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가솔린엔진의 연료공급장치
연료공급방식의 분류
1970년대 이후,자동차용 엔진에 대하여 출력을 높일 것과 배기가스를 정화시킬 것이 요구되어, 이를 만족시키기 위한 방법으로 연료분사방식이 채용되기 시작되었다. 연료분사방식이 채용되기 전에는 연료공급장치로는 기화기(carburetor)가 사용되었었다. 연료분사방식은 기계식과 전자식으로 분류될 수 있으며,전자식은 SPI(Single Point Injection)과 MPI(Multi-Point Injection)방식으로 나눌 수 있다. SPI는 한 위치에서만 연료의 분사가 이루어져서 혼합기가 각 기통으로 분배되는 방식으로, 드로틀바디에 연료를 분사하는 TBI(Throttle Body Injection)도 SPIdml 일종이다. MPI는 각 기통별로 별도의 인젝터를 장착하여 연료를 분사하는 방식으로 현재 판매되고 있는 대부분의 가솔린승용차에서 채택되고 있는 방식이다. 연료공급방식에 따른 분류방법을 아래 그림에 정리하여 보인다.
전자기술의 발전과 동반하여 고성능,저연비,저공해 등의 요구 성능을 만족시키는 MPI방식은 이제 지구온난화와 관련한 이산화탄소의 저감을 위하여 현재의 흡기포트 분사방식보다 연료의 소모를 줄일 수 있는 ‘기통내 직접분사방식(GDI;Gasoline Direct Injection)’으로 변화를 꾀하고 있다. Guswo 국내에서 시판되고 있는 자동차 중에서 에쿠우스4.5리터가 GDI방식을 채택하고 있으나,이는 일본 미쓰비시엔진을 수입탑재한 경우이고,향후에 국내기술이 발전되면 점차 GDI엔진의 탑재가 확대될 것으로 예상되고 있다.
흡기포트 분사방식과 GDI
흡기포트 분사시스템은 연료펌프,디스트리뷰션파이프,압력조절기,그리고 인젝터로 구성되어 있다. 연료펌프에서 압송된 연료는, 압력조절기에서 2.5~4bar 정도로 압력이 조절되어 디스트리뷰션파이프로 보내지고, 이 디스트리뷰션파이프에서 각 기통에 장착되어 있는 인젝터로 배분된다. 인젝터는 ECU에서 보내오는 신호에 의해,엔진회전수에 동기되어 간헐적으로 흡기포트내로 연료를 분사한다. 이때 분사되는 연료량은 인젝터의 밸브가 열려 있는 시간에 의해 조절된다. 따라서 ECU는 연료가 분사되는 Timing과 인젝터 밸브의 열림시간을 제어하고 있다. 인젝터에 요구되는 기능은 연료량의 조절성,연료의 미립화,연료의 분무형상,그리고 연료라인의 기밀성유지 등이다. 흡기밸브의 숫자 및 배치형태,흡기포트의 형상,그리고 인젝터의 장착위치 등에 따라 연료분무형상을 적절하게 제어해야 하며 이를 위하여 연료가 분무되는 인젝터팁의 분무공(Hole)의 형상이 달라질 수 있다.
GDI는 현재 일본이 전세계적으로 가장 앞서있다. 미쓰비시, 도요타, 닛산 등이 이미 일본 내에 차량을 판매하고 있다. GDI는 연료를 실린더 내에 직접분사하므로 더 높은 연료압력이 필요하다. 그래서 흡기포트분사방식에 비하여 더 많은 부품으로 구성되어 있다. GDI의 연료계 주요 부품은,저압연료펌프,고압연료펌프,디스트리뷰션 파이프,연료압력센서,그리고 고압인젝터이다. 저압펌프에서 압송된 연료는 고압펌프에 내장된 압력조절기에 의해 2.5~3.5bar정도로 조절된다.고압펌프에서 승압된 연료는 디스트리뷰션 파이프로 압송되는데,이때 압송되는 연료의 양은 기통 내로 분사되는 연료량에 상당하는 양이다. 디스트리뷰션 파이프 내의 연료압력은 연료압력센서의 신호에 의해 feed-back제어되어 80~130bar범위에서 가변제어된다.이 방식에서는 연료의 양을 정밀하게 조절하는 것과 연소안정성에 영향을 미치는 연료분무특성을 확립하는 것이 중요한 점이다. |
