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터보 베어링이란 무엇인가요? 터보차저 베어링의 종류

터보 베어링터보차저에 있는 베어링을 이해하려면 먼저 터보차저와 그 움직이는 부품들에 대해 알아야 합니다.

 

터보차저가 뭐죠?

우리가 자동차에서 흔히 볼 수 있는 터보차저는 실제로 공기를 압축하여 흡입량을 늘리는 공기 압축기입니다. 엔진에서 배출되는 배기가스의 관성력을 이용하여 터빈실 내부의 터빈을 회전시키고, 이 터빈이 동축 임펠러를 구동합니다. 임펠러는 공기 필터 파이프를 통해 들어온 공기를 압축하여 실린더 내부로 주입합니다. 엔진 회전수가 증가하면 배기가스 배출 속도와 터빈 회전 속도도 동시에 증가하여 임펠러가 실린더 내부로 더 많은 공기를 압축합니다. 공기의 압력과 밀도가 증가하면 더 많은 연료를 연소시킬 수 있습니다. 연료량을 늘리고 엔진 회전수를 조절하여 엔진 출력을 향상시킬 수 있습니다.

 

터보차저의 움직이는 부품은 무엇인가요?

터보차저의 움직이는 부품들은 핵심 구성 요소인 터빈 휠, 컴프레서 임펠러, 로터 샤프트, 그리고 슈퍼차저 하우징으로 이루어져 있으며, 이들은 고속으로 상대 운동을 하기 때문에 일반 베어링으로는 견딜 수 없습니다. 따라서 슈퍼차저의 베어링은 특수 플로팅 베어링입니다.

 

실제로 이 부품은 샤프트와 하우징을 감싸는 구리 링으로 구성되어 있으며, 링과 샤프트 사이, 그리고 링과 하우징 사이에는 간극이 있습니다. 엔진이 작동할 때, 오일 압력의 작용으로 이 부분에 이중 오일막이 형성되고, 로터는 실제로 오일막 위에 떠서 고속으로 회전합니다.

 

극도로 빠른 회전 속도와 매우 높은 온도로 인해 이 영역은 윤활 및 냉각에 대한 요구 사항 또한 매우 높습니다.

 

슈퍼차저의 윤활 및 냉각이 제대로 이루어지지 않으면 베어링의 비정상적인 마모가 발생하여 베어링 수명이 크게 단축되고, 로터와 하우징 사이의 간극이 커지며, 이 부분을 통해 오일의 일부가 흡기 파이프 또는 배기 파이프로 유입되어 심각한 오일 연소 고장을 일으킬 수 있습니다.

 

유형터보차저 베어링

터보차저의 핵심 구동 부품인 베어링의 구조는 터빈의 신뢰성과 내구성에 직결됩니다. 터보차저 베어링에는 크게 플로팅 베어링과 볼 베어링 두 가지 유형이 있습니다.

 

현재 대부분의 주요 자동차 제조업체는 내구성과 경제성이 뛰어난 플로팅 베어링을 사용하고 있습니다. 플로팅 베어링은 샤프트에 장착된 링으로, 링과 샤프트 사이, 그리고 링과 베어링 하우징 사이에 간격이 있어 이중 오일막을 형성합니다. 링은 샤프트와 하우징 사이에서 떠 있는 구조입니다. 일반적으로 내측 오일막 간격은 약 0.05mm, 외측 오일막 간격은 약 0.1mm입니다. 베어링 벽 두께는 약 3.0~4.5mm이며, 주석-납 청동 합금으로 제작되고, 베어링 표면에는 약 0.005~0.008mm 두께의 납-주석 합금 또는 인듐 금속 코팅이 되어 있습니다. 슈퍼차저가 작동할 때, 베어링은 샤프트와 하우징 사이에서 회전합니다. 따라서 플로팅 베어링의 단점으로는 터빈 샤프트의 높은 회전 저항, 높은 유압 및 오일 품질 요구 사항, 그리고 터빈 샤프트의 불안정한 동적 제어 등이 있습니다.

 

볼 베어링은 고성능 차량에서 흔히 볼 수 있으며, 이름에서 알 수 있듯이 터빈 샤프트에 볼을 장착하여 플로팅 베어링의 오일을 대체하는 방식입니다. 볼 베어링의 장점은 플로팅 베어링과 정반대라는 점입니다. 마찰이 적고 터빈의 히스테리시스가 낮아 동적 한계까지 압력을 가하기에 유리합니다. 터빈 샤프트의 동적 성능을 효과적으로 제어할 수 있으며, 오일 압력과 품질을 약간 낮출 수 있어 간접적으로 터빈 수명을 연장할 수 있습니다. 하지만 단점도 분명합니다. 수명이 플로팅 베어링에 비해 짧아 일반적으로 7만~8만 킬로미터 정도 사용 가능하며, 유지 보수 비용이 많이 들고 유지 보수가 어렵습니다. 그럼에도 불구하고 볼 베어링은 출력 향상 측면에서 매력적이기 때문에 고성능 차량에 여전히 주류 부품으로 사용되고 있습니다.