{ 자동차 엔진 성향 분석 }

직분사엔진 의 분석및 이해

친환경자동차<하이브리드 ,플러그인>가 속속 등장하면서 자동차산업 패러다임이 변하고 있지만 엔진은 여전히 자동차의 중심이다. 기름을 먹고 엔진이 움직이고, 엔진이 만든 힘으로 자동차는 달린다

◆ 연료 분사가 핵심 기술

엔진이 처음 만들어진 이후부터 지금까지 시대는 늘 기름을 덜 먹지만 힘은 더 강하고, 좀 더 깨끗한 배출가스를 내는 제품을 요구했다. 출력과 연비, 그리고 배출가스는 엔진이 존재하는 한 늘 고민해야 하는 숙제다. 엔진과 관련된 거의 모든 기술은 이 3개 요소를 개선하기 위한 노력의 결과물이다.

이와 관련해 가장 핵심적인 기술 중 하나는 엔진에 기름을 어떻게 공급하느냐, 즉 연료 분사와 관련된 분야다.

가솔린 엔진은 카뷰레터, 포트분사, 직분사 방식으로 발전해왔다. 카뷰레터 방식까지만 해도 각각따로였다  공기에 연료를 한데 섞어 실린더에 공급했다. 카뷰레터를 통해 연료와 공기를 섞은 혼합기를 만들어 엔진에 공급하는 방식은 이후 실린더 바깥의 흡기포트로 연료를 분사하는 방식을 거쳐 실린더 안으로 연료를 직접 분사하는 방식으로 발전해왔다. 현재는 포트분사 방식과 직분사 방식이 함께 사용되고 있다.

직분사 엔진은 실린더에 직접 연료를 분사한다. 흡기 행정에서는 공기만 들어가고 그 공기가 압축되는 상황에서 정확하게 필요한 만큼만 연료를 주입해 폭발 팽창하는 방식이다. 1996년 일본 미쓰비시가 양산 승용차에 처음 적용한 이후 보급이 확대됐다. 벤츠 BMW 폭스바겐 포드 등  주요 메이커들도 속속 직분사 엔진을 사용하고 있고 현대·기아자동차 역시 대부분의 차종에 GDI 엔진을 적용하고 있다.

직분사 엔진은 엔진의 효율을 획기적으로 끌어올렸다. 우선 힘이 세졌다. 포트분사 방식보다 압축비가 높아져 높은 출력을 끌어낼 수 있게 됐고 연료 분사 시 순간적인 냉각 효과가 발생해 노킹도 줄었다.

연비도 좋아졌다. 흡기와 배기가 겹치는 순간이 생기는데 이때 흡기로는 공기만 들어가기 때문에 배기로 일부 공기가 빠져나가도 연료 낭비는 없다. 전자제어장치(ECU)로 정밀 제어하기 때문에 연료량을 필요한 만큼만 정확하게 분사한다. 불완전 연소 시 발생하는 질소산화물 발생량도 적다.

◆ 소음·진동 큰 직분사 엔진

하지만 모든 게 다 좋을 수는 없는 법. 단점도 있다. 직분사 엔진은 소음과 진동이 크다. 압축비가 높은 탓이다. 흡기밸브에 카본이 쌓이는 문제도 있다. 포트분사 방식에서는 실린더 바깥인 흡기포트에서 실린더로 들어가는 연료가 흡기밸브를 씻어주는 효과가 있었지만,  직분사 엔진에서는 흡기밸브를 통과하는 게 공기뿐이라 밸브를 씻어주는 효과를 기대할 수 없다.

이를 해결하기 위해 일부 메이커에서는 흡기밸브 세척용 저압 인젝터를 따로 설치하기도 한다. 미세먼지도 많이 발생한다. 무엇보다 정밀 부품인 인젝터의 가격이 비싸 자동차 원가를 상승시키는 요인이 된다.<직분사 엔진 모델은 현대 기아,마즈다 새로히 출시되는 토요타 캠리 등등이다>

◆ 하이브리드차에는 앳킨슨 엔진

하이브리드 자동차가 늘면서 앳킨슨 사이클 엔진도 등장하고 있다. 앳킨슨 엔진은 연비를 최우선으로 하는 엔진이다.

'흡기→압축→폭발→배기'의 4행정이 일어날 때 일반적인 오토 사이클 엔진은 크랭크샤프트가 2회전 하지만 앳킨슨 사이클 엔진은 1회전 한다. 압축이 시작될 때도 흡기밸브는 열린 상태를 유지해 혼합기 일부가 빠져나간 뒤 흡기밸브가 닫히고 폭발이 이뤄진다. 앳킨슨 엔진은 실린더의 하사점, 즉 피스톤이 가장 아래로 내려오는 지점이 압축할 때와 폭발할 때가 다르다. 압축비보다 팽창비가 높다는 얘기다. 이 같은 이유로 앳킨슨 엔진은 연비가 좋아진다. 이런 구조를 만들기 위해 엔진의 구조가 좀 더 복잡해진다.

대신 앳킨슨 엔진은 고출력을 기대하기 힘들다. 연료를 아끼기 위해선 출력을 희생하는 경우다. 성능보다는 연비, 하이브리드 자동차에 딱 맞는 구조다.

직분사 엔진과 커먼레일 디젤 엔진은 매우 민감한 시스템이다. 운전자가 세심하게 관리해야 하는 이유다. 빨리 달리고, 빠른 반응을 원하는 운전자라면 직분사 엔진을 택하는 게 맞다. 고성능을 원한다면 직분사 엔진이 어울린다. 하지만 굳이 그런 반응을 원하지 않는다면 비싼 직분사 엔진을 택할 이유가 없다. 연비가 최우선이라고 한다면 앳킨슨 엔진을 사용하는 하이브리드차가 답이다.