터보차저 및 과급기는 피스톤 엔진에서 어떻게 작동합니까?

Mar 09, 2024

많은 사람들이 그 용어를 들어봤습니다. 오늘 우리는 그것들을 분해합니다.

엔진은 공기와 연료를 연소하여 동력을 생산합니다. 공기와 연료를 함께 혼합하면 충전재라고도 합니다. 피스톤 엔진에서 엔진의 출력은 엔진의 실린더가 수용할 수 있는 전하의 양이나 무게에 따라 달라집니다.

피스톤에 의해 실린더로 흡입될 수 있는 혼합물의 무게는 온도와 압력에 따라 크게 달라집니다. 항공기가 상승함에 따라 감소된 공기 밀도로 인해 기압이 감소하고 궁극적으로 실린더에 유입되는 산소의 양이 줄어듭니다. 이러한 이유로 정상 흡기 엔진은 고도가 높아짐에 따라 출력을 잃습니다.

피스톤 엔진의 출력을 강화하기 위해 터보차저나 슈퍼차저를 장착할 수 있습니다.

터보차저는 터빈과 압축기 어셈블리로 구성됩니다. 터빈과 압축기는 동일한 축에 장착됩니다. 따라서 터빈이 회전하면 압축기도 회전합니다.

터보차저의 압축기는 실린더의 흡기 시스템에 직접 연결되고, 터빈은 배기 시스템에 연결됩니다. 압축기는 엔진의 공기 흡입구에도 노출됩니다.

터보차저는 이륙 시 엔진 출력을 증가시켜 항공기가 더 높은 고도로 올라갈 수 있도록 해줍니다. 정상 흡기 엔진은 수은주 29.92인치의 해수면 압력만 생성할 수 있습니다. 상승함에 따라 공기 밀도가 감소하여 압력이 떨어집니다. 터보차저를 사용하면 엔진이 훨씬 더 많은 출력을 생성할 수 있습니다. 예를 들어, 지금까지 제작된 가장 강력한 피스톤 엔진 중 하나인 과급형 Pratt & Whitney R-4360은 이륙 시 정상 대기압의 두 배를 조금 넘는 수은 60인치의 매니폴드 압력을 생성할 수 있습니다.

엔진에 터보차저가 장착되어 있든 없든 항공기가 상승하면 여전히 동력이 손실됩니다. 그러나 터보차저 또는 슈퍼차저 엔진을 사용하면 엔진의 출력이 훨씬 낮은 비율로 손실됩니다. 이를 통해 더 높은 고도에 도달하고 더 빠른 속도를 얻을 수 있습니다.

터보차저가 회전하면 공기가 압축기로 유입되어 공기압이 증가합니다. 터보차저에 사용되는 압축기는 대부분 원심형이며 임펠러와 디퓨저라는 두 가지 주요 부품으로 구성됩니다. 공기가 임펠러에 닿으면 가속되어 임펠러 바깥쪽으로 던져집니다. 이제 상당한 운동 에너지를 얻은 공기는 임펠러에서 디퓨저로 전달됩니다. 디퓨저는 다양한 통로를 형성하는 베인으로 구성됩니다. 공기 흐름이 이러한 통로를 통과할 때 증가된 면적은 공기 속도를 감소시켜 압력을 증가시킵니다. 운동에너지(속도)를 위치에너지(압력)로 간단히 변환한 것입니다.

터보차저의 터빈 어셈블리는 압축기를 작동시키는 역할을 합니다. 이를 위해 엔진 배기가스의 배기가스가 터빈으로 향하여 터빈이 회전하게 됩니다. 터빈으로 유입되는 배기가스의 양은 웨이스트게이트(wastegate)라는 장치에 의해 제어됩니다.

이는 터보차저의 속도나 회전을 제어하는 ​​가장 중요한 부분입니다. 웨이스트게이트는 본질적으로 터보차저의 터빈으로 유입되는 배기가스의 양을 제어하는 ​​밸브 메커니즘입니다. 웨이스트게이트가 완전히 닫히면 엔진에서 나오는 거의 모든 배기가스가 터빈으로 향하게 됩니다. 이는 터빈과 터보차저의 회전 속도를 증가시킵니다.

웨이스트게이트는 다음과 같은 사고를 방지하기 위해 적절하게 제어되어야 합니다.오버부스트 상황. 오버 부스팅은 엔진에 너무 많은 압력이 가해져 심각한 손상을 일으키는 상태입니다. 웨이스트게이트를 제어하는 ​​방법에는 두 가지가 있습니다. 하나는 조종사에게 웨이스트게이트 제어권을 부여하는 것이고, 다른 하나(가장 바람직한 방법)는 이를 제어하는 ​​자동 메커니즘을 갖는 것입니다.

절대 압력 컨트롤러(APC)는 웨이스트게이트를 자동으로 제어하여 과도한 부스트를 방지합니다. APC에는 터보차저의 압축기 출구에서 압력을 감지할 수 있는 아네로이드 캡슐이 포함되어 있습니다. 엔진 윤활의 오일 압력을 사용하여 스프링 메커니즘이 있는 웨이스트게이트 액추에이터를 제어합니다. 압축기 출구에서 너무 많은 압력이 감지되면 APC는 웨이스트게이트 액추에이터에서 오일을 배출하여 스프링 메커니즘이 웨이스트게이트를 열어 일부 배기 가스가 대기 중으로 빠져나가도록 합니다. 엔진에 동력이 필요할 때 APC의 명령에 따라 오일이 웨이스트게이트 액츄에이터로 보내져 액츄에이터를 닫고 배기가스의 방향을 터빈으로 보냅니다.