건설기계기술사_과급장치(과급기)

건설기계기술사

돈잘돈잘 2022. 12. 13. 17:42

1. 과급장치란

내연기관의 효율을 높이기 위해서 연소실에 강압적으로 많은 공기를 공급하여 엔진의

흡입효율을 높임으로써 출력과 토크를 증대시키는 장치이다.

공기 압축기로 공기를 압축하여 밀도를 높이면 산소의 양이 많아지므로 연소효율이

상승하나 온도가 상승하면 공기는 다시 팽창하여 열 효율면에서 불리하므로 인터쿨러를

설치하여 압축공기를 냉각시킴으로써 높이진 공기밀도를 유지시켜 준다.

과급장치를 사용하면 최고압력과 온도를 높이지 않고 기관출력을 증가시킬 수 있다. 또한

배기의 소음효과가 있고 구조가 간단하고 신뢰성이 풍부하다. 그리고 연소효과가 좋고

기계효율이 향상된다. 뿐만 아니라 완전연소에 따른 연료소비량이 감소되고 마력당 중량이

감소된다. 아울러 CO, HC, NOx등의 배기가스와 매연을 감소시키는 효과가 있다.

무엇보다도 배기량을 늘리지 않으면서 엔진의 출력을 향상시킬 수 있는 기술이라 할 수 있는데,

이는 밸브의 크기와 개수를 늘려서 고회전시 엔진의 흡배기 효율을 향상시켜 더 많은 공기가

실린더에 공급되도록 하는 원리인 DOHC(Double Over Head Camshaft)와 비교되며 둘다

모두 한번에 연소시킬 수 있는 연료의 양을 증가시킨다는 원리에서 일치한다.

과급장치는 공기압축기(Air Compressor)의 구동방법에 따라 터보차져와 슈퍼차져로 나뉜다.

터보차져는 공기압축기의 회전부가 배기가스의 힘에 의해 구동되며 배기가스로 구동되는 터빈,

터빈에 의해 흡기를 압축하는 컴프레서 또는 임펠러 그리고 터빈과 임펠러를 연결하는 축으로

구성된다. 슈퍼차져는 엔진의 동력 일부를 사용하여 랭크 샤프트로부터 기어, 밸트 순으로 힘이

전달되어 공기압축기의 회전부를 구동시킨다. 슈퍼차져가 터보차져에 비해 엔진의 힘을 직접적으로

전달받기 때문에 반응속도가 더 빠르고 민첩하다. 또한 저속으로부터 높은 토크가 얻어진다.

하지만 클랭크 축 회전을 이용하므로 출력손실이 있다.

터보차져의 단점으로는 과급기의 압축비가 과하게 상승하면 연소실의 벽온도가 과열되어

가스의 유동이 늦어져 노킹이 발생하기 쉽다. 이는 스파크로 화염이 전파될 때 엔드존(end zone)

가스가 먼저 연소되어 조기폭발을 일으키기 때문이다.

터보차져는 보다 많은 혼합기를 연소시킬 목적도 있지만 고온의 배기를 이용하는 것으로부터 열을

어떻게 컨트롤할까가 중요한 시스템이다. 또한 과급기에 의한 과급압력이 실린더 내에 흡입되면

혼합기의 온도가 상승하면서 실린더 벽의 온도가 올라가 조기점화 발생으로 노킹이 발생하기 쉬우

므로 노크센서를 설치하여 점화 타이밍을 적정하게 컨트롤 할 수 있도록 조치해야 한다.