압력 강화 수단
한때 ‘터보’라는 용어는 ‘막강한 출력’과 같은 뜻으로 통했다. 오늘날 터보 차저 엔진은 연비와 주행 성능의 척도다.
Porsche 911 Turbo S Coupé
연비 도심: 15.5l/100km
고속도로: 8.6l/100km
복합: 11.1l/100km
CO2배출량 복합: 254g/km (2020/03 기준)
겉으로 보면 달팽이 집을 닮은 터보 차저는 엔진에 강력한 다리를 달아준다. 1970년대 초 포르쉐는 처음으로 터보 차저를 출력 향상 수단으로 활용한다. 힘이 넘치는 917/30에 도입되어 1973년 첫 모터스포츠 관문을 훌륭하게 통과한다. 2인승 오픈탑은 809kW(1100마력) 이상 출력으로 북아메리카 캔암 레이싱 시리즈에서 경쟁자들을 무참히 제압한다. 당시 스포츠카에서도 유일무이했던 이 기술은 불과 1년 만에 대량 생산 포르쉐에 최초로 적용된다. 신생 브랜드였던 포르쉐는 처음에는 최고 출력이 191kW(260마력)에 이르는 911 터보를 개발해 마침내 고출력 스포츠카를 위한 엘리트 제조사로 발돋움한다.
애초에 포르쉐는 내부적으로 930이라고 명명한 시리즈를 500대, 즉 모터스포츠 승인에 필요한 만큼만 생산하려고 했다. 하지만 힘이 좋고 넓은 차체에 육중한 리어윙이 장착된 이 차에 대한 수요가 하늘을 찌르자 곧바로 생각이 바뀐다. 1977년에는 911 터보 최초 후속 모델이 개발되어 기통 용적이 3.0L에서 3.3L로 확장되고 최고 출력이 220kW(300마력)으로 높아진다. 사소한 수정을 제외하면 930은 1988년까지 프로그램에서 거의 변경되지 않는다. 이 모델을 토대로 시작된 터보의 성공 역사는 911의 922세대와 함께 최근 새로운 장을 열고 있다.
터보 차저 출력 향상 원칙은 오늘날까지 이어진다. 점화와 동력 사이클 이후 연소된 혼합물이 매우 높은 압력으로 배기 밸브를 통해 배기 시스템으로 배출된다. 혼합물이 터빈을 고속으로 구동할 수 있다. 터빈은 샤프트로 컴프레서 휠과 연결되어 있다. 컴프레서 휠은 인렛 쪽에서 더 많은 공기를 연소실로 공급해 더 효율적인 연소를 보장한다. 여기까지는 간단하다.
하지만 이 기술에는 난점이 있다. 예를 들어 차저 온도가 엄청나게 높아지는 것이다. 나선형 터빈 하우징은 1000°C까지 가열될 수 있어서 컴프레서 쪽으로도 가려 막아야 한다. 차지 에어 온도는 실린더로 유입되기 전에 주변 온도보다 20°C 이상 높으면 안 된다. 온도 차이가 크면 차지 에어 농도가 너무 낮아져, 연소 과정이 둔화된다. 부스트 압력 제어와 압력 형성도 과제를 던져 준다.
1974년 이후 터보 개발은 무엇보다 포르쉐 덕분에 큰 도약을 이루었다. 수십 년 동안 터보라는 용어는 주펜하우젠에서 첨단 기술과 동의어로 통했다. 911 세대의 톱 모델마다 명칭 뒤에 터보라는 말이 붙는다. 터보 기술 자체는 연료 효율이 높고, 배기량이 적은 정교한 기술을 뜻하는 말이 됐다. 터보 엔진이 스로틀 반응과 관련해서도 기통 용적이 훨씬 큰 자연 흡기 엔진 수준에 도달한 것은 주요한 성과다. 포르쉐는 전설적인 폭발적 출력을 제어해 대량 생산에 적용하는 데 성공한다.
포르쉐 911 터보(930)
1974년에 개발된 원조 911 터보의 터보차저에는 이미 이전에 레이싱카에서만 사용되었던 배기 감압 밸브 (웨이스트게이트)가 장착되어 있다. 최대 부스트 압력이 0.8bar인 이 차는 191kW(260마력)을 출력하지만, 추진력은 3500/min에서 거의 디지털 방식으로 시동된다. 1977년에 후속 개발된 최고 출력 221kW(300마력)의 911 터보는 더 큰 컴프레서 휠과 당시 승용차에는 또 다른 신기술이었던 압축된 공기를 위한 흡기 차지 에어 쿨링을 선보인다.
디자인: 터보
기통 용적: 3,299cm3
최대 부스트 압력: 0.8bar
최고 출력: 300마력
최대 토크: 412 ~ 430Nm
포르쉐 959
1983년 IAA에서 ‘그룹 B’ 프로토타입으로 처음 발표했다. 3년 뒤 도로 주행용으로 시장에 출시된 959에서 포르쉐는 터보 기술의 미래 잠재성을 여실히 보여준다. 서로 다른 크기의 2개의 터보차저가 장착된 정교한 시퀀셜 터보차저 기술이 적용되어 있다. 작은 터보차저는 저속에도 반응한다. 그 밖에 포르쉐가 개발한 전자 부스트 압력 제어 기술도 사용된다. 4밸브 엔진에는 수랭식 실린더 헤드도 장착되어 있다.
디자인: 바이터보(직렬)
기통 용적: 2,850cm3
최대 부스트 압력: 1.0bar
최고 출력: 450마력
최대 토크: 500Nm
포르쉐 959로 기술적으로 가능한 것을 실제 경험할 수 있다.
포르쉐 911 터보 3.3(964)
최고 출력 235kW(320마력)의 964세대 터보 911은 1991년 처음에는 이전 모델에서 사용되던 3.3L 엔진을 계승한다. 3방향 금속 촉매 변환기의 정교한 배기 처리 장치 및 바이패스 출구용 추가 촉매 변환기를 이용하여 이 차는 더욱 엄격해진 배기 규정을 충족시킨다. 그 밖에 압력에 따라 제어되는 엔진맵 주입 장치 및 50% 더 커진 차지 에어 쿨러도 사용된다. 1993년에는 3.6L 엔진이 장착된 후속 버전이 나오는데, 이는 최고 출력이 265kW(360마력)에 이르지만 연료 소비는 절감된다.
디자인: 터보
기통 용적: 3,299cm3
최대 부스트 압력: 0.8bar
최고 출력: 320마력
최대 토크: 450Nm
포르쉐 911 터보(993)
1995년 발표된 마지막 공랭식 993세대의 911 터보에서 포르쉐는 대량 생산 모델에 처음으로 2대의 차저를 적용하여 출력을 높인다. 하지만 이 차저들은 959에서처럼 직렬로 연결되지 않고 병렬로 작동한다. 3.6L 6기통 실린더 뱅크 한 개마다 차지 에어 쿨링을 제공한다. 터보에 내장된 웨이스트게이트 밸브도 신기술이다. 이러한 911 터보는 당시 배기량이 가장 적은 차이며(1997년부터는 터보 S도 이러한 차에 해당한다), 스포츠 버전 911 GT2에서는 최고 출력이 330kW(450마력)에 이른다.
디자인: 바이터보 (병렬)
기통 용적: 3,600cm3
최대 부스트 압력: 0.8bar
최고 출력: 408마력
최대 토크: 540Nm
포르쉐 911 터보 S(996)
1997년에 도입된 996세대는 2001년에 발표된 터보 모델과 더불어 새로운 출발을 알린다. 신형 3.6L 터보를 포함하여 모든 엔진은 이제 수랭식이다. 터보와 터보 S(2004년 이후)에는 밸브 트레인의 가변성을 위해 추가 리프팅 회로가 있는 바리오캠 플러스가 장착되어 있다. 터보 엔진은 르망에서 우승한 911 GT1의 엔진을 기반으로 한다. S 모델에는 카본 세라믹 브레이크(PCCB)가 기본으로 내장된다. 요청 시 팁트로닉 S가 제공된다. S 모델은 더 큰 차저, 효율적 차지 에어 쿨러, 수정된 촉매 변환기 덕분에 최고 출력이 330kW(450마력)에 이른다.
디자인: 바이터보
기통 용적: 3,600cm3
최대 부스트 압력: 0.9bar
최고 출력: 450마력
최대 토크: 620Nm
993과 마찬가지로 996도 두 개의 차저가 병렬로 작동한다.
포르쉐 911 터보(997)
997세대 911 터보는 2006년 세계 최초의 기술로 놀라움을 안겨준다. 포르쉐는 가솔린 엔진에 이른바 가변 터빈 구조(Variable Turbine Geometry, VTG) 터보 차저를 장착한다. 가변 터빈 구조에서는 가이드 베인의 설정 각도가 다양하다. 저속에서는 배기 흐름에서 가이드 베인이 가팔라져 더 일찍 반응한다. 디젤 엔진에서 이미 사용된 적이 있지만, 911 터보의 가솔린 엔진을 위한 VTG 원리가 사실상 새로 개발된다. 디젤 엔진에서보다 온도가 훨씬 높아지므로 항공 우주 산업에서 개발한 물질이 필요하다.
디자인: 바이터보
기통 용적: 3,600cm3
최대 부스트 압력: 1.0bar
최고 출력: 480마력
최대 토크: 620Nm (오버 부스트 제어)
포르쉐 911 터보 S(992)
터보 개발은 992 세대에서 지금의 절정에 도달한다. 911 터보 S의 신형 모터는 이제 전과는 다르게, 즉 좌우가 바뀌어 조립된 더 큰 VTG 차저와 웨이스트게이트가 결합되어 있다. 장점은 콜드 스타트 후 촉매 변환기가 전자 제어되는 바이패스(Bypass)를 통해 직접 가열되므로 가열 시간이 단축된다는 것이다. 실린더에서 연소를 방해하는 잔류 배기를 감소시키기 위해 최대 부하에서 배기 배압이 자동으로 낮아져, 연료 효율도 향상된다.
디자인: 바이터보
기통 용적: 3,745cm3
최대 부스트 압력: 1.4bar
최고 출력: 650마력
최대 토크: 800Nm
