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 LPG 과충전 방지 장치란?
   2000년 5월경에 국내 자동사 제작사 중 하나인 D사의 레저용 자동차가 LPG과충전 방지장치의 오작동으로 곤욕을 치른 적이 있습니다. LPG자동차의 연료공급용 탱크에 내장되는 부품인 과충전 방지 장치는 LPG연료용기 내에 연료가 과다하게 충전되는 것을 방지하는 기능을 가지고 있습니다. LPG연료용기 내에 연료가 과다하게 충전되면, 온도가 상승하여 연료가 용기 내부에서 팽창하게 될 때 용기 내의 압력도 급격하게 상승하여 용기가 파열될 가능성이 커집니다. 그러므로, 어느 정도 용기 내부의 온도가 상승하여 압력상승이 있더라도 너무 과도하게 압력이 상승되지 않도록 일정부분 완충 역할을 하는 내부 공간을 가지고 있을 필요가 있습니다. 현재 법규적으로 이러한 안전용 공간은 용기 용적의 15%를 차지하게 되어 있습니다. 그러므로 연료 충전시에 전체 용기 용적의 85%만이 충전되도록 하는 것입니다. 용기 용적의 85%이상은 충전되지 못하도록 하는 것이 과충전 방지 장치입니다.
   LPG충전 밸브는 충전 밸브, 안전 밸브, 과충전 방지 장치, 그리고 플로우트(뜨개:Float)가 결합되어 있습니다. 과충전 방지 장치는 O-ring이 결합되어 있는 Flux로 연료의 충전 통로를 단속할 수 있게 되어 있습니다. 용기 용적의 85%가 되면 연료의 높이와 연관되어 움직이는 뜨개가 Flux를 이동시켜 충전용 통로를 막게 됩니다. 그런데, 이 Flux와 통로 사이에 기밀이 유지되지 않으면 연료가  용적의 85%이상까지 충전될 수 있습니다. 앞에서 인용한 D사의 경우에도 Flux에 결합되어 있는 O-ring의 기밀 유지 실패로 과충전을 방지할 수 없었다고 알려지고 있습니다.
                    
  LPG연료의 팽창으로 인한 용기의 파열사고를 예방하기 위한 안전장치인 과충전 방지 장치는 다음과 같은 기준을 만족할 것이 요구되고 있습니다.
 (1) LPG에 대한 화학적, 기계적 내구성을 가지는 구조일 것.
 (2) 통로의 단속점을 용이하게 변경할 수 없을 것.
 (3) 유해한 홈 및 균열 등의 결함이 관찰되지 않을 것.
 (4) 일정 압력 이상에서 실시하는 내압시험 및 기밀시험에 합격한 것일 것.

 LPG 차량의 엔진오일이 더 깨끗하다는데...
   일반적으로 가솔린 엔진에 비해서 LPG엔진의 엔진오일 열화가 더 천천히 진행된다고 알려져 있습니다. 이것은 운행 중인 차량의 엔진오일을 오일수준계(Dipstick)로 점검했을 때,dipstick에 묻어 나오는 오일의 색깔로 가시적으로 알 수 있습니다. 엔진오일의 색깔이 검게 변색되는 것은 엔진오일에 Soot가 혼입되었다는 것을 말하는데, 엔진오일의 색깔이 변색되지 않았다고 해서 실제로 엔진오일의 특성도 양호하게 유지되는지는 엔진오일의 점도(Viscosity)나 산도(Total Acid Number) 등을 살펴보아야 합니다.
   LPG를 연료로 하여, 8,000km를 주행할 때마다 엔진오일의 특성을 계속적으로 모니터한 결과를 아래 표에 인용합니다. 이 자료는 국내에서 시험한 결과가 아니어서, 주행조건이나 연료조건 등에 의해 국내에서와는 차이가 있을 수 있으나, 그 차이는 크지 않을 것으로 예상됩니다. 이 표를 보면, LPG를 연료로 하여 차량을 운행하였을 때, 주행거리에 따라 엔진오일의 특성이 어떻게 변화되어 가는가를 짐작할 수 있습니다. 이 실험에 의하면, 가솔린을 연료로 사용하는 경우에는 5,000km정도를 주행하면 엔진오일의 색깔이 검게 변화하는 데에 반하여, LPG를 연료로 사용하는 경우에는 25,000km이상을 주행해도 엔진오일의 변색이 그다지 관찰되지 않았다고 합니다.

   표에서도 알 수 있듯이 25,000km 주행 후에도 오일 점도의 변화는 최대 15% 이내로 나타나고 있습니다. 이정도의 변화는 엔진오일의 기본 특성을 유지하고 있다고 볼 수 있다고 합니다. 따라서, 가솔린을 연료로 사용할 때보다 LPG를 연료로 사용하는 경우가 엔진오일 교환주기를 더 길게 가져갈 수 있는 것입니다.

 LPG 레저 차량의 연비 불만은...
   지난 9월 말경에 한국소비자보호원에서는 LPG용 레저차량의 연비불만에 대한 시험결과를 발표했었습니다. 소비자보호원의 연비시험 결과를 요약하면 아래 표와 같습니다.

   표에서도 알 수 있듯이 동일한 차량임에도 연식에 따라 표시 연비가 다르게 표현되고 있는데, 이것은  자동차의 구분방법이 2000년에 변경되어, 환경부에서 규정하는 기준으로는 8인승 이하는 승용차로 분류되기 때문입니다. 승용차는 연비 시험방법이 통상 시가지 주행모드라고 하는 FTP-75모드를 주행하게 되어 있습니다. 따라서, 승합차로 분류되어 60km/h 정속 연비를 측정했던 2000년식과는 표시연비가 차이가 납니다.
   그러나 동일한 시험방법으로 시행한 2001년식 표시연비와 한국소비자보호원의 시험결과가 다소 차이를 보이고 있습니다. 대략 5~7%의 차이를 보이고 있습니다. 이것은 동일한 차종의 연비시험 결과로서는 조금 큰 편에 속합니다. 그러나, 소비자보호원에서도 언급했듯이 시험차량의 상태가 가장 중요한 요인이 됩니다. 소비자보호원의 시험에서도 레조는 최초의 시험에서는 7.6km/l밖에 나오지 않았습니다. 그 차량을 정비한 후에 재검사한 결과가 위 표의 결과입니다. 이처럼 LPG차량은 차량의 상태에 따라 연비에 많은 차이를 보일 수 있습니다. 소비자보호원에서 발표한 자료에 의하면, 레조차량의 정비 부품은 다음과 같습니다.
    * 점화플러그 및 배선 교환
    * 에어크리너 교환
    * 기화기 공연비 조절
    * 타이어 점검
    * 엔진오일 점검
   다른 항목은 대개 가솔린 자동차의 기본 정비에도 포함되는 내용입니다만, LPG자동차에서 특별히 관심을 가져야 하는 부품인 기화기가 포함되어 있습니다. 여러번 언급한 것입니다만, LPG자동차에 있어서 연료공급장치의 하나인 기화기의 안정성(Stability)은 가솔린 자동차에 비해 상당히 취약합니다. 차량간의 편차가 큼은 물론이고 동일 차량에 있어서도 때때로 변동할 수 있습니다. 따라서, LPG자동차를 운전할 경우에는 한 달에 한 번 정도는 기화기의 공연비를 점검할 필요가 있습니다.
   또 가솔린에 비해 출력이 떨어지는 LPG자동차의 입장에서는 점화시스템의 성능도 연비에 매우 큰 영향을 미칩니다. 점화시스템의 전기적인 특성이 열화되어서 전기 에너지의 공급이 부족하거나 공급 전압이 떨어지면 상당한 연비 악화가 나타납니다.
   그러므로, LPG자동차는 가솔린 자동차에 비해 보다 규칙적인 정비가 필요하다고 할 수 있습니다.

 LPG 연료 특징과 취급 상의 주의점
   LPG연료는 부탄과 프로판의 혼합물입니다. 일반적으로 부탄이 대부분을 이루나 겨울철과 같이 주위 온도가 낮은 조건에서 시동이 용이하게 걸리게 하기 위해서 일정 비율로 기화성이 좋은 프로판을 혼합합니다. 우리나라에서는 대개 10~30%의 범위에서 프로판을 혼합하고 있습니다. LPG를 엔진의 연소실에서 연소시킬 때 가솔린을 연료로 할 때보다 더 많은 공기가 필요합니다. LPG가 액체 상태로 엔진에 공급되지만 연소실로 들어갈 때는 거의 대부분이 기체상태로 되기 때문에 일반적으로 가솔린에 비해서 유해가스가 더 적게 배출되는 환경친화형 연료로 알려져 있습니다. 물론 일부 배출가스는 상대적으로 가솔린에 비해 더 많이 배출될 수도 있습니다. 가스라는 명칭 때문에 일반적인 관점에서 폭발의 위험성이 강조된 점이 없진 않지만, LPG연료의 저장이나 취급에 있어서 몇 가지 점만 조심하면 안전하게 사용할 수 있는 연료입니다. LPG연료의 특징을 알아봅니다.

 LPG 자동차의 연비에 대한 질문
   LPG연료의 가격이 상승하면서 LPG자동차에 대한 인기가 예전과 같지는 못하지만, 아직도 가솔린 연료의 가격과는 상당한 차이를 보이고 있어, 일부 차종에 있어서는 여전히 매력적인 점이 있는 자동차입니다. 더구나, LPG가격이 정해진 범위까지 상승되고 나면, 자동차에 따른 연료사용에 대한 제한이 풀리게 될 것으로 예상되는데, 그렇게 되면 가솔린 자동차의 상당부분이 LPG자동차로 개조될 가능성도 없진 않습니다. 따라서 LPG자동차는 추세가 약화되기는 했지만, 국내 자동차 부류의 한 축을 이루게 될 것입니다. 물론, 그것은 가솔린과 LPG연료 가격의 차이에 의해 결정될 일입니다만...

Q 1. 동일한 자동차에 가솔린연료를 사용하는 경우와  LPG연료를 사용하는 경우의 연료소모의 차이는?
   -->  동일한 기종(엔진)의 자동차로, 가솔린연료로 최적의 상태로 운전될 경우와, LPG연료로 최적의 상태로 운전될 경우에 있어서의 차이가 15~20%정도되는 것이 보통입니다. 물론, 가솔린연료의 경우가 연비가 더 좋습니다. 즉, 1리터의 연료로 더 많은 거리를 주행할 수 있습니다. 더구나, 운전모드(Driving Mode)에 의해서도 다소 영향을 받습니다. 가다서다(Go-Stop)를 반복하는 정체주행모드에서는 그 차이가 더 벌어질 수 있습니다.
          LPG개조차일 경우에는 5~10%정도 차이가 더 납니다. 따라서, 가솔린승용차를 LPG견용개조차로 변경할 경우, 가솔린1리터로 10km를 주행하는 차량이라면 LPG로는 7~8km정도 주행하는 것이 보통입니다. 결국, LPG가격이 가솔린가격의 70%이하인 경우에는 LPG개조차가 더 경제적인 것이라고 할 수 있습니다.

Q 2. 가솔린과의 연비차이를 줄일 수 있는 방법은 없나요?
   --> 가솔린과 LPG가 보이는 연비 차이에는 연료시스템의 차이에서 오는 격차도 포함되어 있습니다. LPG차의 연료시스템을 가솔린차의 연료시스템과 유사한 방식(액체 연료 분사시스템:Liquid Injection)으로 변경하면, 이 부분에 의한 연비 차이를 줄일 수 있습니다. 또한, 운전모드에 의한 영향도 줄일 수 있습니다.  그렇게 되면 가솔린연료와의 연비차이는 순수하게 연료의 특성상 차이에 의한 차이만 있게 될 것이고, 그 차이는 대략 10%내외가 될 것입니다.

Q 3. LPG차량의 연비를 좋게 하는 관리 방법은 없나요? 
   --> 연비를 좋게 하는 일반적인 방법은 가솔린자동차의 경우와 동일합니다. 차량의 중량을 가볍게 하고, 불필요한 공회전을 줄이며, 급가속이나 급감속을 삼가는 것입니다. 점화플러그나 공기필터도 적당한 주행거리마다 교환해주는 것도 필요합니다. 현재의 LPG자동차는 베이퍼라이저와 믹서를 통하여 공기와 연료를 혼합합니다. 그런데, 액체상태의 LPG를 기체상태로 바꿔주는 베이퍼라이저는 많은 민감한 부품들로 구성되어 있습니다. 따라서 이들 민감한 부품들이 조금이라도 정상적인 작동범위에서 어긋나 있으면, 베이퍼라이저의 기능을 제대로 수행할 수 없습니다. LPG엔진이 공회전상태에서 상대적으로 더 불안한 것도 이 때문입니다. 따라서 정기적으로 타르를 제거하고 엔진조정 상태를 확인하는 것이 바람직합니다.

 LPG전용차와 가솔린/LPG겸용차
   현재 LPG를 연료로 하는 자동차로는 2종류가 운행 중에 있습니다. 자동차 제작사에서 제작하는 LPG차량은 LPG만을 연료로 사용하는 자동차임에 반하여, 가솔린 자동차로 출하된 자동차를 운전자가 가솔린/LPG 겸용으로 개조하여 사용하고 있는 자동차도 있습니다. LPG전용 자동차는 연료로 LPG만을 사용하기 때문에 연료의 공급량 제어나 점화시기 제어가 LPG연료의 특성에 맞게 이루어지고 있는 것에 반하여, 가솔린/LPG겸용 자동차는 기본적으로 엔진의 제어는 가솔린에 맞게 이루어지고 있으나 연료만 LPG를 공급하고 있다는 점에서 큰 차이를 보입니다. 따라서 가솔린/LPG겸용 자동차는 LPG연료 자체가 가지고 있는 자동차용 연료로서의 성능을 충분히 발휘하지 못한다는 한계를 가지고 있습니다. 아래 표에서 LPG전용차와 가솔린/LPG겸용 개조차의 차이에 대해 살펴봅니다.

 가솔린엔진과 LPG엔진의 차이
   현재 시장에서 가솔린자동차를 개조하여 LPG연료로도 운전이 가능하도록 한 LPG/가솔린 겸용 자동차는 가솔린자동차의 연료계만을 개조할 뿐, 연료를 변경하여 사용함으로써 발생될 수 있는 문제는 전혀 고려하고 있지 않습니다. 그렇게 개조가 되고 있으나, 아직까지 시장에서 큰 문제가 생기지 않고 있는 것이, 연료변경에 의한 문제를 전혀 고려할 필요가 없는 것을 증명하는 것이 아니냐고 말할 수도 있겠습니다만, 엔진 내부에서 서서히 일어나는 문제라면 시장에서는 이슈가 되지 않을 것입니다.
   실제로 자동차 제작사에서 생산,판매하고 있는 LPG전용 자동차에서, 엔진의 대부분은 가솔린 엔진과 다른 점이 거의 없다는 점도 사실입니다. 그러나, 모든 LPG 엔진이 그런 것은 아니지만, 가솔린엔진을 기본으로 하는 LPG엔진에서도 가솔린엔진과 비교하여 약간의 차이점은 있습니다. 이런 차이점은 당연히 가솔린과 LPG라는 연료 특성의 차이에서 오는 것들입니다.

Back-Fire 해결책으로서의 LPG Injection
   현재의 LPG연료시스템으로는 LPG자동차의 내구수명동안 Back-fire가 전혀 발생하지 않도록 할 수는 없을 듯합니다. 연소실로 들어가기 바로 직전에 공기와 연료가 혼합되어 혼합기를 형성하는 가솔린 분사 시스템과 다르게, 에어클리너를 지나자마자 곧바로 공기와 연료가 혼합된 상태가 되는 LPG 연료시스템은 그만큼 한계가 있습니다.
   물론, 역화의 발생을 최대한 예방하는 노력은 필요합니다. 그런 노력들 중의 하나가, LPG엔진의 점화시기에 한계를 설정하는 것입니다. 앞에서도 설명하였지만, 점화시기가 지연될수록 역화가 발생할 가능성이 많아지므로, 미리 점화시기가 더 이상은 지연되지 않도록 한계를 정해 놓는 것입니다.
   그러면, LPG자동차에서, 역화가 발생하지 않도록 하는 것이 곤란하다면, 현실적으로 합리적인 대안은 무엇일까요? 우선적으로 생각해볼 수 있는 것이 역화 발생의 피해를 최소화하는 것입니다.  LPG전용자동차에서 역화가 발생하면, 폭발력의 차이에 따라 피해가 다르지만, 에어클리너가 파손되는 일이 자주 발생합니다. 시동이 꺼지기도 합니다. 엔진의 흡기계(흡기밸브에서부터 드로틀밸브까지)의 용적이 크면 클수록 폭발력이 크기 때문에, 에어클리너의 파손 정도도 심해집니다. 그래서 일부 LPG엔진에서는 흡기계의 용적이 가솔린 엔진에 비해서 작습니다. 또 어떤 LPG전용차량에서는 역화가 발생하면 에어클리너의 뚜껑이 벗겨지게 설계되어 있는 것도 있습니다. 최소한 에어클리너의 파손은 막아보겠다는 의도입니다.
   그러나 흡기계의 용적을 줄이는 것은 엔진 출력에서 약간의 손해를 감수해야 하는 것이고, 또 에어클리너의 파손은 막을 수 있겠지만 시동이 꺼지는 것은 피할 수 없습니다. 운전 중에 시동이 꺼지는 것은 운전자를 긴장시키는 일입니다.
   이런 대안말고, 본질적으로 LPG자동차의 역화를 해결하는 방법은 액체 LPG 연료의 분사입니다. 현재 가솔린 엔진에서 사용하고 있는 방법입니다. 연료가 흡기밸브 주위로만 분사되므로, 설사 연소실 내의 불꽃이 흡기밸브쪽으로 역류한다고 해도 더 이상 전파되지 않고, 또 흡기관 내부에 더 이상의 연료는 없으므로 역화는 발생하지 않습니다.
   액체 LPG 분사방식은 그것 외에도 많은 장점을 가지고 있습니다. 혼합기가 직접적으로 각 기통으로 물리적 지연없이 유입되므로, 엔진의 반응성이 좋아집니다. 또한, 엔진의 충진효율도 증대되므로 엔진의 출력도 좋아집니다. 그리고 유해 배기가스의 배출 감소도 기대되는 것입니다.

   하지만, 액체 LPG 분사기술은 세계적으로도 이제 초기 단계입니다. 7~8년 전부터 액체 LPG 분사시스템에 대한 연구가 진행되어 왔지만, 일부 유럽 메이커가 가솔린,LPG겸용차량에 액체 LPG 분사방식을 소규모로 적용하고 있고, 아직까지 LPG전용 자동차의 대량 생산은 이루어지지 않고 있습니다. 그 이유로는 LPG믹서를 사용할 때 생성되었던 타르에 대한 불안감을 떨치지 못하고 있으며, 또한 액체 LPG 분사시스템의 연료펌프와 인젝터(Injector)에 있어서 해결해야 할 기술적 문제가 남아 있기 때문으로 알려지고 있습니다.

LPG차의 골치거리 역화로 부터 안전하려면?
   LPG차량에서 역화Back-Fire)가 발생하는 것은 연료의 공급과 점화시기가 부적절할 때이며, 따라서 역화의 발생으로부터 안전하려면 연료의 공급과 점화계에 관련이 있는 부품들이 항상 제 기능을 수행할 수 있도록 철저히 관리해야 합니다. 이런 부품들의 관리 요령을 알아봅니다.

역화(Back-Fire)가 발생하기 쉬운 조건은? (2)
   전 회에서 보였던 Back-fire발생 조건 그림을 다시 보입니다.
   그림에서도 볼 수 있듯이 혼합기가 희박하지 않고 농후하더라도 점화시기가 지연되면 역화가 발생할 가능성이 커집니다. 이것은 기본적으로 LPG혼합기의 화염전파속도가 상대적으로 느리기 때문에 생기는 현상으로써, 이 때문에 LPG를 연료로 사용하는 엔진에서는 가솔린연료 엔진에 비해서 연소실에 전기불꽃 점화를 더 빠른 시점에 발생시킵니다.

   그러나 운전 중의 엔진의 회전수와 흡입공기량은 계속적으로 변화하고 있습니다. 이렇게 변화하는 운전 조건에 따라 최적화된 점화시기도 계속 변동하게 됩니다. 경우에 따라서는 가장 적절한 점화시기가 피스톤이 실린더 내에서 가장 높은 위치인 상사점(T.D.C.:Top Dead Center)을 지난 후(After T.D.C)가 될 수도 있습니다. 그러나 점화시기가 ATDC가 되면 역화가 발생될 가능성이 커지므로 가능하면 ATDC값은 점화시기로 취하지 않는 것이 좋습니다. 실제 LPG전용자동차에서도 저속으로 언덕 길을 주행하는 등의 저속,고부하 조건에서 역화가 발생하는 일이 있는데, 이 경우 점화시기를 Before TDC로 조정하는 일이 해결책이 됩니다.
   점화시기가 문제가 되지 않고 점화불꽃의 세기(Strength)가 문제가 되는 경우도 있습니다. 대개 급가속을 하는 경우에는 연소실로 흡입되는 혼합기의 양이 많아지고 또 혼합기의 유동이 강하기 때문에, 점화플러그 전극 사이에 불꽃 방전을 일으키기 위해서는 더 높은 전압 차가 필요합니다. 점화플러그에서 전기 불꽃이 튀는데 필요한 전압을 요구전압이라고 하는데 이 요구전압이 커진다는 말입니다. 따라서, 이러한 조건에서 필요한 전압보다 충분히 높은 전압을 점화코일이 유도해내지 못하면, 불꽃이 생기지 않거나(실화:Misfire), 생기더라도 불꽃의 세기가 약해집니다. 불꽃의 세기가 약하면 불꽃의 에너지도 작기 때문에 화염의 전파속도도 느려집니다. 거기에다가 급가속에 의한 충격을 예방하기 위하여 점화시기까지 지연되면 역화발생의 가능성은 훨씬 더 커집니다. 따라서 점화코일의 성능 저하나 점화플러그의 간극 확대 등 방전 전압에 영향을 미치는 요소들이 변화되면 역화가 생깁니다. 점화플러그를 오랫동안 교환하지 않으면 점화플러그의 간극이 커져서 역화가 발생하는 이유가 여기에 있습니다. 그러므로 LPG자동차의 경우가 점화계의 부품 설계에 있어서 가솔린자동차에 비하여 더 많은 고려와 세심한 주의를 필요로 합니다.

역화(Back-Fire)가 발생하기 쉬운 조건은? (1)
    LPG차량에 역화가 발생하면, 우선 엔진조정요령대로 점검하여 적절한 혼합기가 공급되고 있는지를 확인하고,그 다음에는 점화플러그의 간극상태,디스트리뷰터(배전기)의 전기누설 여부,하이텐션코드 전기누설 여부,점화코일의 성능 등 점화계의 상태를 확인해야 한다고 했습니다. 즉, 역화가 발생할 수 있는 경우는 연료의 공급과 점화시기가 부적절할 때입니다. 이 부분에 대해서 좀 더 자세히 설명합니다.
   연소실에서 형성되었던 화염이 흡기계로 전파되는 방법은 흡기밸브를 통하는 방법 외에는 없습니다. 따라서 연소실 내에 화염이 오래 머무르게 하는 인자(factor)들이 역화를 발생시키는 요인이 됩니다. 연소실 내에 화염이 오래 머무르는다는 것은 화염의 전파속도가 늦거나, 화염이 늦게 생성된 경우를 말합니다.
   공기와 LPG연료가 혼합된 혼합기의 화염전파속도는 가솔린에 비해서 늦는 것으로 알려져 있습니다. 또한 연료의 양이 적은 희박혼합기의 경우에는 전파속도가 더욱 느려집니다.그러므로 LPG연료가 연소실에 적게 유입되면 흡기밸브가 열리는 기간까지 계속해서 연소실 내에 화염이 존재할 가능성이 커지는 것입니다. 그런데 현재 사용되고 있는 LPG시스템에서 엔진에 공급되는 연료의 양을 좌우하는 기본적인 부품은 베이퍼라이저(Vaporizer)입니다. 물론 엔진에 공급되는 연료의 양을 조절하는 기능은 믹서가 가지고 있고, 이 믹서가 연료조절용 밸브를 통해 공기와 혼합되는 연료의 양을 조절하게 되어 있지만, 이는 연료가 통과하는 통로의 개폐만을 조절할 뿐이고, 연료는 베이퍼라이저 2차실과 믹서의 벤츄리 사이의 압력차이로 인하여 이동하게 되어 있습니다.그러므로, 액체연료를 엔진에서 사용되는 형태인 기체상태로 변화시켜 주는 베이퍼라이저가 제대로 기능을 하지 못하면, 믹서에는 아무런 이상이 없어도 전체적으로 연료량에 변동이 있게 됩니다. 특히나 베이퍼라이저에서 연료량을 조절하는 것은 거의 대부분 진동막(Diaphragm)되어 있어, 정확한 제어가 어려운 것이 현실입니다. LPG자동차의 엔진조정이 복잡하고 시간이 많이 걸리며 반복적인 이유가 바로 이것입니다. 따라서 베이퍼라이저의 다이아프램이 목표로 하는 작동위치에서 벗어나, 정해진 양의 연료를 믹서로 공급하지 못하면, 혼합기가 희박해져서 역화가 발생합니다. 그래서 역화가 발생했을 때, 대부분의 정비업체에서 엔진조정을 다시 하는 것입니다.
   아래 그림은 혼합기의 공연비와 점화시기를 변화시키면서 역화의 발생 여부를 시험한 결과를 나타낸 것입니다.

 앞에서 설명한 대로 혼합기가 희박해지면 역화가 발생할 가능성이 더 많아집니다. 애석하게도 현재 국내에서 사용되고 있는 LPG시스템은 베이퍼라이저의 구조에 의해 영향을 많이 받고 있습니다. 따라서 역화가 발생하면 우선적으로 혼합기가 희박하지는 않는지 확인해야 하며, 엔진조정상태를 확인하는 것은 필수입니다.

LPG 역화(Back-Fire)란 무엇인가?
    LPG자동차에서 발생하기 쉬운 대표적인 고장이 '역화'입니다. '거꾸로 탄다'는 글자의 뜻 그대로 연소실의 불길이 흡기계로 전파하는 비정상적인 현상을 말합니다. LPG자동차에서는 흡기계의 입구 쪽에 위치한 믹서(Mixer)에서부터 공기와 연료가 혼합되어 가연성혼합기의 상태로 엔진의 연소실까지 공급되므로, 믹서에서 연소실까지의 사이에 있는 혼합기는 불꽃을 일으키는 점화원만 있으면 언제라도 연소될 수 있는 상태에 있습니다. 별도의 점화원이 없더라도,배기과정 중에 아직 화염이 연소실 안에 남아 있다가 연소실의 흡기밸브가 열려 있는 동안에 흡기계 쪽으로 전파하게 되면, 흡기계를 채우고 있는 가연성 혼합기는 폭발하게 됩니다. 따라서 흡기계에 충진되어 있는 혼합기의 양이 많으면 많을수록 더 큰 폭발력을 가지고, 공기의 흡입구까지 그 폭발력이 전달되는 것입니다. 이렇게 전달된 폭발력으로 인해 '펑'하는 큰 소리를 들을 수 있고, 또한 에어클리너가 깨지거나 해체되는 것입니다.

    연소실의 화염이 흡기계 쪽으로 전파될 수 있는 것은 기본적으로 흡기밸브와 배기밸브가 동시에 열려져 있는 밸브오버랩(Overlap) 구간이 존재하기 때문입니다. 따라서 대개의 경우, LPG용 엔진은 가솔린용 엔진에 비해 밸브오버랩구간을 작게 합니다. 화염이 흡기계로 전파될 가능성을 줄이는 것입니다.
    밸브오버랩이 작다고 하더라도 흡기밸브가 열릴 때까지 연소실 내에 화염이 존재하고 있다면 역화의 가능성이 커집니다. 이렇게 늦게까지 화염이 연소실 내에 존재하는 경우는 LPG연료가 너무 희박하거나 점화플러그에 불꽃을 튀기는 시점이 너무 늦을 때입니다. 연료의 농도가 희박하면 화염이 혼합기 속을 전파해 나가는 속도가 늦어집니다. 또 점화진각이 지연되어 점화불꽃이 늦게 생성되어도 화염이 늦게까지 남아 있습니다. 실제 주행할 때 역화가 잘 발생하는 주행조건이 바로 급가속할 때입니다. 급가속하기 위해서 운전자가 액셀페달을 깊숙히 밟게 되면 액셀페달에 연결되어 있는 드로틀밸브가 갑자기 열려 많은 혼합기가 딸려 들어가지만 연료는 미처 변화에 대응하지 못하기 때문에 급가속하는 순간에는 연료가 부족할 수가 있습니다.또 급가속할 때에는 엔진의 출력변화가 심하므로 이 출력변화에 의한 충격을 줄일 목적으로 점화진각을 지연(Retard)시킵니다. 따라서 급가속할 때가 전체적인 엔진작동조건이 역화가 발생할 가능성이 가장 높은 조건이 됩니다.
    물론 믹서나 베이퍼라이저의 고장으로 인해 연료공급이 불충분해져도 역화의 발생이 많아집니다. 하지만 혼합비나 점화진각이 정상적으로 제어되고 있다고 하더라도 역화가 발생할 수 있습니다. LPG자동차가 많은 거리를 주행하고 나면 점화플러그의 간극이 넓어지거나(LPG엔진의 경우,대체로 간극이 1mm이상인 가솔린엔진에 비해 0.8mm정도로 점화플러그 간극이 작습니다.)점화코일의 성능이 저하되거나 하이텐션코드의 절연성이 악화되는 등의 내구적인 문제가 일어납니다. 이렇게 점화계의 성능이 나빠지면 점화플러그의 전극 양단에 걸리는 방전전압이 낮아져서 불꽃을 형성시키지 못하거나 점화능력이 떨어지는 불꽃을 생성시킵니다. 이렇게 되면 화염의 전파속도가 떨어져서 흡기밸브가 열리기 전에 연소를 완료하지 못하므로 역화가 일어나게 됩니다.
    따라서 LPG차량에 역화가 발생하면, 우선 엔진조정요령대로 점검하여 적절한 혼합기가 공급되고 있는지를 확인하고,그 다음에는 점화플러그의 간극상태,디스트리뷰터의 전기누설 여부,하이텐션코드 전기누설 여부,점화코일의 성능 등 점화계의 상태를 확인해야 합니다.

Vaporizer : 베이퍼라이저 종합
    LPG자동차에서 LPG연료가 연료Bombe에서 나와서 연료라인 제어용 밸브를 거치고 나면 베이퍼라이저에 도달하게 됩니다. 따라서 베이퍼라이저에 공급되는 연료는 여전히 압력이 높은 상태에 있으며 액체상태입니다. 이 고압의 액체연료를 기체연료상태로 변환시키고, 연료압력도 믹서를 통하여 엔진에 공급될 수 있도록 대기압근처로까지 감압시키는 부품이 베이퍼라이저입니다. 베이퍼라이저를 통하여 연료압력을 대기압근처로까지 감압시키는 이유는 엔진으로의 연료공급을 제어가능한 범위 내에서 안정적으로 수행하기 위해서 그렇게 합니다. 엔진으로의 연료공급압력이 너무 높아지면 제어용 밸브를 조금만 열어도 너무 많은 연료가 공급되어 미세한 연료조절이 힘들어집니다.

    현재 국내에서 적용되고 있는 베이퍼라이저는 동일 회사의 제품이기 때문에, 자동차제작사에서 제작하는 LPG전용자동차의 베이퍼라이저와 Aftermarket에서 가솔린-LPG겸용자동차로 개조하는 데에 사용되는 베이퍼라이저는 동일한 구조로 되어 있습니다. LPG연료와 공기를 혼합하는 믹서(mixer)는 차종에 따라 약간씩 구조가 다르지만,베이퍼라이저는 종류가 많지 않습니다. 그 기능이 명확하기 때문에 종류가 많지 않고 그 구조 또한 유사합니다.위의 그림에서도 알 수 있지만 베이퍼라이저의 구조는 복잡합니다. 연료압력을 조절하는 기능과 액체연료를 기체로 변환시키는 기능을 하는 1차실,1차실에서 감압된 연료를 다시 대기압수준까지 감압시키고 믹서로 연료를 공급하는 기능을 가지는 2차실,그리고 각 실의 압력조절기구 및 다이아프램 등으로 구성되어 있습니다. 물론 액체연료를 기체연료로 변환시키는 데에 필요한 열을 공급하는 엔진냉각수의 통로도 마련되어 있습니다.
   이것들 중에서 가장 중요한 기능을 하는 것은 1차실과 2차실을 연결하는 통로를 단속하는 2차밸브와 이 2차밸브를 제어하는 2차실 다이아프램의 연동구조입니다. 2차실에서 믹서로 연결되는 연료공급통로의 일부는 항상 Open되어 있습니다. 따라서 2차실로 연료가 유입되는 통로를 정확하게 제어하지 못하면, 연료공급을 원하는대로 정확하게 할 수가 없고, 시동성이 나빠지는 등의 다른 문제를 일으킬 수도 있습니다.
   2차실 다이아프램은 2차실에 충진되어 있는 연료를 믹서로 공급합니다.이때 다이아프램은 미세한 압력 차에 의해서 움직이기 때문에 다이아프램의 신축성이 떨어지거나 다이아프램이 파손되면 제 기능을 다할 수 없으므로 다이아프램의 내구성은 매우 중요합니다. 2차실에 타르배출구가 마련되어 있는 것도 타르에 의한 2차실 다이아프램의 오작동을 방지하려는 데에 있습니다.

Vaporizer : 베이퍼라이저 (4)
    1차실에서 기화되고, 일정 압력으로 감압된 연료는 이제 2차실로 들어가게 됩니다. 2차실은 연료가 믹서(Mixer)로 공급되는 마지막 단계를 구성하고 있습니다.
    2차실은 믹서와 곧바로 연결되어 있기 때문에, 2차실의 압력이 높으면 대체로 대기압과 같거나 대기압 보다 낮은 압력을 보이는 믹서로 연료가 다량 유출됩니다. 그러므로 2차실의 압력은 대기압과 거의 동일한 수준으로 유지됩니다.
    2차실의 압력을 조절하는 기구는 1차실의 것과 거의 유사합니다. 2차실 다이아프램,2차 밸브, 2차 밸브시트, 2차밸브레버 등으로 구성되어 있습니다.
    엔진이 작동되고 있을 때 믹서의 벤츄리부에서 생성되는 부압에 의해 2차실 다이아프램이 작동합니다. 이 2차 다이아프램의 움직임은 2차 밸브레버를 통해 2차밸브로 전달됩니다.2차밸브가 상하운동에 의해 연료통로를 개폐함에 따라 1차실에서 2차실로의 연료의 공급이 제어되는 것입니다.
    일단 연료가 1차실을 거쳐 2차실로 들어오게 되면 이 연료는 믹서로 공급되는 것이기 때문에 연료공급의 최종적인 제어장치는 2차밸브가 됩니다. 이 2차밸브의 성능이 나빠져서 연료공급이 제대로 단속되지 않으면 연료소모가 많아지게 됩니다.
    연료공급의 최종적인 제어장치가 2차 밸브인 관계로 2차실에는 특별한 기능이 있습니다. 엔진이 작동 중일 때는 2차 밸브가 작동되게 하고, 엔진이 정지되면 더 이상의 연료가 2차실로 들어오지 못하게 하는 기능을 하는 배큠 록(Vacuum Lock)이 바로 그것입니다. 배큠 록은 배큠 록 다이아프램과 다이아프램스프링을 사용하여 엔진정지시 2차밸브의 통로를 차단합니다. 아래 그림은 배큠 록 기구를 설명한 것입니다. 엔진정지시에는 대기압이 배큠 록 다이아프램에 전달되고 이때 다이아프램스프링의 힘으로 2차밸브레버의 왼쪽이 내려가서 2차밸브는 닫혀서 연료의 2차실 진입을 차단합니다. 반대로, 엔진작동시에는 흡기부압이 전달되어 배큠 록 다이아프램이 올라가서 2차밸브레버의 왼쪽이 들리게 되어 2차밸브의 연료통로가 개방됩니다.

Vaporizer : 베이퍼라이저 (3)
   LPG Bombe에서 공급되는 액체 연료가 1차실에서 1차적으로 감압되어 0.3기압 정도의 압력으로 조절되는 원리에 대해 지난 회에 알아 보았습니다. 이 경우에 있어서 연료탱크에서 연료가 공급되는 압력이 일정한 상태를 유지하는 것을 전제로 합니다.
   그러나, 연료탱크의 압력은 외부의 기온변화나, 연료 속에 혼합되어 있는 프로판과 부탄의 혼합비율,그리고 연료탱크 내에 남아 있는 연료의 잔량 등에 의해서 달라질 수 있습니다. 이렇게 공급되는 연료의 압력이 달라지면, 1차실의 1차 밸브를 통하는 연료통로의 면적이 일정하다고 할지라도, 실제로 1차실로 공급되는 연료의 양이 달라져서 0.3기압을 유지하는 것이 힘들게 됩니다.
   이런 문제를 해결하기 위하여 베이퍼라이저에는 1차압 밸런스 기구가 설정되어 있습니다. 1차압 밸런스 기구는 밸런스 다이아프램(Balance Diaphragm: 또는 릴리이프 다이아프램)과 밸런스 로드(또는 릴리이프 로드:Relief Rod)로 구성되어 있습니다.

위의 그림에서와 같이 연료탱크에서의 압력은 연결된 연료공급라인을 통하여 1차밸브와 동시에 밸런스 다이아프램에도 작용하게 되어 있고, 따라서 밸런스 다이아프램에 작용되는 압력의 대,소에 따라 밸런스 로드는 상,하로 움직이게 되어 있습니다.
    연료탱크에서의 압력이 높아지면, 밸런스 다이아프램은 위로 팽창하게 되어, 밸런스 로드를 위로 밀어 올립니다. 밸런스 로드가 위로 밀려 올라가면, 1차 밸브는 닫히는 방향으로 움직이게 되어 연료가 통과하는 통로의 면적을 좁혀지게 됩니다. 따라서, 더 높은 압력의 연료는 더 좁은 통로를 통하여 1차실로 공급되게 되므로, 과도한 연료공급으로 1차실의 압력이 급작스럽게 상승하는 것을 방지할 수 있습니다.
    반대로, 연료탱크에서의 압력이 낮아지면, 밸런스 다이아프램과 밸런스 로드는 1차 밸브가 열리는 방향으로 움직이게 하여,연료 통과 면적이 더 넓혀지게 합니다.
    이상과 같은 밸런스 기구의 작동에 의하여, 연료탱크에서의 연료 공급 압력이 변화하더라도, 1차실에서는 0.3기압 정도의 압력을 유지할 수 있는 것입니다.

Vaporizer : 베이퍼라이저 (2)
   지난 회에서 설명하였던 베이퍼라이저에 대해서 좀 더 자세히 알아봅니다.
   연료Bombe에서 공급되는 액체 연료는 베이퍼라이저의 1차실로 공급됩니다. 1차실은 액체 연료를 기화 시키고,고압으로 공급되는 연료의 압력을 일정 압력으로 감압하여 2차실로 공급하는 기능을 하기 위하여, 아래 그림과 같은 구조를 가지고 있습니다.

 연료가 1차실로 들어오는 입구에 1차 밸브가 있습니다. 이 1차 밸브를 통한 연료공급통로의 개폐에 따라,1차실로의 연료 공급이 이루어집니다. 그런데 1차 밸브를 통하는 연료는 고압의 연료이기 때문에,1차 밸브에서 연료 통로가 확보되어서 1차 밸브를 통하는 연료의 공급이 있게 되면 1차실의 압력이 높아지고, 연료 통로가 막혀서 1차 밸브를 통하는 연료의 공급이 없게 되면 1차실의 압력이 떨어집니다. 결국, 1차실의 압력을 조절하기 위해서는 1차 밸브가 확보하게 되는 연료 공급 통로를 개폐해야 하는데, 이 연료 공급 통로의 개폐는 1차 다이아프램스프링,1차실다이아프램,후크,그리고 1차다이아프램레버로 구성되어 있는 압력조절기구에 의해서 이루어집니다. 1차실의 압력이 높아질 때의 압력조절기구의 작동을 순서에 따라 설명하면
  (1) 0.3기압의 압력을 유지하고 있는 1차실로 1차 밸브를 통해 연료가 공급되어 1차실의 압력이 0.3기압보다 높게 되면,1차실 다이아프램은 1차 다이아프램스프링의 반발력을 이기면서 위쪽으로 부풀어지게 됩니다.
  (2) 다이아프램이 부풀어지면, 다이아프램에 연결되어 있는 Hook를 통해 그 움직임이 그대로 다이아프램레버로 전달됩니다.
  (3) 다이아프램레버는 밸런스로드에 의해 중앙부가 고정되어 있으므로, 다이아프램레버의 왼쪽이 올라가면 다이아프램레버의 오른쪽은 내려오게 됩니다.
  (4) 다이아프램레버의 오른쪽이 내려오면 1차 밸브는 연료 공급 통로를 막게 되므로 연료의 공급이 중지됩니다. 따라서 더 이상의 압력 증가는 없게 되고,2차실로의 연료 공급에 따른 압력감소로 1차실의 압력은 점차 낮아지게 됩니다.
   이 상태에서 1차실의 압력이 0.3기압보다 낮아지면, 다이아프램은 아래 쪽으로 움직이게 되고, 이 움직임은 위에서 설명한 것과 똑같은 힘의 이동에 의해서, 다이아프램레버의 오른쪽이 위로 움직이게 됩니다. 다이아프램레버의 오른쪽이 들리면, 1차 밸브의 연료 공급 통로가 열리게 되므로 연료가 공급되어 1차실의 압력이 상승하게 됩니다.
   이상에서 설명한 압력조절기구의 작동에 의해서 1차실은 0.3기압의 일정 압력을 계속 유지할 수 있는 것입니다.

Vaporizer : 베이퍼라이저 (1)
   베이퍼라이저는 명칭에서도 알 수 있듯이, 연료탱크로부터 액체 상태로 공급되는 LPG연료를 공기와 혼합되기 쉽게 기체 상태로 변화 시켜 주는 부품입니다. 연료탱크에서는 LPG연료가 액체 상태로 유지되고 있어야 하므로 보통 5~7기압 정도의 압력을 받고 있는데,공기와 연료가 혼합되는 믹서에서는 대기압 수준의 압력이 되므로,LPG연료는 베이퍼라이저를 통한 감압과정을 거쳐 대기압 수준까지 압력이 떨어지게 되어 있습니다.
   연료탱크에서 믹서까지의 LPG연료의 흐름과정에서 베이퍼라이저가 수행하고 있는 역할을 간단하게 표현하면 아래 그림과 같습니다.

  그림과 같이, 베이퍼라이저는 크게 나누어 1차실과 2차실, 두 부분으로 나누어져 있고, LPG연료의 감압,기화,그리고 조압(압력 조절)이라는 3가지 기능을 수행하고 있습니다.
   먼저, 연료탱크로부터 베이퍼라이저의 1차실로 유입되는 LPG연료는 약 2.3기압 정도의 비교적 높은 압력을 가지고 있습니다. 1차실에 구성되어 있는 압력 조절 기구는 이렇게 높은 압력을 0.3기압 정도까지 감압하게 되어 있습니다. 이때, 액체연료의 기화가 일어나게 되는데,이 기화과정은 주변으로부터 열을 흡수하는 흡열 반응이어서, 계속적으로 열을 공급해주지 않으면 기화가 일어나기 어렵게 되므로,엔진의 냉각수로부터 계속적인 열공급을 하고 있습니다. 이 때문에 겨울철에 엔진의 냉각수온이 특정온도에 도달하기 전까지는 연료탱크에 기체 상태로 있는 LPG연료를 직접 엔진에 공급하는 것입니다.
   2차실은 1차실에서 0.3기압 정도까지 감압된 기체 LPG연료를 대기압 수준까지 다시 압력을 떨어뜨려, 믹서에서 공기와 잘 혼합되게 하는 역할을 합니다. 아래 표에 베이퍼라이저의 1차실과 2차실의 기능과 그곳에서의 연료 상태에 대해서 정리합니다.