안녕하세요 토비토커 선셋입니다.
최근은 저를 포함해서 많은 분들이 2010 부산국제모터쇼의 열기로 인하여 조금은 흥분된 상태 비슷하게 약간은 들떠 있었던 것 같습니다.
화려한 자동차와 자동차를 빛내는 미녀들 그리고 여러해 준비해서 자신의 신기술을 선보이는 벤처업체들 등등 그 화려한 모터쇼 기간을 정리하면서 저에게 떠오른 몇가지 아이템 중 오늘은 엔진의 기술 중 직분사 엔진에 대해서 이야기 하려고 합니다.
"직분사 엔진" 이란 뭘까요?
"직분사"란 엔진의 연소실 내부에 연료를 직접 분사하는 방식을 말하는 것으로 과거의 분사 방식 즉 흡기밸브 뒤쪽에서 공기의 흡입되는 경로로 연료를 분사하는 것 보다 효율적인 폭발 및 연소가 일어날 수 있도록 하는 방식을 말합니다.
Gasoline direct injection 입니다.
그런데 인젝터의 위치는 자동차 회사별로 또한 엔진별로 그 위치가 차이가 있습니다.
엔진룸의 패키지도 그렇고 또 엔진 Ass'y의 패키지도 관계가 있고 또 스프레이 방식에 대한 회사별 포인트도 다르기 때문입니다. 참고하시고 보시면 되겠습니다.
직분사 엔진이 아닌 MPFI 엔진입니다. 인젝터의 위치가 흡기밸브 뒷쪽에 있다는 것을 알 수 있습니다.
이건 디젤엔진입니다. 원래 Direct injection의 원조는 디젤입니다. 가솔린엔진과 달리 스파크 플러그가 필요없기 때문에 인젝터의 위치가 중앙에 위치할 수 있어서 패키지 측면에서 좋습니다.
자동차 메이커별로 부르는 이름이 다르다는데...?
우리 회사에서는 SIDI(Spark Ignited Direct Injection) 이라고 부르고 있고 현대자동차에서는 GDI(Gasoline Direct Injection) 라고 부르고 아우디에서는 FSI(Fuel Stratified Injection)이라고 부르고 있습니다.
부르는 이름은 다르지만 모두 같은 직분사 엔진입니다.
직분사를 하면 어떤점이 좋을까요?
1. 효율적인 연소가 가능하다.
기존의 엔진 실린더 밖에서 Injection 하던 방식이 아닌 실린더 내부에 고압의 더 미세한 노즐을 통하여 연료를 분사함으로써 효율적인 연료 제어가 가능하게 되어 위 그림에서 처럼 보다 효율적인 연소가 가능하게 되었습니다.
2. 배기가스의 저감이 가능하다.
엔진 실린더 내부의 상황에 맞게 연료를 분사하고 폭발이 이루어지기 때문에 완전 연소가 가능하여 결과적으로 배기 가스의 저감이 이루어진다.
3. 출력 및 연비 상승이 가능하다.
기존의 흡기밸브 뒷쪽에서 Injection 될 경우 분사된 연료의 일부분은 밸브 뒷쪽에서 타 버리는 경우도 일부 있었으나 직분사에서는 이런 부분이 개선되었으며 효과적인 상황에 맞는 연료 제어가 가능하여 결과적으로 출력 및 연비의 향상이 가능해졌습니다.
세부적으로 말씀드리면 직분사이기에 쿨링에서 유리하고 Idle quality가 좋고 등등이 있으나 결국은 위에 말씀드린 3가지 내용에 다 포함되는 내용들입니다.
직분사의 단점은 무엇일까요?
직분사 시스템으로 가면서 중요한 부품이 바로 인젝터인데 고압으로 인젝션해야 하기에 부품이 기존 엔진과 달라야 하니 원가 상승의 원인이 있고 또한 실린더 내부에 직접적으로 노출이 되기 때문에 아무래도 내구성에 문제가 발생할 소지가 있습니다. 구조적으로...
그리고 분사 소음이 있습니다. 이는 디젤자동차를 보면 아실 수 있는데 원래 직분사는 디젤엔진이 원천 기술을 가진 것으로 Common rail direct injection 이라는 말을 들어보셨을 것인데 여기서 말하는 direct injection 이 바로 직분사 엔진이라는 뜻입니다.
그리고 MPFI 엔진에서는 없는 부품이 추가되는데 그것이 바로 High Pressure Pump 입니다. 앞에서도 말씀을 드렸었는데 직분사 엔진은 실린더 내부에 직접 분사를 하기 때문에 고압의 인젝터가 필요하며 그 고압을 내기 위해서는 연료펌프에서 저압펌프로 퍼 올린 연료를 고압으로 인젝션 시켜주기 위한 펌프가 필요합니다.
물론 연료펌프가 인젝션 하는 것은 아닙니다. 연료펌프는 fuel rail에 고압의 연료를 공급하는 역할을 합니다.
High pressure pump는 구조상 camshaft 구동에 의해서 작동되도록 되어 있고 cam에 연결된 pump 내부의 실린더가 압력을 발생시킬 때 소음이 어쩔 수 없이 발생합니다.
직분사 엔진의 단점인 분사 소음과 고압펌프의 소음을 줄이기 위해서 오늘도 연구원들은 NVH에 엄청 노력을 기하고 있답니다.
기본적으로는 엔진의 소음을 줄이기 위해서 노력하지만 2차적으로는 운전석에서는 소음이 들리지 않도록 하는 방법으로 소음을 개선하고 있습니다.
앞으로 기술이 더 발전하면 현재의 단점을 근본적으로 해결할 수 있는 방안을 찾을 것이고 그렇게 되도록 엔지니어들의 노력이 있어야겠지요...
우리차의 직분사 엔진이 장착된 차량은...?
우리 회사의 차량 중 가솔린 차량에서 직분사 엔진이 장착된 차량은 이번 모터쇼에서 소개된 "알페온" 이 있습니다.
뷰익의 라크로스를 기반으로 개발된 "알페온"에는 V6 3.0 VVT SIDI 엔진이 장착이 됩니다. 아직 출시가 되지 않았는데 벌써부터 기대가 되시죠?
사실은 알페온 이전에도 SIDI 엔진이 장착된 차량이 있긴 있었습니다. 바로 "베리타스"가 직분사 엔진이 장착된 차량이었습니다. 그리고 "G2X"도 직분사 엔진인데 직분사 터보가 장착된 차량이었습니다.
지금까지 간략하게 직분사 엔진에 대해서 알아봤습니다.
알페온이 출시된 이후 직분사엔진에 대해서 다시 한번 언급할 기회가 있었으면 좋겠습니다. 이상 토비토커 선셋이었습니다. 감사합니다.
* 위 알페온 사진은 알페온에 직분사 엔진이 탑재된다는 것을 알리기 위한 것도 있고 또 모터쇼에서 찍어왔는데 보여드리고 싶어서 올린 것이니 양해 바랍니다.
