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잘 뿌리는 것이 중요! 연료 분사 시스템

2020-12-14 오후 4:48:37
휘발유 기준으로 공기가 14.7, 연료가 1 비율일때 완전연소가 가능하다. 하지만 엔진 기준에서 이러한 조합은 모든 상황이 최적화된 상태에서만 가능한 비율이다. 그래서 이를 이론 공연비라고 부른다.

엔진은 이론 공연비 이외에 5:1이나 20:1 비율에서도 작동한다. 이러한 비율에 따라 연소 온도나 속도 등이 달라지며, 이는 성능과 연비에 영향을 미친다. 때문에 ECU는 주행 상황에 따라 최적의 연료 분사량을 조절해야 한다.


연료를 잘 뿌릴 수 있어야 자동차도 성능과 연비가 좋아진다. 이를 위해 연료를 저장하고 공급해주는 연료 공급 장치의 역할이 중요하다. 연료 공급장치의 대표적인 부품은 인젝터다. 인젝터는 단순히 연료만 분사하는 것이 아니라 연료를 미세한 안개처럼 뿌려주는 것이 중요하다. 그래야 공기와 잘 섞인다. 때문에 인젝터는 연료 분사 구멍이 미세하게 작으며, 구멍이 여러 개인 경우도 있다.

연료를 뿌리는 방식에도 차이가 있다. 포트분사 방식은 연소실 외부에서 연료를 뿌려 공기와 섞인 후 실린더 내부로 들어온다. 보통 5bar 전후의 압력으로 뿌리며, 2개의 포트분사 인젝터를 사용해 효율을 끌어올린 엔진도 있다. 하지만 압축 행정 때 뜨거운 연소실 내로 연료가 들어오면 자연 발화될 가능성이 있어 엔진의 힘을 끌어올리는데 제한적이다.


직분사 방식은 연소실 내부에 연료를 직접 뿌린다. 150~250bar 정도의 매우 높은 압력으로 연료를 순간적으로 뿌리는데, 덕분에 더욱 정교하게 엔진을 제어할 수 있다. 그만큼 보다 강력한 성능을 끌어낼 수 있고, 연료 자체를 나눠 분사해 효율도 높일 수 있다. 연료 자체가 실린더 내부 온도를 낮춰주는 기능도 하기 때문에 뜨거운 열에 민감한 터보차저와도 궁합이 좋다.


하지만 직분사 시스템은 흡기 밸브에서 공기만 빨아들이기 때문에 흡기 밸브 부분에 카본이 쌓이는 한계점이 존재한다. 또 엔진의 저회전 영역에서 공기와 연료가 잘 섞이지 않는 경우도 발생한다. 그래서 상황에 따라 포트분사와 직분사를 함께 사용하는 엔진이 점차 증가하고 있다. 하지만 그만큼 엔진 구조는 복잡해진다.

오토뷰 | 김선웅 기자 (startmotor@autoview.co.kr)
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