Q & A
짤방은 옛날에 타던 터뷸런스 터보차에 달았던 데피 부스트,배기온 게이지 입니다.
현재 디젤 오토 (i30)과 가솔린 터보 아반떼XD를 소유하고 있는데요..
현재 차량에는 모두 별도의 게이지가 장착되어 있지가 않아서, 배기온은 커녕 부스트도 확인할 수 없습니다.. ^^;
예전 터뷸런스 터보차를 탔던 기억으로는..
물론 배기온 센서 위치도 어느정도 차이가 있겠지만 샵에서 950~1000도 이상 되면 조심하라고 했던 기억이 납니다..
그래서 데피 게이지도 그렇게 셋팅해서... 부스트 쭉 주다보면 배기온이 점점 올라가다가 경고음이 떴었구요..
가솔린 터보차는 경험이 있어서 대충은 그러려니 하는데요, 디젤 터보(WGT,VGT등)의 배기온은 어떤지 궁금합니다.
아이들상태, 부스트 줄때 등 여러 상황에서 가솔린하고 별 차이가 없는지..
또한, 이와 별개로 배기온과 터빈 내구성 관계 등에 대해서 의견이나 이견이 있으시다면 그 의견도 들어보고 싶습니다.. ^^
그렇군요.. 하긴 어차피 가솔린이든 디젤이든.. 심지어 가솔린 사제 터보의 경우 디젤용 터빈도 많이들 쓰니까..
어쨌든 한계는 비슷할꺼고 순정 터보 차량의 경우에는 안정성 위주로 제어를 할테니..
결론부터 말씀드리면 가솔린의 배기온이 디젤보다 높습니다.
알려진바와 같이 가솔린은 흡입된 공기량에 연료를 이론공연비에 근접하게끔 분사를 합니다. 대략 14.7대1 정도가 되겠지요. 이에 반해 디젤은 이론공연비의 구애를 받지 않습니다. 대부분의 영역에서 가솔린에 비해 공기의 비율이 더 높습니다.
따라서 에너지를 갖고 있는 것은 연료이고 공기는 에너지를 갖고 있지 않습니다. 그러므로 연료가 공기를 데운다고 생각해보면 디젤은 더 많은 공기를 데워야 하므로 온도가 가솔린보다 낮게 됩니다. 발열량 자체도 가솔린이 더 높을 것입니다.
예를 들면 경유의 경우는 연료 10: 공기 170 정도라치고, 가솔린의 경우 연료10:공기150 이라하면 똑같은 10의 연료로 더 많은 공기를 데우게 되므로 온도는 높이 올라가지 못하는 것입니다.
또한 터보차져의 내열온도는 그 엔진의 최고 배기온도 조건을 설정하고 그에 맞는 재질을 선택하게 됩니다. 가솔린이 디젤에 비해 배기온이 높기 때문에 좀더 고열에서 견디는 재질을 터빈의 재료로 사용하게되죠. 터빈하우징, 휠, 베어링등의 모든 터보차져 부품에 적용이 됩니다. 재질과 구조등이 다릅니다. 따라서 디젤용으로 개발된 터보차져를 가솔린에 사용하게될 경우 전부하 운전을 하게되어 그 터보차져의 내열 한계온도를 넘기게 되면, 얼마가지 않아 그 터보는 맛이 가버립니다.
참고하세요.
안상규 님의 글과 이승엽님, 윤중 님의 글을 읽고 인터넷으로 검색해보고 제 나름대로 내린 결론입니다..
우선, 여러 글들을 종합해보면 안상규님 말씀대로 가솔린의 배기온이 디젤보다 높다고 합니다.
기본적으로 배기가스 처리를 위한 촉매도 가솔린의 촉매는 400도이상, 디젤은 200도 정도라고 하네요..
(물론 분진을 태우기 위해 DPF 장착차량의 경우 600도라는 말도 있구요...)
그렇다면, 가솔린 엔진과 디젤 엔진의 차이를 살펴보면..
가솔린 엔진은 다들 아시다시피 혼합비가 14.7:1이 이상적이나, 일반적으로 이보다는 약간 농후하게 혼합을 하고요..
물론 최근의 직분사 엔진들은 상황에 따라 희박 연소도 한다고 들었습니다..그래서 연비가 더 좋겠지요..
예전에 나오다 고장도 잘나고 출력도 떨어져 단종된 린번엔진이 20:1정도의 희박 연소를 한다고 들었습니다..
디젤 엔진은 20:1정도라고 하던데, 기본적으로 가솔린 엔진은 스로틀벨브가 있어서 들어오는 흡입공기량을 조절하지만
디젤은 스로틀벨브가 없어서 공기는 양껏 계속 들어오는 것으로 알고 있습니다. 즉 가솔린 엔진은 혼합비 뿐 아니라
공기흡입량을 가지고 연소 제어를 한다면, 디젤 엔진은 연료분사량 조절에 의한 혼합비만 가지고 연소 제어를
한다는 것이죠..
결국, 디젤엔진이 연비가 훨씬 좋다는 점을 고려하여...
디젤의 경우 풀악셀을 한다고 쳐도 혼합비는 20:1 이내가 될 것이고, 일반적인 악셀 상황에서는 그보다도
희박한 수준의 연료만을 분사하고.. 가솔린의 경우에는 언제나 14:1이하의 농후한 혼합비를 사용한다면
연료 분사량 자체에서 큰 차이가 생길것 같은데요... 그런 메커니즘적인 차이로 인해 안상규님 말씀대로
가솔린 엔진이 디젤 엔진보다 훨씬 많은 연료를 연소시키는 것일테니..아무래도 배기온이 높게 되지 않을까 싶습니다.
또한, 가솔린 엔진이 디젤 엔진보다 RPM이 높은 것도 한몫 하겠지요...
EGT vs AFR로 검색해보니 이런 그림이 나오는데, 나름 내리신 결론과 전혀 맞지 않는 내용입니다.
딴건 잘 모르겠고 공연비가 짙어진다고(연료분사량이 많아진다고) EGT가 높아지는건 아니네요.
아.. 공연비가 짙어진다고 무조건 배기온이 올라간다는 뜻이 아니라..
디젤 엔진의 배기온이 가솔린 엔진의 배기온보다 낮은 이유에 대해서 생각해 본 거였습니다.
저도 물론 가솔린 터보차의 경우 공연비를 농후하게 하면 배기온을 낮추는 효과는 익히 들어 알고 있습니다.
다만, 디젤 엔진이 디젤연료가 에너지도 더 많고 열효율도 높은데 어째서 가솔린 터보 엔진보다 배기온이 낮느냐 하는
이유를, 디젤 엔진과 가솔린(터보) 엔진이 시간당 소모하는 연료량의 차이에서 오지 않겠냐 하는 것입니다..
(에초에 디젤 연료 소모량 자체가 가솔린보다 훨씬 적을것이라는 것이죠..
공연비도 그렇고 RPM도 낮으니 시간당 회전수도 낮을테니...)
넵.. ^^; 아무래도 그렇겠네요.. 둘 사이를 일부러 비교하려던건 아닌데..
제가 VGT 차량과 가솔린 사제 터보 차량을 둘다 소유 하고 있다보니 궁금해지게 되었습니다.
또한, 일반적으로 가솔린 엔진에 올리는 저렴한 터보차저로는 TD05-14G(마이티 터빈)같은
디젤용 순정 터빈을 많이들 올리니까요..
같은 터빈을 사용한다는 조건 하에서 배기온이 가솔린 엔진과 디젤 엔진에 차이가 생길테니
내구성에서도 차이가 생길수 있지 않겠나 하는 의문이었던거죠... ^^;
많은 분들의 조언 덕분에 약간이나마 좀더 이해가 됩니다..감사합니다
1. 제가 위에서 말씀드린 내용은 디젤과의 비교였기 때문에 이론공연비보다 희박한 경우이고요. 디젤엔진은 거의 모든 경우 이론 공연비를 넘어서서(농후) 운전되지 않습니다.
이 경우에는 공연비가 농후해질 수록 배기온이 올라갑니다. 위의 두 그림에 잘 나타나있고, 두 그림은 동일한 그림입니다.
2. 혼란스러워하시고 있는 가솔린에 초점을 맞춰보면
이론공연비보다 농후한 조건에서는 농후해질 수록 배기온도가 낮아지게 됩니다.
이유는 이론공연비에 해당하는 연료만 연소되기때문에 그 이상의 연료는 타지 않게 됩니다. 따라서 연소된 연료에서 발생한 열이 (이론공연비의 연료+공기+이론공연비를 넘어서는 농후한 연료) 모두의 온도를 높여야 하므로 온도가 낮아지게 되는 것입니다. 연료의 비열이 공기보다 약 2배가량 높으므로 그만큼 온도를 높이는데 더 많은 열량이 필요하게 됩니다.
또 혼란스러워하실까봐 더 깊이 말씀드리면, 이론공연비를 조금 벗어난 농후 영역에서는 출력이나 배기온이 올라갑니다. 이유는 연료와 공기의 혼합물이 완전히 균일하지 않기때문에 이론공연비로 연료와 공기의 비율을 맞춰주어도 실제로는 일부 연료와 공기가 연소되지 않습니다. 따라서 이론 공연비보다 조금의 연료를 더 넣어주는 것은 일부는 타지 않겠지만 공기만큼은 더 사용할 수 있는 조건이 되는 것입니다. 남은 공기량이 더 적어질 것이고 극단적으로는 하나도 남지 않게 되겠지요.(거의 불가능)
어쨌거나 이론공연비보다 농후한 조건에서는 공연비가 농후해질 수록 배기온이 떨어집니다. 이제 혼란스러운 부분이 다 이해되셨나요?
튜닝을 하게되면 아무래도 이론공연비보다 농후한 영역으로 매핑을 하게 되기 때문에 농후해질수록 온도가 떨어진다. 라고 생각할 수 있겠네요.
결국 디젤 엔진은 스로틀 바디가 없으니 항상 일정한 양의 공기가 들어갈텐데
이에 비해 들어가는 연료량은 가솔린 엔진보다 항상 적고... 공기량도 가솔린 엔진보다 많으니
(가솔린 엔진은 풀악셀 할 경우를 제외하고는 항상 흡입공기량이 동배기량의 디젤 엔진보다는 적게 들어가겠죠)
같은 양의 연료로 데워야 하는 공기량이 가솔린 엔진보다 훨씬 많기 때문에,
디젤 엔진이 배기온이 가솔린보다 낮을 수밖에 없다는 것으로 이해하면 될까요? ^^
안상규 님의 가르침 덕분에 많은 도움이 되었습니다.
그런데 현업에 종사하시나요? 해박하게 잘 아시는 것 같아서... ^^;
디젤의 경우 항상 일정한 공기가 흡입이 되는건 아닙니다. 터보 작동시 흡입되는 공기의 양은 메이커별로 배기가스의 양이 흡입공기의 양을 제어할 수 있으며(폭스바겐 파사트/ B5.5 1.8T/WGT-배기가스 압력 대신 흡입공기가 과급시 바이패스 시킴), 국산차의 대부분은 배기가스의 양을 제어(WGT-웨스트게이트 밸브를 통해 바이패스시킴. / VGT, E-VGT-베인방식의 터빈휠로 제어)합니다. 디젤차량의 경우 가솔린에 비해 에어필터를 잘 관리해야지만.... 원만한 출력을 낼수 있습니다.
내용을 요약하자면, 디젤은 특별한 제어상황이 아닌 상태에서는 일정한 공기량보다 ,공기양을 제어하지 않은 상태에서 마구잡이로 밀어놓은 상태에서... 연료의 분사량(가속페달의 밟은 양)으로 연소가 됩니다.
이상, 1년간 학교에서 배운 내용을 정리해 드렸습니다. ^^;
낙스저감을 위해 최신 디젤의 경우 EGR + 등을 통해 전반적으로 연소온도를 떨어뜨리는 방향으로 제어 됩니다.
또한 가면갈수록 진보되는 정밀 제어되는 초고압 직분사 타입의 인젝터 + 디젤의 고압축 특성으로 예전 기계식 플런져 시절보다 저온희박연소가 가능해졌습니다.
결론은 연소온도를 떨어뜨리지 않으면 환경인증을 통과할 수가 없습니다. 따라서 환경기준 (Euro x) 에 대응하기 위해
필사적으로 연소온도를 떨어뜨리는 방향으로 흘러 갑니다.
