홍라이프 계산기터보 사이즈 계산기 쉽게 이해하기 — 개념과 원리
터보차저를 고를 때는 먼저 두 가지를 알아야 합니다. 목표 출력에서 엔진이 필요로 하는 공기량과 컴프레서가 만들어야 할 압력비입니다. 이 계산기는 터보 제조사의 매칭 방법으로 두 값을 추정해, 후보 컴프레서 맵에 점을 찍어 볼 수 있게 해 줍니다.
계산 방법
공기유량 Wa = HP × A/F × BSFC ÷ 60 (lb/min)
MAP = Wa × 639.6 × (Tm + 460) ÷ (VE × N/2 × Vd) (psia)
출구 압력 = MAP + 손실
압력비 = (MAP + 손실) ÷ (대기압 − 흡입 부압)
- HP 목표 크랭크 출력, A/F 공연비, BSFC 제동 연료 소비율(lb/hp·h)입니다.
- Tm은 흡기 매니폴드 온도(°C를 °F로 환산), N은 rpm, Vd는 배기량(L × 61.02 in³), VE는 체적효율입니다.
- 부스트 = MAP − 대기압이며 bar로도 보여 줍니다.
원리
출력은 연료를 태워 얻고, 연료는 정해진 비율의 공기가 있어야 탑니다. BSFC는 마력당 시간당 연료량을, 공연비는 이를 공기 질량으로 바꿔 줍니다. 이 공기를 실린더에 넣으려면 이상기체 법칙으로 질량을 압력·온도·부피와 연결해야 합니다. 공기가 뜨거울수록 같은 질량에 더 높은 압력이 필요하고, 4행정 엔진은 두 바퀴에 한 번 실린더를 채웁니다. 컴프레서는 인터쿨러와 배관의 압력 손실도 보충해야 하며, 에어필터 때문에 입구는 대기압보다 조금 낮습니다.
예제 풀이
기본값 350hp, A/F 11.5, BSFC 0.55, 2.0L, 6,500rpm, VE 95%, 매니폴드 50°C, 대기압 14.7psia, 손실 2psi, 흡입 부압 1psi로 계산합니다.
- Wa = 350 × 11.5 × 0.55 ÷ 60 = 36.9lb/min = 0.279kg/s입니다.
- 50°C = 122°F이므로 Tm + 460 = 582, Vd = 122.0in³입니다.
- MAP = 36.9 × 639.6 × 582 ÷ (0.95 × 3,250 × 122.0) = 36.4psia입니다.
- 부스트 = 21.7psi = 1.5bar입니다.
- 출구 압력 = 38.4psia, 압력비 = 38.4 ÷ 13.7 = 2.81입니다.
| 목표 크랭크 출력 (hp) | 컴프레서 공기 유량 (lb/min) |
|---|---|
| 87.5 | 9.2 |
| 175 | 18.4 |
| 262 | 27.7 |
| 350 | 36.9 |
| 438 | 46.1 |
| 525 | 55.3 |
| 700 | 73.8 |
결과 해석
공기유량과 압력비를 후보 컴프레서 맵에 찍어 보십시오. 고효율 영역 안이나 근처, 서지 선의 오른쪽, 초크 영역 전에 여유가 있는 점이 좋은 매칭입니다. 최대 토크 rpm에서도 다시 계산해 서지 여유를 확인하십시오. 공연비, BSFC, 매니폴드 온도만 바뀌어도 결과가 크게 달라집니다.
흔한 실수
- kg/s나 보정 유량 맵을 lb/min과 환산 없이 비교하는 경우
- 휠 마력을 크랭크 마력으로 넣는 경우
- 인터쿨러·배관 손실을 무시해 압력비를 낮게 잡는 경우
- 최고 출력 rpm만 보고 낮은 rpm의 서지를 확인하지 않는 경우
자주 묻는 질문
공연비를 11.5처럼 농후하게 잡는 이유는?
가솔린 엔진에서 높은 부스트일 때 여분의 연료가 연소를 식혀 노킹을 줄이기 때문입니다.
서지 선이란 무엇인가요?
그 왼쪽에서는 공기 흐름이 불안정해져 터보가 손상될 수 있는 컴프레서 맵의 경계선입니다.
고지대에서는 결과가 달라지나요?
네. 대기압이 낮아 같은 매니폴드 압력에도 더 큰 압력비가 필요합니다.
출처: Garrett Motion, "How to Select a Turbo, Part 2: Understanding Calculations to Turbo Any Engine"