.

가변 트윈 스크롤 터보차저:

가변 트윈 스크롤 터보는 VGT보다 훨씬 저렴하므로 가솔린 터보차저에 선호됩니다. 그것은 VGT와 트윈 스크롤 설정을 결합하므로 낮은 회전에서 스크롤 중 하나가 완전히 닫혀 모든 공기가 다른 쪽으로 강제로 들어갑니다. 엔진 속도가 증가함에 따라 밸브가 열려 다른 스크롤로 공기가 유입되고 우수한 고급 성능을 얻을 수 있습니다.

터보차저의 장점은 넓고 평평한 토크 곡선을 허용하고 VGT보다 디자인이 더 견고하다는 것입니다. 비용과 복잡성 또한 한계이며 이전에는 원치 않는 기술이었습니다.

전기 터보차저:

터보차저에 전기 모터를 적용하여 기능을 향상시키고 엔진에 즉각적인 부스트를 제공합니다. 로우 엔드 토크가 쉽게 생성되고 지연이 제거됩니다. 이 터보차저는 모든 것 중 최고입니다. 아마도 새 버전에서는 성능이 저하될 수 있습니다.

그 이점은 전체에 걸쳐 균일한 토크와 함께 더 넓은 유효 rpm 범위가 생성된다는 것입니다. 전기 모터가 배기 터빈에 직접 연결되어 낭비되는 에너지를 회수합니다. 그리고 앞서 언급한 것처럼 필요한 경우 압축기를 전력으로 회전시켜 터보 지연과 불충분한 배기 가스를 사실상 제거할 수 있습니다.

복잡성과 비용은 전기 모터에 대한 설명이 이제 포함되기 때문에 터보 차저의 단점 중 하나입니다. 특히 필요할 때 터보에 충분한 전력을 공급하는 온보드 배터리를 추가할 때 포장과 무게도 문제입니다. VGT 또는 트윈 스크롤과 같은 다른 유형에서도 유사한 이점을 얻을 수 있습니다.

작동 원리

제트 엔진이 어떻게 작동하는지에 대한 기본 지식이 있으면 터보차저가 장착된 자동차를 이해하는 것이 훨씬 쉬울 것입니다. 설명하자면, 제트 엔진은 앞쪽에서 신선한 공기를 빨아들여 챔버에서 사용하여 연료와 혼합하고 연소시킵니다. 그런 다음 등을 통해 뜨거운 공기를 내뿜습니다. 엔진 전면에 있는 압축기(에어 펌프)를 구동하는 소형 금속 풍차로 만들어진 터빈을 지나 뜨거운 포효. 엔진은 이를 사용하여 공기를 엔진으로 밀어 넣어 연료가 제대로 연소되도록 합니다.

자동차 피스톤 엔진의 터보차저에도 유사한 프로세스가 적용됩니다. 배기 가스는 추가 공기를 실린더로 밀어 넣는 공기 압축기를 회전시키는 터빈을 구동하는 데 사용됩니다. 터보차저 자동차가 더 많은 출력을 생산할 수 있는 이유는 초 단위로 더 많은 연료가 연소됩니다. 이는 초당 더 많은 에너지입니다.

터보차저는 샤프트로 함께 연결된 두 개의 반쪽으로 만들어집니다. 하나는 뜨거운 배기 가스에 의해 회전하는 터빈을 포함하고 다른 하나는 공기를 흡입하여 엔진으로 압축하는 터빈을 포함합니다. 이 압축은 엔진에 추가 출력과 효율성을 제공합니다. 더 많은 공기가 연소실로 들어갈수록 더 많은 연료가 추가되어 추가 출력을 생성합니다.

압축 공기는 밀도가 낮은 뜨겁고 라디에이터 위로 올라갑니다. 이 뜨거운 공기는 연료 연소에 덜 효과적입니다. 이 때문에 압축기에서 나오는 공기는 실린더에 들어가기 전에 냉각되어야 합니다. 이것이 압축기에서 나온 뜨거운 공기가 연소실로 들어가기 전에 여분의 열을 제거하는 열교환기를 통과하는 이유입니다.

읽기:내연 기관의 분류

추가 능력이 어디에서 오고 얼마나 얻을 수 있는지

대부분의 사람들은 터빈 엔진이 받은 배기 가스에서 추가 동력을 제공한다고 생각하지만 사실이 아닙니다. 배기 가스는 공기를 연소실로 전달하는 압축기를 구동하여 엔진이 매초 더 많은 연료를 연소할 수 있도록 하는 데 사용됩니다. 추가 동력은 더 빠른 속도로 연소되는 추가 연료에서 얻습니다.

터보차저가 제공하는 추가 출력의 양은 구성 요소의 크기에 따라 결정됩니다. 터보차저는 원하는 출력에 따라 엔진을 더욱 강력하게 만들기 위해 개선될 수 있습니다. 그러나 개선에는 한계가 있습니다. 실린더는 너무 커서 혼합할 공기와 연료를 많이 받을 수 있습니다.

터보차저의 장점과 단점

장점:

다음은 터보차저의 이점입니다.

• 엔진에 추가 동력이 제공됩니다.
• 폐배기가스를 사용하여 엔진에 자유 동력이 제공됩니다. 그것을 운전하는 데 엔진의 힘이 필요하지 않습니다.
• 디젤 엔진과 가솔린 엔진 모두에 사용됩니다.
• 엔진의 연비를 개선합니다.

단점:

터보차저의 장점에도 불구하고 두 가지 주요 제한 사항이 여전히 발생합니다. 다음은 터보차저의 단점입니다.

터보차저의 가장 큰 문제 중 하나는 터보 지연으로 알려져 있습니다. 이것은 스로틀을 밟았을 때 발생했으며 엔진 속도가 빨라지는 데 시간이 걸립니다. 즉, 터보차저는 엔진 속도를 반영하는 데 시간이 걸립니다.

엔진 속도가 낮으면 필요한 동력을 제공하기 위해 압축기를 회전시킬 배기 가스가 충분하지 않습니다. 스로틀을 누른 후 필요한 배기 가스가 생성됩니다. 이 효과는 저단 기어로 저단 변속하면 줄어들지만 전문 운전자는 때때로 응답에서 분할 지연을 알아차립니다.

터보차저의 두 번째 한계는 일상적인 운전 조건에서 발생하지 않습니다. 엔진이 한계에 도달했을 때만 발생합니다. 배기 가스에서 발생하는 열은 매우 뜨거워져 터보차저가 빨간색으로 빛나기 시작합니다.

이것이 대부분의 터보차저 스포츠카가 엔진 아래쪽에 통풍구가 있도록 설계되는 이유입니다. 이 통풍구는 공기 순환을 일정하게 유지하고 부품을 냉각시킵니다.

읽기:프로펠러 샤프트의 작동 및 효과

결론적으로, 우리는 터보차저의 다양한 기능을 보여주었습니다. 그 중 하나는 엔진의 작동 및 연료 효율성을 높이는 것입니다. 우리는 또한 다양한 유형의 터보와 작동 원리를 봅니다. 장점과 단점도 공개합니다.

지식이 얻어지기를 바랍니다. 그렇다면 다른 기술 학생들에게 이 사이트를 친절하게 설명하고 공유하고 추천하십시오. 감사합니다!