자동차의 출력증대의 비법으로 널리 알려진 터보 (Turbo)그러나 그 터보의 이름만큼이나 생소하고 어떤 원리에서 작동하는지 조차 모르는 사람들이 참 많다. 혹은 대충 알고는 있지만 정확하게 어떻게 관리해야하며, 어떤방식으로 운전해야하는지 모르는 이들도 많다. 그럼 이 터보차저(Turbocharger)의 원리에 대해서 알아보도록 하자. 우선 자동차의 출력증대의 방법으로는 여러가지가 있지만 눈에 띌만큼의 출력증대를 하는 방법으로는 크게 슈퍼차저(Supercharger)와 터보차저(Turbocharger)로 나뉘게된다. 그러나 근래에 이르러서는 거의 모든 차량들에 터보차저를 장착하여 마력증대를 꾀하고 있다는점이 세계적인 트렌드이다. 또한 지속적으로 개선되고 있어, 터보차저의 약점을 보완함으로서 더욱 많은 차종과 메이커들이 자주 사용하는 방식으로 자리잡았다. 현대자동차의 차세대 스포츠카라고 불리우는 제네시스 쿠페 (프로젝트명; BK, 2008년말 출시예정) 역시 엔진라인업중에 2.0 터보엔진을 장착할 예정이라고 한다. 그럼 왜 자동차 메이커들은 애초부터 강한 엔진을 개발하지 않고 터보에 의존해야하는것인가? 그 이유는 간단하다. 고성능 엔진을 개발하기 위해서 상당히 어렵고 오랜 개발시간이 걸린다. 또한 처음 개발에 고성능의 높은 배기량의 엔진을 만들다 보면, 판매량에서 높은 비중을 차지하는 소형, 준중형 차량등에 이 큰 엔진의 장착이 불가능 해진다. 그래서 낮은 배기량(2000cc내외)의 엔진을 주로 개발하게 되는데, 이런 낮은배기량의 엔진은 그 자체만으로 고출력을 만들기는 어렵다. 따라서 이 낮은 배기량의 차량들에 터보차저를 달아줌으로서 부족한 출력과 강한 토크(Torque)를 만들어주는것이 해결책이 된다. 상대적으로 엔진개발보다 터보차저는 간단한 터빈(Turbine)과 인터쿨러(Intercooler)의 장착만으로 그 효과를 볼 수있기 때문에 엔진 개발에 드는 금전적 투자와 개발기간등을 줄일 수 있다. 이 때문에 낮은 배기량의 차량들과 강한 견인력을 필요로하는 SUV(Sport Utility Vehicle), 트럭, MPV(Multi-Purpose Vehicle, 승합차) 등에 터보차저는 널리 사용되고 있다. 터보의 원리와 용어를 알아야지만, 터보차저의 특성을 알 수 있다. 우선 근래에 생산되는 차량에는 터보만 독립적으로 장착된 차량은 드물다. 따라서 터보와 함께 냉각장치인 인터쿨러는 함께 장착되며, 이 둘을 통틀어 터보차저(Turbocharger)라고 칭한다. 본래는 인터쿨러없이 터보만 장착된 차량을 터보차저라 불렀으나, 기술의 진보에따라 터보차저안에 인터쿨러의 의미를 내포하게 되었다. 국내 최초 터보차량이었던 현대 스쿠프(Scoupe)의 경우는 인터쿨러 없이 터보(과급기, Turbine)만 장착된 차량이었기에 냉각계통계 불안정으로 차량의 수명도 짧았고, 관리에 어려움이 많았던 차량이다. 그 뒤로 현대자동차는, 선뜻 생산차량에 터보차저 장착을 꺼려왔었다. 근래에는 세계적인 터보차저 장착 추세와 시장성에서도 많은 구매자들이 터보차저를 선호하기에 추후 생산될 제네시스 쿠페에는 터보를 장착할것으로 보인다. 터보는 터빈(Turbine)이라는 부속이 핵심부품이며, 과급기(過給機)라고도 불린다. 과급기라는 이름에서도 알 수 있듯이 자동차엔진에서 발생하는 행정가운데 마지막 행정인 배기과정에서 배출되는 배기가스를 바로 머플러(Muffler)로 배출하지 않고 터빈(과급기)을 통해서 재 앞축시켜 엔진으로 집어넣는다. [이때 배기가스의 역할은 터빈의 날개를 돌려 흡기를 향상시킨다.] 이렇게 하면 엔진안의 내압(內壓)은 상승하면서 폭팔행정시 효율역시 상승하게 된다. 폭팔행정이 상승하면 당연히 자동차의 행정도 빨라지고 이는 곧 동력의 생산에도 박차를 가해지면서 자동차의 출력(회전수)와 토크(Torque)가 상승하게 된다. 그러나 이때 배기가스의 재 압축을 통해서 발생하는 열이 터보차저의 큰 약점으로 자리잡게 되기에 이 고열(高熱)을 낮추기 위해서 추가적인 냉각장치인 인터쿨러(Intercooler)가 필요하게 되는것이다. 이 때문에 터보차저의 효율은 열과의 싸움이라고도 한다. 엔진이라는것은 모름지기 과열을 하게되면, 이른바 자동차 일사병이라 불리는 퍼콜레이션현상(Percolation)이 발생하거나 심할경우는 엔진블로우(Engine Blow)를 발생시키게 되는데, 터보차저에 의한 과열은 후자쪽에 해당한다. 즉 터보차저에서 발생하는 발열은 엔진내부로 직접 가해지기때문에 엔진블락균열이나 엔진헤드크랙(Head Crack)등이 생기면서 엔진이 완전히 폭팔하는 경우를 발생시킨다. 퍼콜레이션 현상은 외부적인 열과 내부적인 열에의해서 자동차의 냉각계통이나 오일계통의 증발로 인한 엔진의 시동꺼짐정도로 오일양체크후 재 주입과 열을 식혀주는것만으로 복구가 가능하지만, 터빈의 과도한 양의 배기가스의 과급은 엔진에 무리를 준다. 이 때문에 터보차저에 냉각장치는 필수적인것이다. 이런경우를 고려해서 터보차저 장착차량은 엔진의 한계수치등을 계산하여, 엔진이 감당할 수 있는 양만큼의 배기가스만 터보차저를 통해 압축되며 별도의 인터쿨러를 통해 냉각효율을 높인다. 따라서 엔진블로우 등을 걱정할 필요는 없다. 그러나 튜닝등을 통해서 터보차저를 장착하는 경우라면, 논터보(None Turbo) 엔진에 보강을 통해서 터보차저를 장착하는 경우도 있다. 이른바 오버스펙(Over Specification)이라 불리우는 고출력 튜닝차량들은 300마력대를 넘나드는 고출력의 대용량 터빈을 장착하다보니, 냉각계통은 물론 엔진의 거의 모든 부분을 보강하여, 아주 높은 고열에서도 엔진이 버텨낼 수 있도록 튜닝을 하게된다. 이럴경우 투자되는 비용은 상상하기 어려울 정도의 많은 비용이 들어가고, 또한 유지비와 관리비 면에서도 지출이 많다. 터보의 가장큰 매력은 바로 폭팔적인 가속력과 넘치는 추진력이다. 이는 맛보지 않고서는 아무리 설명을 해도 알 수가 없다. 터보차저 장착 차량들은 일정 RPM (Revolution Per Minute, 분당 엔진회전수)에서 부터 걸리는 파워밴드(Power Band)가 있다. 예를 들어 3000RPM에서부터 파워밴드라면 3000RPM이하에서는 가속을 해도 별다른 느낌이 없다가 3000RPM부터 터빈이 가동되면서 엔진의 효율이 증가되고 이때 발생하는 강한 추진력이 바로 일반 논터보차량에서는 느낄 수 없는 박진감이다. 이 떄문에 많은 사람들이 거금을 들여서라도 기를 쓰고 터보차저를 장착하려고 하는것이다. 그럼 터보에는 약점이 없는가? 물론 약점이 있다. 터보의 가장 취약한 약점은 열 그리고 터보렉(Turbo lag)라는것이 있다. 열에대한 언급은 이미 위에서도 많이 했기에 터보렉이 무엇인지 알아보자. 터보차저는 파워밴드라고 불리우는 직접적인 터보의 배기가스 압축시점을 제외한 상태에서는 여느 논터보 차량과 다르지 않다. 오히려 터보가 작동하지 않는 순간에는 그다지 강한 힘과 추진력을 얻기란 어렵다. 이 파워밴드가 걸리기 전까지의 시간을 터보렉이라 부른다. 흔히 터보차저의 강자라고 불리우는 외국의 유명차량들도 사실상 터보렉이 있기때문에 터보가 없는 구간에서는 명성에 버금갈만한 성능이 나오지 않는게 대부분이다. 랠리 혈통의 미쓰비시의 랜서 에볼루션도 그렇고, 역시 랠리혈통의 복서엔진을 장착한 스바루 임프레자 WRX STi 도 마찬가지다. 이런 차량들은 2000cc급의 엔진을 장착했지만 대용량 터빈을 장착하여 300마력에 육박하는 힘을 낸다. 그러나 터보차저의 약점이 터보렉으로 인해 막상 터보가 작동되기 전까지 차량의 출력은 상당히 저조하다. 때문에 터보가 작동되는 파워밴드를 맛보지 않고서는 차량의 진가를 발휘하기가 어려운것이다. 이런 터보렉의 약점을 보완하고자, 트윈터보라는 시스템과 파워밴드 영역을 낮추는 등의 방법등이 적용되고 있다. 우선 트윈터보는 두개의 작은 터빈을 장착하여, 저속과 저 RPM구간에서도 한개의 터빈이 작동하다가, 추후 고속구간과 힘이 필요할때는 두개의 터빈이 동시에 작동하면서 강한 출력을 만들어내는 원리이다. 때로는 크기가 다른 두개의 터빈을 사용하기도 한다. 이럴경우 대용량 싱글 스트로크 터빈보다 터보렉이 상대적으로 적어서 오랜시간을 기다리지 않고도 강한 터보차저의 효과를 볼 수 있게 된다. 이런 트윈터보시스템으로 유명한것은 닛산의 스카이라인 GTR 이라는 차량이다. RB26DETT 엔진을 얹은 이 차량은 트윈터보를 탑재해서 V6임에도 불구하고 상당한 마력을 내며, 최근에 개량된 VQ 엔진의 경우 GTR35에 탑재하여(SM7의 모체 엔진이기도 하다) 400마력을 넘나드는 강한 출력을 낸다. 그밖에 최근에는 유럽차종들도 기존의 슈퍼차저를 터보차저로 바꾸는 추세다. 그중 대표적인것은 BMW(흔히 비머라고 부른다) 이며 그중에서 335i 가 그렇다. 335i는 직렬6기통 엔진에 각각의 3기통식을 한개의 터빈이 각각 담당하는 트윈터보 형식으로 저 RPM 영역에서도 강한 힘을 내며 최대300마력에 육박하는 출력을 만들어 낸다. 이 외에도 저용량 터빈 한개를 이용하여 저 RPM 영역 3000RPM 이하에서부터 파워밴드를 시작하는 차량들이 생겨나기 시작했다. 마즈다의 스피드3가 그렇고 시보레의 코발트 SS (2008년형)등이 그러하다. 이 외에도 최근에 제작되는 다수의 터보차저 차량들의 최대토크 지점을 고르게 배분하여 평상시 운전에서도 효과를 발휘하게 제작하였다. 특히 터보차저로 유명한 랜서에볼루션의 경우도 현대 세타엔진에 터빈을 얹고 파워밴드를 고르게 분포하었다. (일부는 이를 보고 과거의 펀치력 감소라고도 함) 이렇게 파워밴드의 고른분배로 터보렉을 줄이고, 평상시 사용에서도 터빈의 효과가 좋아졌지만 사실상 안티렉(Anti-lag, 터보렉을 없애는 것)을 만들기는 상당히 어렵다. 예전에 미쓰비시의 란에보(랜서 에볼루션)의 경우는 미스파이어링(Miss Firing, 정식명칭은 Anti lag Manifold Flasher system)시스템을 이용하여 터보렉을 줄이는 노력을 했지만, 불안정한 방식이었으며, 연료펌프의 과다한 연료사용으로 연비악화와 엔진블락 노후등을 초례했다. 현재 사용되는 안티렉 방식으로는 WRC(World Rally Championship)랠리에서 사용되는 방법이 있다. 이는 전기 모터를 이용한 방법으로 저속, 저 RPM 구간에서도 모터가 강제적으로 터빈을 지속적으로 돌림으로서 터보렉을 없애는 방법이다. 그러나 아직까지는 양산차에 사용된 사례는 없다. 프로드라이브사(社)의 P2 라는 프로토타입의 차량이 안티렉을 탑재한 차량을 선보이긴 했지만 양산하지는 않고 그냥 프로토타입 데모카로만 개발한 적이 있을뿐이다. 어찌되었건, 세계적인 추세는 터보차저로 바뀌어가고 있음은 확실하다. 현대자동차 역시 세타엔진에 터보를 얹어 제네시스 쿠페에 적용예정이며, 이는 이미 미쓰비시에 판매했던 세타엔진 (4B11)을 통해서 그 효과가 입증되었기에 더욱 확실시 되어지고 있다. 마지막으로 터보차 관리법으로 마무리 하겠다. 터보차량은 반드시 예열과 후열이 필요하다. 물론 근래에는 점차 차량의 성능개선과 터빈의 개선으로 필요가 없어지는듯 하지만, 그래도 차량의 터빈을 보호하기 위해서는 필요하다. 서론에서도 말했듯이 터보차저는 열에 민감하기에 터빈이 어느정도 달아오른 상태에서 작동이 원할하게 된다. 따라서 시동을 걸고 난 후에는 어느정도 기다려줘야한다. 차종과 차량의 관리상태, 날씨등에 따라서 1분에서 5분이될수도 있다. 엔진온도 게이지를 보면서 엔진의 온도가 적정선에 달하면 차량을 가동하기 바란다. 그리고 이 예열과정에서는 절대로 엑셀을 밟거나 해서는 안되고 그냥 기다려야한다. 이는 논터보차량도 마찬가지다. 논터보와 터보차량 모두 콜드스타트(Cold Start, 시동직후 바로 차량의 가동및 과도한 엑셀워크)는 엔진 수명을 단축하는 지름길이다. 그리고 시동을 끌때도 마찬가지로 터빈의 열을 어느정도 시켜줘야하며, 아직 가동하고 있을지 모르는 터빈을 위해 열이 어느정도 식을때까지 기다려야 한다. 이로서 터보차저 차량은 예열과 후열만으로도 터빈수명을 연장하며, 터빈의 변형을 초례하지 않는다. 자동차 전문가 칼럼니스트, 김동연