앞선 글에서는 과급 장치의 종류와 터보 차저의 종류 (2단 차저 및 트윈 터보) 등에 대해서 살펴보았다.
오늘은 터보 차저의 종류 그 연장선에서 또 다른 터보 차저를 이야기해볼까 한다.
터보 차저에 대한 이해에 도움이 될 거 같다면 도장 꾸욱~!!!
* 과급 장치 관련글
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이번 포스팅에서 다룰 과급 장치는 하이브리드 터보 차저 (Hybrid Turbo-charger)이다.
하이브리드라는 개념은 자동차에서 비롯되어 최근에는 대중에게 널리 알려져 있는데, 여기서 쓰이는 하이브리드 개념은 그 자동차에서의 의미와 비슷하다고 볼 수 있다.
시스템 개략도는 아래 그림과 같다.
구조는 기존의 터보 차저와 비교하였을 때 2차 전지 개념의 전기를 충전할 수 있는 Storage Device(배터리)가 추가되어 있는 것을 볼 수 있으며, Power Electronics (모터) 장치가 추가로 필요하게 된다. 즉, 하나의 축으로 연결되어 있던 압축기와 터빈 사이에 모터를 집어 넣은 것이다. 이것은 마치 마일드 하이브리드 (Mild hybrid) 혹은 e-assist 개념과 비슷하다.
하이브리드 터보 차저의 작동 모드는 아래처럼 가속 (Acceleration), 충전 (Charging) 크게 2가지로 구분할 수 있다.
먼저 가속 모드에 대해서 살펴보자.
가속 모드는 말그대로 더 속도를 내기 위해서 운전자가 가속 페달을 밟을 때를 말하는 것으로, 이렇게 저속에서 고속으로 가는 과정에서 기존 터보 차저에서는 터보 랙이 발생한다. 하지만 이 하이브리드 터보 차저에서는 가속을 위한 과급을 모터로써 제어를 하게 된다. 결국 동력원만 다를 뿐이지 슈퍼 차저의 출력과 비슷한 결과를 얻을 수 있는 셈이다. 물론 배기가스로 부터 얻어지는 터빈의 회전력 또한 압축기의 과급에 일조를 하겠지만 모터에 의한 과급에 비해 비중이 작을 수 밖에 없다.
이러한 자세한 제어는 엔진 제어의 몫으로 볼 수 있다.
그리고 엔진 스피드(rpm)가 고속에 도달했을 때는 충전 모드에 진입하게 된다.
엔진이 고속으로 회전 시에는 압축기에서 과급에 쓰이는 에너지보다 터빈에서 월등히 많은 에너지가 발생되는데, 이렇게 필요 에너지 이상의 초과분은 배터리와 같은 저장장치에 충전된다. 그리고 충전된 에너지는 이후에 가속 모드에서의 과급이나 또 다른 부하(Load)에 적절하게 사용될 수 있다.
이렇게 살펴본 하이브리드 터보 차저는 Aeristech LTD.社에서 개발이 되고 있으며, 터보 차저의 단점인 터보 랙을 개선하고 엔진의 다운사이징이 가능하여 기술 효과는 CO2 배출과 연료 소비율이 30% 저감될 수 있을 것으로 주장하고 있다.
이 시스템은 새로 추가되는 Power Electronics, Storage Device의 연구가 병행되어야하기 때문에 그 기술 개발의 효과는 기대 이상일 수도 있겠지만 상용화까지는 상당한 시일이 걸리지 않을까 생각해본다.
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