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차와 자동차 회사/자동차 기술

워터 인젝션, 불에 상극인 물로 엔진을 다스리다


엔진에 물을 뿌려 성능 향상을 도모하는 워터 인젝션




엔진에 물을 뿌리다니 왠 해괴 망측한 소리인가 하실 겁니다. 그런데 이게 원리를 들어 보면 그럴 듯 합니다. 물을 뿌려 엔진 과열을 막아 주는 장치이거든요. 



www.themotorreport.com.au



엔진을 쉽게 식힐 수 있으니 출력을 최대한으로 끌어낼 수 있게 됩니다. 시쳇말로 엔진을 조져(?) 터지기 직전까지 돌릴 수 있으니 성능이 좋아지는 건 당연지사 겠지요.



이미 대부분의 엔진이 수냉식 냉각 방식을 채택한 지라 물로 열을 식힌다는 개념은 새로울 게 없습니다. 다만 워터 인젝션은 물을 엔진 내부에 직접 분무 한다는 점이 다를 뿐입니다. 



inhabitat.com


www.aemelectronics.com


분무기의 물을 맞으면 시원한 느낌이 드는데, 이걸 엔진에다 장착한 컨셉 입니다. 2차 대전의 수냉식 피스톤 엔진 전투기들이 최대 출력이 필요한 긴급이륙, 도그파이팅에 써먹기 시작 하면서 등장 했습니다.



www.hyperscale.com



파일럿이 긴급 상황에 접어들어 워터펌프 스위치를 눌리면, 캬브레터에 물이 분사되면서 엔진 RPM을 최대로 쓸 수 있었습니다. 



뭐랄까. 지금 제트기의 에프터버너와 같은 느낌이로군요. 워터탱크 용량에 한계가 있으니 일정 기간 쓸 수 있는 부스터에 더 가까울런지도....



워터 인젝션이 자동차 엔진에도 장착되는 추세인데요. 원리는 과거와 차이가 없습니다. 



ae-plus.com




흡기장치에 따라 들어간 물(스프레이)은 기화하면서 실린더 내의 열을 빼앗아 갑니다. 



노킹은 주로 엔진의 이상고온에서 발생하는데, 온도가 낮게 안정적으로 유지 되면서 노킹이 나지 않게 되지요. 노킹에 신경 쓰지 않고 스파크 타이밍을 최적으로 조절할 수 있게 됩니다. 



http://www.ntua.gr/marinelive/marinecfd/marinecfd.htm




모두 엔진에 전자제어가 도입되면서 가능해진 프로세스입니다. 최대 출력을 위해 예전 파일럿 처럼 별도로 스위치를 누를 필요가 없어졌습니다.



plus.google.com




엔진은 스스로 rpm, 온도를 측정하여 압축비와 연료 분사량, 스파크 타이밍을 조절합니다. 과열 상태에 진입하면 필요 시기에 적절하게 물을 분사하게 됩니다. 



고온에 노출되는 과급 엔진들, 주로 터보차져나 슈퍼차져에 적당한 시스템입니다. (그러고 보니 과급엔진도 2차대전의 유산이군요)



www.suggest-keywords.com




엔진 과열을 방지한다는 컨셉 이므로, 물론 제트 엔진에도 장착도 시도 되어 왔습니다. 하늘을 나는 요새 B-52의 프랫&휘트니의 J57이 대표적인 케이스입니다. 



연소실 전 압축기에 워터 인젝션이 장착되어 있습니다. 물을 뿌려 연소 온도를 낮춰 주는 동일한 역할을 수행합니다. 최대 출력에서 (과열 걱정 없이) 더 많은 연료를 분사할 수 있고, 덕분에 더 많은 추력을 얻게 됩니다. 



forum.milavia.net




다만 낮아진 연소실 온도 덕분에 일부 연료가 불완전 연소 되는 단점이 생기는데요. 한번씩 사진에서 보셨을 겁니다. B-52가 이륙할 때 검은 매연이 풀풀 날리는 장면을요. 바로 워터인젝션 때문에 생긴 부작용(?) 입니다. 



참고로 요새는 엔진 출력들이 워낙 짱짱해서 장착되지 않습니다.



부작용은 일반 피스톤 엔진에도 있습니다. 물 자체가 금속을 부식 시키는 성질이 있어 첨가제가 필요합니다. 물은 겨울에 얼어버리지요. 그래서 첨가제가 필요합니다. (BMW의 경우는 별도 동파방지 시스템 적용으로 순수 물을 사용하는 듯 하네요.) 



vc-tuning.ru



그래서 보통 물과 알코올을 반반 섞어 사용했습니다. 아얘 물을 쓰지 않고 메탄올만 쓰는 메탄올 인젝션 시스템도 존재하고요. 



만약 엔진 제어시스템의 고장으로 과다 분사가 되는 경우는… 이건 부작용이라고 하긴 그렇지만, 과도하게 팽창된 혼합기의 때문에 실린더 헤드가 날아갈 수도 있다고 합니다. (hydrolock)



www.bmwblog.com



현재 BMW에서 적용한 워터 인젝션은 흡기 매니폴드에 분사하는 방식입니다. 5리터의 물탱크에서 물을 공급 받습니다. 끌어온 물은 300bar 이상으로 고압 분사되어 엔진을 냉각시킵니다. 



향후 엔진의 실린더 내부에 물을 직접 분사하는 워터 다이렉트 인젝션으로 발전될 예정입니다.



www.foxnews.com




불을 끄는 물이 엔진의 성능을 끌어올린다는게 신기하기만 할 뿐인데요. 내연기관이 어디까지 진화해 나갈지 흥미로울 따름입니다.



액체와 기체를 컨트롤 해야 하는 내연기관, 별의 별 방법이 다 등장하는데, 전기차가 등장하면 다 휴지통 행이라는 건 함정 이로군요. -_-;;;;