보쉬의 water injection system (물분사 직분 가솔린).. ~_~

alchol 2015-05-25 (월) 12:14 조회 : 4175 추천 : 11

Bosch가 최근 소개한 물분사 시스템인데.. NEDC 기준 가솔린 엔진 연비를 4% 정도 개선효과가 있다고 합니다.

말 그대로 엔진 실린더 내로 들어가는 공기에 직접 물을 분사하여 (물을 섞어서) 실린더내 에서
폭발하게 하는 시스템 입니다.

                               *짤방은 흡기에 물분사 하는 보쉬 물분사 시스템... 가솔린 직분사 적용.. *

이 시스템을 결합하여 얻는 장점은 아래와 같습니다.

1. 흡기 혹은 혼합기에 물을 섞어 매니폴더의 가느다란 관을 통해 어느정도 압축이 되버린 고온의 공기를 식혀줍니다.
==> 혼합기의 냉각 은 결과적으로 공기(산소) 밀도의 증가를 가져옴니다.
        특히 챠져 엔진의 경우 유용합니다.

2. 실린더 안에 물이 들어가면 연료와 산소(공기)가 폭발때의 열로 물이 팽창하여 밀어내는 힘 = 토크가 증가됩니다 .
정리하면 연료 + 산소 + 물 이 폭발 = 연료의 폭발력 + 물의 수증기 팽창력 이 더해지는것입니다.
==>if 출력위주 셋팅만 한다면..이건 일시적으로 boost 효과가 터지는것과 똑같습니다. 니트로 쓰는것과 비슷할수도.. ~_~

3. 배기시 수증기가 열을 머금고 배출되면서 실린더를 냉각 시켜 줍니다.
   ==> 결과적으로 내연기관의 큰 숙제중인 하나인 열 과의 싸움에 우위에 서게 된다는것 입니다.

4. 1,3. 의 이유로 노킹에 있어서 큰 잇점 을 가지게 되며 좀더 분사압을 높인다던가.. 아니면 물팽창 압력을 계산하여
    좀더 린번(희박 연료) 상황에 가깝게 연료량 분사가 가능합니다.

5. 큰 효과는 아니지만 실린더내 카본 침착물을 날려 버리는데에도 유용합니다.
직분사 엔진의 근본적인 문제 하나의 해결책이 될수 있습니다.

6.배기시 린번 가솔린 엔진의 단점이였던 배기 입자(particle)를 물로 같이 씻겨버릴수 있습니다.
   단 이 부분은 좀더 r&d가 필요하다고 합니다.

                     * 일반적인 대중차 엔진은 고출력이 목표가 아니니 궁극적으론 냉각(cooling) 쪽 장점을 더 부각합니다. *

장점만 주저리 주저리 설명했지만 물론 큰 단점이 존재합니다.

1. 물은 필연적으로 금속의 부식 을 유발합니다. 라디에이터 냉각수 녹보다 비교도 안되게 심각할수 있는데..
    PCV 배기가스 시스템과 어떻게 조화를 이루느냐도 문제입니다.
    bmw 컨셉카라던가 하여간 대량 양산이 아닌 차들은 별 문제가 아닐지도 모르지만 대량 양산차 회사 입장에선
    큰 문제 입니다.

2.기후에 따라 물은 빙결 이 될수 있습니다. 결론은 순수한 물이 아닌 특수한 처리를 한 용액을 사용해야 한다는 얘기인데..
   여기도 무슨 요소수 마냥 아직 표준화라던가 여러 연구가 필요하다고 봅니다.

   ==> 2차세계대전시 이 문제로 물 + 알콜 50:50 인 혼합용액을 사용하는 방법도 있었습니다. (독일)

장,단점이 어찌되었던 간에.. 이 물분사 시스템은 나름 내연기관의 효율 향상면에서 또 색다른 방법이 될수 있을것 같아서
주목해볼 가치는 있으리라 봅니다.

무엇보다 보쉬가 이 시스템의 대량 양산을 준비중이라... 한 5년후에는 대세가 될련지도요.
이미 BMW가 컨셉?쇼 카를 올초에 내놓았습니다. 뉴스 보신분도 있으려나..

제가 설명을 주저리주저리 하는것보단 동영상 한편이 훨씬 좋을거라서.. 링크해봅니다.

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덧: 그런데
     이 물분사 시스템은 70년도 넘은 역사를 가지고 있습니다. 뜬금없이 튀어 나온것은 아닙니다.
     2차세계대전 비행 시뮬 게임 매니아라면 대부분의 후기형 프로펠라(프롭) 전투기의 조종간에 물분사 스위치가
     달린것은 알고 계실겁니다 -0-.

* 매셔슈미츠 ME-109 에 달린 유명한 역v 실린더 슈펴챠져 DB 600 (다임러-벤츠605) 엔진 입니다. *

2차 대전 프롭 전투기에 들어간 물분사 시스템은 말 그대로 전투기동시 <순간출력> 그리고 고고도 상에서 희박 공기의 밀도 상승
을 위해 물분사 시스템을 사용했습니다.

그래서 높은 고고도 상에서는 영하의 온도로 물이 얼기 때문에 독일에서는 MW 50 이라고 알콜 : 물 = 50:50 시스템을 사용했었습니다.
물 분사 이전에는 니트로 질소 산화물을 사용하여 고고도상 희박 공기 문제를 해결해 볼려고 하기도 했고요..(GM-1)
(자세한 설명은 밀리터리 매니아들이나 좋아할 복잡한 내용이니 패스.)

어찌되었든 짤방 me-109 전투기는 토탈 26분... 연속 사용시 대략 10분 가능한 물분사 시스템을 갖추고 있었는데요..
2차대전 초기 고고도 상에서 영국 전투기를 요격하는데 아주 유용했었다고 합니다. (내려 꽂고 튀기...)
물론 연합국측 전투기도 물분사 시스템이 있었습니다만.. 높은 고도에서 슈펴챠져로 공기 때려 붓고 거기다가 물분사 까지
해대니...쩝.. 당시에 고고도 공중전은 ME-109가 쵝오 였던 시절이 잠깐 있었거든요.. ~_~

전투기 엔진이야 십수회 출격하면 금방금방 교환하는 물건이니.. 당시엔 녹슬던가 말던가 정말 물을 과감히 썼습니다.

뭐 뜬금없이 2차대전 비행기 얘기를 하는 이유가 뭐냐면..
우리가 타는 내연기관 자동차들 기술중 70% 이상은 이미 저 시대에 대충 튀어 나왔다는것을 말씀드리고 싶어서입니다.
심지어 하이브리드 자동차 개념도 포르쉐 박사가 저 당시에 만든거니까요.

~~부쳐핸접한 날도 출근한 억울함을 달래려 뻘글 하나 써보고 갑니다.~~