공기와 물을 사용하는 마법의 엔진
718 박스터와 718 카이맨의 간접 중간 냉각 방식, 터보 기술의 새로운 이정표를 세우다 – made by
포르쉐는 최근 911 모델에 터보엔진을 도입하였으며, 이제는 718 박스터와 718 카이맨에도 터보엔진을 적용하고 있다. 이러한 결정은 연비개선과 함께 더욱 강력한 출력 및 토크의 달성이라는 시대적 요구와 무관하지 않다. 이런 터보 스포츠카에는 강력한 추진력과 효율성을 보장하기 위해 공기를 냉각시키는 인터쿨러가 탑재된다. 포르쉐는 911의 경우 직접 냉각 방식을 사용하는 반면, 718 모델에는 연소공기를 위한 하이텍 냉각시스템으로 자체 냉각수 회로를 구비한 간접 중간 냉각 방식을 사용하고 있다.
이러한 모든 기술의 발원지는 바로 모터스포츠이다. 1970년대 초, 배기량의 증대뿐 아니라 터보차저의 적용을 통해서도 엔진 출력을 개선할 수 있다는 사실이 모터스포츠 분야의 다양한 실험을 통해 밝혀졌다. 배기 흐름에 의해 구동되는 터보차저는 흡입공기를 압축시키고, 이 압축된 다량의 공기를 연소실로 과급하는 방식으로 출력 증대에 결정적인 기여를 한다. 터보차저를 기본 사양으로 적용한 것은 1974년 포르쉐 911 터보가 처음이었다.
이후 다양한 시험에서, 온도가 낮아질수록 공기의 밀도가 커지고 실린더로 과급되는 공기의 양도 이에 상응하게 증가하므로 가열된 차지 에어를 냉각시킬수록 엔진의 효율성이 더욱 개선되고 출력도 증대되는 것을 알게 되었다. 이러한 사실에서 출발하여, 이미 1977년에 포르쉐는 911 터보에 인터쿨러를 채용하기로 결정한다. 911은 후륜구동 방식인 반면, 718 박스터와 718 카이맨은 미드십 엔진으로 구동되기 때문에 흡기구를 추가적으로 설치하거나 더 크게 설계하는 경우에만 직접식 과급기 냉각이 가능하다. 하지만 718 디자인의 전폭적인 변경이 요구되는 흡기구의 추가적 설계는 상상할 수 없는 금기사항이었다. 이런 조건에서 선택할 수 있는 유일한 해결방법은 터보차저의 간접 냉각이었다. 이 방식은 추가적인 냉각수를 사용하는 효율적인 시스템으로 섀시를 변경할 필요가 없기 때문이다. 따라서 718에는 두 개의 냉각회로, 즉, 엔진용으로 사용되는 일반적인 고온 냉각회로 및 인터쿨러용 저온 냉각회로가 탑재된다.
간접 과급기 냉각방식에서는 연소공기가 주행 방향을 기준으로 좌측에 배치된 흡기구를 통해 흡입되고 여과된다. 여기에서 공기는 터보차저를 통과해 흐르고 압축되며 이 과정에서 170도까지 가열된다. 이후 본래의 냉각과정이 시작된다. 가열된 공기는 엔진 상단에 통합된 인터쿨러로 흐르고 이때 수냉식 베인에 의해 냉각된다. 즉 뜨거운 공기의 열이 저온 냉각회로의 냉각수로 방출된다. 가열된 냉각수는 두 개의 측면에 배치된 저온 쿨러에서 주행풍에 의해 ‘얼음처럼’ 차갑게 냉각되고 다시 냉각회로에 사용된다. 이런 과정을 통해 최적의 온도로 냉각된 공기가 스로틀 밸브를 거쳐 연소실로 흐르고, 최적의 폭발행정으로 강력한 출력을 발생시키는 비밀병기로 사용된다.
글 Thomas Fuths
일러스트레이션 ROCKET & WINK