과급장치

엔진의 운동에 따른 물리 효과를 넘어, 기계적 수단을 이용해서 엔진 연소실에 강제로 많은 공기를 집어넣는 장치.

내연기관인 경우, 엔진 연소실에 공기를 집어넣는 방법은 일종의 진공 효과를 이용한 것이다. 배기 행정 마지막에 피스톤이 상사점까지 올라오면 배기 밸브는 닫히고 흡기 밸브가 열리면서 피스톤은 다시 아래로 내려간다. 이 때 연소실 안의 공기 밀도가 확 낮아지고 이 밀도 차이 때문에 공기가 빨려들어 온다. 주사기를 생각하면 이해가 쉽다. 엔진 회전수가 빨라지면 피스톤도 더 빨리 움직인다. 그런데 피스톤이 아주 빨리 움직이면 충분한 양의 공기가 미처 빨려들어오기 전에 압축 행정으로 넘어가 버릴 수 있다. 연소실에 충분한 양의 공기가 없는데 저회전 때만큼 연료를 넣으면 불완전 연소가 일어나고 출력이 저하되는 한편 매연이 나온다. 이를 피하려면 연료 분사량을 줄여야 하고 그러면 출력이 떨어진다. 한편 항공기는 프로펠러든 제트 엔진이든 높은 고도에 오르면 공기의 밀도가 크게 낮아지므로 연소 효율이 떨어진다. 이 문제를 해결하기 위한 것이 바로 과급장치다.

과급장치는 마치 진공청소기처럼 흡기 쪽에 임펠러를 달아서 빠르게 돌리는 방식으로 강제로 외부 공기를 빨아들여서 엔진 연소실에 밀어넣는다. 연소실에 더 많은 공기를 밀어넣으면 연소에 충분한 공기를 확보해서 불완전 연소를 줄이거나 분사하는 연료의 양을 늘릴 수 있다. 결국 같은 배기량의 자연흡기 엔진보다 더 많은 출력을 내거나, 같은 출력이라면 배기량을 줄일 수 있다. 연소 효율이 높아지므로 연비 향상은 덤.

최초의 특허는 1860년에 미국의 필란더 & 프란시스 마리온 루츠가 냈다. 실제 제작에 성공한 사람은 2행정 엔진을 만든 영국의 듀갈드 클럭. 최초의 고트리브 다이믈러가 내연기관의 과급장치로 독일 특허를 받았다. 과급장치는 지금과 같은 형태의 내연기관의 역사와 거의 엇비슷한 셈이다.

문제는 그 터빈을 어떤 동력으로 돌리느냐 하는 것인데, 크게 나누면 엔진 동력의 일부를 활용하는 슈퍼차저와, 배기가스가 바깥으로 빠져나가는 힘을 이용하는 터보차저로 나뉜다. 자세한 것은 각 항목 참조. 과급장치는 엔진 구조가 그만큼 복잡해지고 무게도 무거워지기 때문에 높은 압축비를 필요로 하는 디젤 엔진이나 고성능 차량에 들어가는 게 보통이었지만 최근 들어서는 일반 가솔린 엔진 승용차에도 과급장치를 적용하는 경우가 늘고 있다. 연비와 환경 보전 문제가 중요하게 대두되면서 같은 엔진 배기량으로 높은 효율을 내며 불완전 연소를 줄일 수 있는 방법으로 과급장치가 쓰이고 있기 때문.