자동차 업계에 다운사이징 열풍이 불면서 어렵지 않게 만나는 단어가 ‘터보차저’다. 터보차저는 본디 비행기에서 사용되던 기술이었다. 높은 고도에서 낮아진 공기 밀도로 인해 출력이 저하되는 것을 위해 개발되었다가 자동차로 유입된 것이다. 최근에는 자동차의 배기량은 낮추면서 넉넉한 힘을 부여하기 위해 소형차에도 장착되며 넓은 영역에서 활용되고 있다.
터보차저의 역할은 엔진 실린더에 공기를 주입함으로써 피스톤의 움직임을 높이는 것이다. 터보차저는 통상 달팽이 모양으로 되어 있으며 그 안에 바람개비 형태의 터빈과 임펠러가 자리를 잡고 있다. 터빈과 임펠러는 각각 엔진으로부터 배출되는 배기가스를 회수하고 이를 압축해 엔진으로 보내는 역할을 나눠가진다.
자연흡기 방식과 다르게 엔진에서 배출되는 고온의 배기가스를 재사용하기 때문에 열효율이 좋고 높은 출력을 얹을 수 있다. 하지만 고온의 배기가스로 인해 내구성이 무척 중요하기도 하다. 이 때문에 인터쿨러가 함께 장착돼 냉각 작용을 돕는데 터보차저와 엔진 사이 인터쿨러가 위치해 터보차저에서 나온 고온의 열기를 인터쿨러를 거쳐 식혀준 후 엔진으로 유입된다.
빛이 있으면 그림자도 있는 법이다. 터보차저는 ‘터보랙’이라는 단점을 지니고 있는데 엔진 회전이 낮을 때는 배기가스 유입도 적기 때문에 다소 굼뜬 가속을 보이다가 일정 엔진 회전수에 다다르면 급격하게 출력이 상승한다. 이때 느껴지는 이질적인 출력 현상을 두고 터보랙이라고 한다.
출렁이는 듯한 터보랙으로 인해 터보차저를 선호하지 않는 사람도 적지 않으며 자연흡기에서 느낄 수 있는 부드러운 반응속도와 시원스러운 배기음을 들을 수도 없다. 또한 고온의 공기 유입으로 엔진오일 순환이 빨라지고 내구성이 한계에 가까워지면 노킹현상과 같은 문제점이 발생하기도 한다.
터보차저와 마찬가지로 엔진에 공기를 강제적으로 유입시키는 또 다른 방식으로 슈퍼차저가 있다. 슈퍼차저는 주로 강화 벨트를 엔진 크랭크축에 연결해 작동한다. 슈퍼 차저는 엔진과 함께 작동하기 때문에 저회전 영역에서부터 과급이 이뤄진다. 특히 터보차저의 터보랙과 같은 이질감이 없고 즉각적인 반응으로 고성능 자동차에 자주 사용됐다.
반응성은 높은 대신 터보차저처럼 높은 출력을 얻지는 못한다. 엔진에 물려 작동하는 만큼 엔진 회전수가 높아질수록 그에 따른 출력 손실이 발생하게 된다. 출력 손실 외에도 소음이 다소 발생한다는 단점을 지니고 있다.
터보차저와 슈퍼차저는 계속해서 단점을 보완하고 기술적 진보가 이뤄지고 있다. 터보랙을 줄이기 위해 전기모터를 이용한 일렉트릭 터보차저, 배기가스 유입량을 조절하는 가변 형상 터보차저(VGT) 등이 점차적으로 사용되고 있으며 터보차저와 슈퍼차저를 혼합한 트윈차저도 증가하고 있는 추세다.
