물 주입(엔진)

Water injection (engine)

내연기관에서 물 주입(ADI)은 유입 공기 또는 연료-공기 혼합물에 물을 분사하거나 연소실로 직접 분사하여 "핫 포인트"가 조기 점화될 수 있는 흡기 시스템의 특정 부분을 냉각할 수 있습니다.제트 엔진에서는 저속 및 이륙 시 엔진 추진력을 높입니다.

물주입은 과거 군용 항공엔진의 출력 증대를 위해 개싸움이나 이륙과 같은 짧은 기간 동안 사용되었다.하지만 모터 스포츠, 특히 드래그 레이싱에서도 사용되고 있습니다.또한 오토 사이클 엔진에서는 물 주입의 냉각 효과가 엔진 노킹(디토네이션)을 줄여 압축 비율을 높일 수 있습니다.또는 오토 사이클 엔진에서 엔진 노킹이 감소한다는 것은 물 분사를 슈퍼차저, 터보차저 또는 공격적인 점화 타이밍과 같은 개조 작업과 함께 사용할 때 일부 응용 프로그램의 성능이 크게 향상된다는 것을 의미합니다.

엔진에 따라서는 물을 [1]주입하는 것만으로 출력과 연비를 향상시킬 수 있습니다.NOx 또는 일산화탄소 [1]배출을 줄이기 위해 물 주입을 사용할 수도 있습니다.

유체의 조성

많은 물 주입 시스템은 물과 알코올의 혼합물(종종 50/50에 가까움)과 미량의 수용성 오일을 사용합니다.물은 높은 밀도와 높은 열 흡수 특성으로 인해 일차적인 냉각 효과를 제공합니다.알코올은 가연성이며 물의 부동액 역할도 합니다.오일의 주된 목적은 물 분사 및 연료 시스템 [2]구성 요소의 부식을 방지하는 것입니다.

참고 항목: MW 50

항공기에서 사용

J57 엔진이 장착된 KC-135의 "습한" 이륙

물 주입은 왕복 및 터빈 항공기 엔진 모두에 사용되어 왔다.터빈 엔진에서 사용할 경우, 그 효과는 일반적으로 폭발을 방지하는 것이 주된 목적이 아니라는 점을 제외하고는 유사하다.물은 보통 컴프레서 입구 또는 연소실 바로 앞의 디퓨저에 주입됩니다.물을 추가하면 엔진에서 가속되는 질량이 증가하여 추력을 증가시키고 터빈을 냉각하는 역할도 합니다.일반적으로 온도가 낮은 고도에서 터빈 엔진 성능의 제한 요소이기 때문에 냉각 효과를 통해 엔진이 더 높은 RPM으로 작동하고 [3]더 많은 연료가 분사되고 과열 없이 더 많은 추력이 생성됩니다.

애프터 연소 엔진이 널리 채택되기 전에는 일부 1세대 제트 전투기가 물 주입을 사용하여 성능을 중간 정도 향상시켰습니다.예를 들어, 록히드 F-80 Shooting Star의 최신 모델인 F-80C는 앨리슨 J33-A-35 엔진에 물 주입을 사용했다.물 주입은 추력을 20kN(4,600lbf)에서 24kN(5,400lbf)로 증가시켜 추력을 17.4% [4]증가시켰다.

Pratt & Whitney JT3C 터보젯을 장착한 보잉 707의 초기 버전은 추가적인 이륙 동력을 위해 물 주입을 사용했으며, Pratt & Whitney JT9D-3AW와 -7AW 터보팬을 [5]장착한 보잉 747-100과 200 항공기도 마찬가지였다. 이 시스템은 더 강력한 엔진을 장착한 이후 버전에는 포함되지 않았다.BAC 원일레븐 여객기는 롤스로이스 스피이 터보팬 엔진에도 물 주입을 사용했다.탱크에 물 대신 제트 연료를 채운 것이 범국제선 112편 [6]추락사고로 이어졌다.

1978년 올림픽 항공 411편은 급수 시스템 또는 그 과정의 [7]고장으로 인해 중단되고 이륙 공항으로 회항해야 했다.

자동차에서 사용

크라이슬러와 같은 제조사의 강제 유도 엔진을 장착한 제한된 수의 도로 차량에는 물 주입이 포함되어 있습니다.1962년식 올즈모빌 제트파이어는 터보 제트파이어 [8]엔진과 함께 전달되었다.

2015년 BMW는 워터 인젝션과 인터쿨링을 결합한 고성능 M4 쿠페인 M4 GTS를 출시했습니다.이 차는 2015년 MotoGP 시즌에 시리즈의 공식 세이프티카로 등장하여 [9]2016년에 상용 시장에 출시되었습니다.BMW의 예와 같이, 물 주입을 특징으로 하는 현재의 엔진 개발은 "성능 향상"의 효과에 초점을 맞춘 것으로 보입니다.그러나 2020년대 중반에는 CO 배출량 감소와 관련 규제에 [10][11]대한2 압력으로 인해 엔진 개발도 연료 소비 개선으로 전환될 것입니다.

BMW와 이 기술을 공동 개발한 보쉬는 다른 제조업체들을 위해 워터부스트라는 이름의 물 분사 시스템을 제공한다.이 회사는 엔진 성능이 최대 5% 향상되고, CO 배출량이2 최대 4% 감소하며,[12] 연비가 최대 13% 향상되었다고 주장합니다."물 주입 - 고출력 및 고효율 조합"[13]에서도 유사한 결과가 보고되었다.

워터 인젝션 및 냉각 배기 가스 재순환(EGR)은 경쟁 기술로 볼 수 있습니다. 중 부하에서 포트 워터 인젝션(PWI)을 포함한 40~50%의 WFR(물 대 연료비)이 10%의 EGR 비율과 동일한 효과를 발휘하며, 이는 가솔린 [14]엔진의 경우에도 상대적으로 제한적인 것으로 간주됩니다.

온보드 워터 생성

고객에게 정기적으로 추가 작동 오일을 보충할 의향을 묻는 설문 조사에 따르면 허용 수준이 [11]제한적인 것으로 나타났습니다.따라서 리필의 필요성이 Water Injection의 대량 채택을 위한 주요 장벽 중 하나로 고려되고 있다.핵심이 되는 것은 특히 일관된 저배출량(물 공급 없이 가동할 경우 상승하는2 엔진 CO 배출량)을 보장하기 위해 폐쇄 루프 시스템으로 작동하는 온보드 물 생성 시스템의 개발이다.다음의 3개의 주요 소스를 조사할 수 있습니다.

  • 주변 공기 습도 수집(A/C 응축수에 의한 등)
  • 지표수(예: 차체에서 수집된 빗물)
  • 배기 가스 응축수

처음 두 변형은 습도 수준이 충분히 높거나 운전자의 습관(A/C 작동 불필요)이 있는 주변 날씨 조건에 크게 좌우됩니다.따라서 충분한 물 공급을 확보할 수 없다.이와는 대조적으로 가솔린 연소 중에 형성된 수증기의 응축은 신뢰할 수 있는 수원이며, 가솔린 연료 소비량 1리터당 배기 가스 중 약 1L의 수증기가 있습니다.2019년 10월, Hanon Systems는 FEV와 함께 "Water Harvesting System"[15]이라 불리는 Hanon Systems 장비 덕분에 근접 시스템에서 작동하는 포트 워터 인젝션을 갖춘 Audi TT Sport 시연기를 선보였다.

디젤에 사용

2016년 배기가스 재순환과 물 주입을 결합한 연구.디젤 엔진의 배기 매니폴드에 물을 주입하고 흡기 행정 중에 배기 밸브를 열어 주입된 물과 일부 배기 가스를 실린더로 다시 끌어들였습니다.그 결과 NOx 배출량이 최대 85% 감소했지만 그을음 [16]배출량은 증가했습니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ a b Wilson, J. Parley (February 2011). Effects of Water Injection and Increased Compression Ratio in a Gasoline Spark Ignition Engine (Thesis). University of Idaho.
  2. ^ 크로즈 & 와일드 1995, 페이지 143
  3. ^ Kroes & Wild 1995, 285-286페이지.
  4. ^ Roux, Élodie (2007). Turbofan and Turbojet Engines: Database Handbook. p. 213. ISBN 9782952938013.
  5. ^ Daggett, D. L.; Ortanderl, S.; Eames, D.; Berton, J. J.; Snyder, C. A. (November 2, 2004). "Revisiting Water Injection for Commercial Aircraft". SAE Mobilus. US. doi:10.4271/2004-01-3108.
  6. ^ 항공 안전 네트워크의 함부르크-펄스뷔텔 인근 범국제 추락 사고 기술
  7. ^ "Ολυμπιακή Αεροπορία πτήση 411: Οταν κατα την απογείωση το ΑΕΡΟΠΛΑΝΟ εξυσε τις πολυκατοικίες στον Αλιμο" [Olympic Aviation flight 411: When during the take-off the PLANE scraped the apartment buildings in Alimos] (in Greek). December 27, 2020. Retrieved February 17, 2022.
  8. ^ "Jetfire". Oldsmobile Mail List Server Community. Archived from the original on February 25, 1999.
  9. ^ "New BMW M water injection system". BMW M Power. BMW. October 7, 2015. Retrieved November 14, 2021.
  10. ^ Durst, B.; Unterweger, G.; Reulein, C.; Ruppert, C.; Linse, D; Kerkn, W. (2015). "Leistungssteigerung von Ottomotoren durch verschiedene Wassereinspritzungskonzepte". MTZ-Fachtagung Ladungswechsel im Verbrennungsmotor (in German). Germany.
  11. ^ a b PAUER, T.; FROHNMAIER, M.; Walther, J.; SCHENK, P.; HETTINGER, A.; CAMPMANN, S., 2016.'옵티메룽 폰 오토모토렌 뒤흐 바세레인스프리중'입력: 37. 국제 비너 모토렌심포시움.
  12. ^ Bosch WaterBoost - Bosch 이동성 솔루션
  13. ^ THEWES, M.; BAUMGARTEN, H.; SHARF, J.; BIRMES, G.; BALAZS, A. et., 2016 "물 주입 - 고출력 및 고효율 조합" in 25. 아체네르 콜로키움 파흐르주그 언드 모토렌테크니크
  14. ^ 콘웨이, 그레이엄, 2019년"노크 완화를 위한 대체 유체 주입"내부: SAE, 국제 파워트레인, 연료 및 윤활제 회의.2019년 1월 22일부터 24일까지 텍사스 주 샌안토니오
  15. ^ Hébert, Guillaume; Bazala, Jiří; Fischer, Oliver; Nothbaum, Jürgen; Thewes, Matthias; Voßhall, Tobias; Diehl, Peter (2019). Exhaust Gas Condensate as an Enabler for Self-Contained Water Injection Systems. 28th Aachen Colloquium Automobile and Engine Technology.
  16. ^ Nour, M; Kosaka, H; Abdel-Rahman, Ali K; Bady, M (2016). "Effect of Water Injection into Exhaust Manifold on Diesel Engine Combustion and Emissions". Energy Procedia. 100: 178–187. doi:10.1016/j.egypro.2016.10.162.

추가 정보

외부 링크