블로우 오프 밸브 장착과 터보 레그가 나타나는 원인
터보차저의 쉬운 이해들 (3)
터보 시스템을 장착하는 튜닝카들 중 대부분이 터보 레그 때문에 고생을 한다. 하지만 터보 레그는 터보 튜닝카뿐만 아니라 NA 튜닝카에서도 발생하는 현상으로 단지 터보차량에서 쉽게 느낄 수 있기 때문이다.
제3장 터보 레그란 무엇인가?
터 보레그란 간단히 말하자면 응답성이 지연이다. 응답성이란 운전자가 가속을 하고 싶어 액셀레이터터 페달을 깊게 밟았을때 실제 출력이 상승하기까지 걸리는 시간이라할 수 있다. 가속 응답성의 지연은 터보 차량에만 있는 것이 아니라 자연 흡기차량에도 동일하게 존재한다. 그런데 굳이 터보 차량에서 가속 응답성을 터보 레그라고 부르면서 자연 흡기 차량의 가속 응답성과 구별을 하는 것일까?
그 이유는 가속 응답성이 변화되는 범위가 자연흡기 엔진에 비해 터보 차량이 월등하게 크기 때문이다. 터보 차량이 운전중에 터보 레그를 느끼는 상황은 두 가지이다. 첫번째는 100rpm정도의 저 rpm에서부터 고 rpm으로 가속할때 터빈이 작동되기까지 걸리는 시간으로 이 경우 터빈의 크기와 A/R에 가장 많은 영향을 받는데 터빈의 크기와 A/R이 클수록 터보 레그가 심해진다.
터 빈의 특성에 따른 레그의 변화는 표1을 참조하면 쉽게 이해될 것이다. 그외에도 터빈의 날개 즉 임펠러의 형태, 인터쿨러의 크기, 흡기관의 형태에 따라 터보 레그는 달라진다. 그렇다면 이 터보 레그를 줄이기 위해서는 어떤 방법이 있을까?
가장 좋은 방법은 터빈을 신중하게 선택하는 것이며 ,그외에 엔진의 압축비와 배기 매니폴드의 형상, 흡기관의 형태, 인터쿨러, 임페러등을 바꾸어도 조금의 변화를 줄 수 있지만 이 부분은 터보레그가 아니라 엔진 출력면에서 차후에 별도로 설명하기로 한다.
터보 레그를 느끼는 두번째 상황은 터보가 작동하는 rpm에서 액셀러레이터를 on-off-on 시킬때, 다시말해 부스트를 걸어서 주행을 하다가 액셀러레이터에 발을 떼어 감속, 즉 부스트가 떨어지게 한후 다시 가속 시간이 지연된다.
주 행중에 액셀러레이터를 off하여 감속하면 스로틀 밸브가 닫히게 되는데 아주 짧은 시간이지만 터빈은 계속 작동되기 때문에 터빈에서 스로틀 밸브까지의 흡기관내에는 압력이 상승하게 된다. 이렇게 압력이 상승하게 되면 터빈에 과부하가 걸려서 내구성이 떨어지는 것은 물론 다시 가속을 하기위해 부스트를 상승시키려하면 흡기 관내 압력이 높기때문에 터빈이 작동되는데 시간이 걸린다.
이런 터보 레그를 없애기 위해서는 블로우 오프 밸브를 장착하여 관내 압력을 낮추어 주면 된다. 블로우 오프 밸브는 터빈과 스로틀 밸브 사이에 장착하는 스르링 밸브로 서지 탱크냉의 압력과 인테이크 파이프내의 압력차가 밸브의 장력 이상이 되면 열리게 된다.
액셀러레이터를 off시키면 서지탱크내의 압력은 순간적으로 진공이 되는 반면 흡기관내의 압력은 비정상적으로 높아지는데 이때 밸브가 작동하여 흡기관내의 공기를 방출하여 관내의 압력을 내려서 터보 레그를 없애준다.
블 로우 오프 밸브는 여러 가지 상품이 있는데 그 성능은 거의 동일하다고 할 수 있다. 요즘은 각 회사의 블로우 오프 밸브마다 공기 방출시 특유의 소리를 내는데 이 독특한 소리가 블로우 오프 밸브를 장착하는 또 하나의 이유가 되어버릴 정도로 터보 차량을 타는 운전자의 즐거움으로 받아들여지고 있다.
블로우 오프 밸브의 장착에는 특별한 기술이 필요하지는 않다. 하지만 중요한 사항은 방출되는 공기를 어디로 내보내는가 하는 것이다.
스 로틀 밸브 앞에 추가 인젝터가 장착된 차량의 경우는 대부분 방출 공기를 대기중으로 내보내지 않고 터빈 앞의 인테이크 파이프로 연결시켜서 다시 흡입한다. 이유는 스로틀 밸브앞에 추가 인젝터가 장착된 경우 스로틀 밸브가 닫혀서 관내의 압력이 올라갈때 그 공기중에는 연료가 포함되어 있다.
이런 연료가 포함된 혼합기를 블로우 오프 밸브를 통해 대기중으로 방출시킬 경우 휘발유 냄새가 나는 것은 물론 화재의 위험이 있기 때문에 터빈 앞의 인테이크 파이프로 연결하여 재흡입한다. 흔히 블로우 오프 밸브의 타입을 일반 블로우 오프 밸브와 시퀸셜 블로우 오프 밸브로 구분하는 기준이 되기도 한다.
터보 레그는 터보 튜닝카에서 심하게 나타나는 것으로 어쩔 수 없는 현상으로 인정하고 단지 줄여주는 것까지만 노력을 해야 한다. 이런 레그가 싫다면 터보를 달지 않는것이 가장 좋은 방법이라고 하겠다.
자 연 흡기 상태로 시속200km를 넘게 달리는 차량에 터보를 장착하여 출력을 높이면 최고 속도가 얼마나 증가하게 될까? 많은 사람들이 이 부분에 대해서 궁금하게 생각하는데 이에 대한 정확한 답은 '터보만 장착해서는 속도를 얼마 늘어나지 않는다'이다.
최 고 속도를 올리기 위해서는 생각보다 많은 부분에 대해 고려해야만 한다. 흔히 엔진의 출력을 올리고 이에 맞는 기어비를 가진 트랜스미션만 있으면 최고속도가 향상되리라 예상한다. 물론 이론적으로는 정확한 이야기이다. 하지만 여기에는 몇가지 한계와 생각하지 못했던 숨은 요소가 있다.
엔진 출력의 경우 두배쯤 올린다고 가정하지만 실제 사용하기에는 조금 문제가 있다. 자연 흡기 엔진에 터보를 장착해서 출력이 두배가 되었다고 하지만 이는 순간적으로 어느정도 시간 사용하는 것이 지속적으로 최고rpm 최고 부스트를 써서 계속 주행한다면 아무도 내구성을 보장할 수 없다.
이는 터보키트를 장착하였기 때문에 키트의 완성도가 떨어져서 내구성이 떨어지는 것도 있겠지만 실제적으로 터보 엔진의 내구성에 대해서 장담할 수 있는 양산 터보차량 메이커가 몇개나 되는지는 누구도 자신있게 대답할 수는 없을 것이다.
다 시 말하자면 터보는 최고 속도를 내기 위해서 액셀러레이터 페달을 한계점까지 밟기 위해 장착하는 것이 아니라 가속하는 느낌 즉 중-고속까지의 가속감을 즐기기 위해 장착하는 것이다. 기어비의 경우 최고 속도를 위해 무조건 낮출수는 없다. 이 대문에 외국의 최고속 스포츠카들은 최하 17인치이상의 큰 사이즈 휠과 타이어를 장착한다. 즉 접지면적을 넓혀서 안정성을 높이는 목적외에 기어비에서 오는 한계를 넘기 위해서이다.
이와함께 중요한 요소가 공기 자항으로 공기 저항은 속도의 제곱에 비례하여 증가되는 요소로 시속 200km일때가 시속100km일때에 비해 4배의 공기 저항을 받는다고 생각할 수 있다. 이렇듯이 공기 저항계수를 줄이는 것이 엔진출력을 높이는 것만큼이나 최고속도를 높이기 위해서는 중요하다. 이와 함께 차체의 강성, 서스팬션 또한 중요한 요소가 된다.
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