트윈차저 시스템(Twincharger) – 고성능과 효율의 이중 전략

 

 

 

 

자동차 엔진 기술이 점점 더 복잡해지고 있다. 내연기관의 한계가 명확해지고 있는 이 시점에서, 제조사들은 연비를 개선하면서도 출력 저하 없이 차량 성능을 유지하기 위해 다양한 기술을 시도하고 있다. 그 중 하나가 바로 트윈차저 시스템(Twincharger) 이다. 이 기술은 터보차저(Turbocharger) 와 슈퍼차저(Supercharger) 를 동시에 사용하는 방식으로, 두 가지 과급기의 장점을 모두 살리는 전략적인 선택이다.

 

 

 

 

트윈차저 시스템의 핵심은?

 두 과급기가 서로의 약점을 보완하며 작동한다는 데 있다. 슈퍼차저는 엔진 회전수에 즉각 반응하며 낮은 RPM에서도 안정적인 출력을 제공하는 반면, 고RPM 영역에서는 상대적으로 비효율적이다. 반대로 터보차저는 배기가스 압력에 따라 구동되기 때문에 고RPM에서 뛰어난 출력을 발휘하지만, 저RPM에서는 ‘터보랙’이라는 지연 현상이 발생한다. 트윈차저는 이러한 출력 지연과 출력 부족을 동시에 해결한다.

 

 

대표적인 사례로는 폭스바겐의 1.4 TSI 엔진이 있다. 이 엔진은 낮은 회전수에서는 슈퍼차저가 먼저 작동하여 빠른 반응성과 충분한 저속 토크를 제공하고, 이후 회전수가 일정 수준을 넘어서면 터보차저가 작동을 이어받는다. 이 전환 과정은 매우 정교한 전자제어 시스템을 통해 이루어지며, 운전자는 과급기 전환을 인지하지 못할 정도로 자연스럽게 느껴진다.

 

 

 

트윈차저의 탄생 전략

트윈차저 시스템은 단순히 출력 향상을 위한 기술이 아니다. 같은 출력을 얻기 위해 더 작은 배기량의 엔진을 사용할 수 있기 때문에, 이른바 ‘다운사이징 전략’에도 매우 적합하다. 결과적으로 연료 소비는 줄이고, 이산화탄소 배출량은 낮추면서, 높은 주행 성능을 유지할 수 있다. 이런 이유로 유럽을 중심으로 한 친환경 규제 대응 기술로도 주목받았다.

 

 

 

트윈차저의 한계

다만, 트윈차저 시스템은 그 복잡성 때문에 널리 채택되지는 않았다. 터보차저와 슈퍼차저를 함께 사용하는 만큼 구동 메커니즘이 복잡하고, 제조 원가가 상승하며, 내구성과 유지보수 측면에서도 난이도가 올라간다. 이로 인해 현재는 전기식 터보차저나 전동 슈퍼차저 등으로 발전하고 있지만, 트윈차저는 과도기적이면서도 독창적인 기술로 인정받고 있다.

 

 

트윈차저의 전망

흥미로운 점은, 이 기술이 포뮬러 1(F1)에서 활용된 터보차저-ERS 시스템과 일부 유사한 로직을 갖고 있다는 것이다. 특히 전기적 요소를 과급기에 결합하는 현대 기술 흐름의 시작점에 트윈차저가 있었음을 의미한다. 최근 하이브리드 스포츠카에서도 과거 트윈차저에서 얻은 경험을 토대로 과급 기술을 세분화하여 적용하고 있다는 점도 주목할 만하다.

 

 

기술적으로 보면 트윈차저는 단순한 ‘두 개의 과급기를 붙여 놓은 시스템’이 아니다. 슈퍼차저의 구동 타이밍, 터보차저의 개입 시점, 두 시스템 간의 전환 방식, 역압 발생 방지 장치 등 수많은 세부 기술이 필요하다. 특히 가변 밸브 타이밍 시스템이나 다단계 연료 분사 기술과의 조합이 이 시스템의 완성도를 결정짓는다.

 

 

결국 트윈차저는 기술적 도전이자 혁신의 결과물이다. 현실적으로는 대중화에 실패했지만, 고성능과 효율을 동시에 노린다는 점에서 기술적 가치와 의미는 여전히 유효하다. 전기화가 진행되는 시점에서도, 내연기관의 잠재력을 마지막까지 끌어올리려는 노력의 일환으로 기록될 기술이다.

 

 

트윈차저가 적용된 대표 차량들

트윈차저 기술이 상용화되어 실제로 적용된 대표적인 차량은 폭스바겐(VW)의 1.4 TSI 엔진을 장착한 모델들이다. 특히 골프(Golf) Mk5 GT, 폴로(Polo) GTI, 시로코(Scirocco) 1.4 TSI 등이 이에 해당한다. 1.4L라는 작은 배기량임에도 불구하고 160마력 이상의 출력을 발휘하며, 높은 연비 효율과 다이내믹한 주행 성능을 동시에 제공하는 것이 특징이었다.

 

또한, 라디칼(Radical) SR1과 같은 경량 스포츠카에서도 트윈차저 시스템이 채택된 바 있다. 고성능을 요구하면서도 배기량과 중량 제한이 있는 차량들에겐 트윈차저가 이상적인 솔루션이 되었기 때문이다. 일부 일본 제조사들 또한 과거 프로토타입 단계에서 트윈차저 개념을 실험했지만, 대량 생산에는 이르지 못했다.

 

 

 

터보차저와 슈퍼차저의 작동 방식 차이

트윈차저를 정확히 이해하려면, 구성 요소인 터보차저와 슈퍼차저의 근본적인 차이를 이해할 필요가 있다.

• 슈퍼차저(Supercharger) 는 크랭크샤프트에 직접 연결된 벨트나 기어를 통해 압축기를 구동한다. 이 때문에 엔진 회전수와 함께 즉각적으로 압축공기를 흡입계에 공급할 수 있어 지연 없이 빠른 반응이 가능하다. 단점은 엔진 출력의 일부를 직접 사용하므로 연비가 낮아지고 기계적 손실이 발생한다는 점이다.
• 터보차저(Turbocharger) 는 배기가스의 압력을 이용해 터빈을 회전시키고, 이 회전력이 콤프레서를 돌려 흡입 공기를 압축한다. 외부 에너지를 소모하지 않기 때문에 효율적이며 고회전에서 강력한 성능을 낼 수 있다. 하지만 낮은 회전수에서는 충분한 배기가스 압력이 없기 때문에 출력 지연 현상(터보 랙) 이 발생한다.

이처럼 두 기술은 상호 보완적인 특성을 지니며, 트윈차저는 이를 조합하여 저속에서는 슈퍼차저로 반응성 확보, 고속에서는 터보차저로 효율적인 고출력 제공이라는 최적의 밸런스를 달성한다.

 

 

 

트윈차저 시스템은 단순히 과급 기술의 조합이 아니라, 하드웨어와 소프트웨어가 정교하게 협조해야 하는 총체적인 엔지니어링의 집약체다. 오늘날 완전히 대체되었다고는 할 수 없지만, 그 아이디어는 이후 등장한 전동식 슈퍼차저, 마일드 하이브리드 기반 전기 과급 시스템 등의 기반이 되었다는 점에서 자동차 기술 진화의 중요한 흔적이라 볼 수 있다.