초록
터보과급기는 엔진에 장착하여 연비를 개선하는 효과적인 장치로 디젤엔진과 가솔린엔진 모두에서 광범위하게 사용되고 있다. 본 연구에서는 승용차용 가솔린엔진에 장착되는 트윈 스크롤 터빈 터보과급기에서 정상유동의 등엔트로피 터빈 효율을 분석하였다. 자체 설계 제작한 저온 테스트 벤치를 사용하여 정상상태의 압력과 온도, 질량유량을 측정하였다. 테스트 벤치는 공기 압축기, 트윈 스크롤 터빈, 온도 및 압력 측정장치 등으로 구성되었다. 실제 승용차용 엔진에서 주로 사용되는 중저속 엔진 작동 영역에 해당하는 터보과급기 회전속도 60,000 rpm에서 100,000 rpm 의 범위에서 측정을 수행하였다. 이 회전속도 범위에서 등엔트로피 터빈 효율은 0.53에서 0.57의 값을 보였다. 이때 블레이드 속도비은 0.71에서 0.84까지, 팽창비는 1.24에서 1.72의 범위에서 변화하였다. 효율은 블레이드 속도비와 팽창비가 증가하면서 감소하는 경향을 보였다. 그리고 트윈 스크롤 중 스크롤 A 또는 B 만 작동하는 경우에 대한 실험을 수행하여 결과를 스크롤 A와 B 모두 작동할 때와 비교하였다. 60,000 rpm에서는 스크롤 B를 사용한 경우, 그리고 100,000 rpm에서는 스크롤 A를 사용한 경우 높은 효율을 보였다. 따라서 본 연구에 사용한 트윈 스크롤 터빈은 효율적으로 작동하고 있음을 보였다.
The turbochargers used widely in diesel and gasoline engines are effective devices to reduce fuel consumption and emissions. In this study, the isentropic turbine efficiency of the steady flow in a twin-scroll turbocharger for the passenger vehicle gasoline engine was analyzed. The cold gas test bench was designed and made. The pressure and temperature of the inlet and exit of the turbine were measured at 60,000, 70,000, 90,000, and 100,000rpm under the steady-state flow. The isentropic turbine efficiency was calculated. The efficiency was the range of 0.53 to 0.57. The BSR and expansion ratio were changed from 0.71 to 0.84 and from 1.24 to 1.72, respectively. The isentropic turbine efficiency decreased with increasing BSR and expansion ratio. The operation of only scroll A or B was compared with that of the twin-scroll turbine. The isentropic efficiency of using only scroll B was higher than those of only scroll A at 60,000rpm. The isentropic efficiency of using only scroll A was higher than those of only scroll B at 100,000rpm. Therefore, the twin-scroll turbine used in this study is operating effectively in the wide speed range.
