가솔린엔진의 분류
가솔린 엔진은 연료를 분사하는 방식에 따라 엔진의 구조가 달라지기 때문에 최근까지도
몇가지 시스템이 혼용되어 사용되고 있다.
가솔린 엔진을 분사방식으로 분류하면 SPI(Single Point Injection), MPI(Multi Point Injection),
GDI(Gasoline Direct Injection)으로 나눌 수 있다.
과거의 연료분사 방식은 가솔린을 흡기포트 내에 분사를 하여 에어클리너를 통과한 공기와 혼합시켜 혼합기로
연소실 내에 공급한다.
그러나 이 방식은 연료가 압력이 낮은 흡기포트 내에 분무상태로 분사되어 응답성과 연료량 제어에 한계가 있다.
1. MPI : Multi Point Injection 다중 연료 분사
MPI 방식의 연료분사는 실린더 내부가 아닌 흡기포트에 기화되어 분사되는 시스템이다.
MPI방식은 연료를 분사할 때 각 기통마다 인젝터라는 연료분사 밸브를 설치하여 흡기구에서 따로따로 분사한다.
MPI의 장점은 엔진의 내구성이 좋고, 가격이 저렴하며, 진동과 소음이 적어 정숙성이 높다는 점이다.
그리고 구조가 단순하기 때문에 가격이 저렴하고, 정비성이 좋다는 점을 장점이다.
2. GDI : Gasoline Direct Injection 가솔린 직분사
GDI는 유입된 휘발유을 연소실 내부로 직접 분사하는 형태를 말한다.
아래 그림에서 보면, 인젝터가 실린더 내부로 직접 휘발유를 분사하는 시스템으로
공기가 들어간 실린더에 분사하기 때문에 배기 밸브로 공기가 빠져나가지 않는 상태에서
연소효율을 더 높일 수 있다.
다만 그만큼 높은 압력으로 분사를 해야하는 단점도 발생하게 된다.
또한 GDI 연료를 초고압 (약 120-150 대기압)으로 분사한다.
따라서 완전연소에 가까워져 출력과 연비가 좋아지고 배기가스가 저감된다.
그리고 기통 수가 적은 엔진을 답재할 수 있게 돼 엔진 룸에도 여유가 생기고 다른 장치를 추가할 수 있다.
또한 터보(Turbo)장치까지 가미되면서 최대출력, 토크성능이 월등히 좋아집니다.
연비를 생각한다면 GDI가 좋지만, 상대적으로 매연이 많아 디젤엔진처럼 카본을 주기적으로
긁어내어야 하는 상황이 발생할 수도 있다.
압축비와 분사압이 높기 때문에 실린더 내부에서 큰 폭발이 일어나며 이로 인해 출력과
토크는 좋아지지만 그만큼 진동과 소음이 발생하는 문제가 발생된다.
현시점에서 강화되는 한경규제에는 상대적으로 MPI가 유리하게 흘러가는 구도 이다.
PM (Particulate Matters, 매연)
MPI / GDI 비교
출력이나 연비에 관심이 있습니다면, GDI 엔진이, 정속성이나 정비 등을 고려한다면 MPI이 괜찮은 선택이다.
MPI 시스템과 GDI의 시스템을 몇가지 기준에서 비교하면 아래와 같습니다.
| 항목 | GDI | MPI |
|---|
| 연비 | 상대적 낮음 | 상대적 높음 |
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| 출력 | 낮음 | 높음 |
|---|
| 추가부품 | - | 고압인적터, 고압펌프 |
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| 압축비 | 낮음 | 높음 |
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| 분사압 | 낮음 | 높음 |
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| 부품구조 | 상대적 단순 | 상대적 복잡 |
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| 매연(PM)의 량 | 낮음 | 높음 |
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기존 엔진 (MPI)과 가솔린 직분사(GDI)엔진 비교 (6단 자동변속기 기준)
(자료: 에너지관리공단, 현대차)
| 엔진형식 | 출력(ps) | 토크(kg·m) | 연비(Km/L) | 모델 |
|---|
| 2.0 MPI 세타엔진 | 165 | 20.2 | 2.8 | 신형 쏘나타 |
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| 2.0 GDI 터보엔진 | 210 | 30.5 | 10.6 | 제네시스 쿠페 |
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| 2.4 MPI 세타엔진 | 179 | 23.5 | 11.5 | 쏘나타 트랜스폼 |
|---|
| 2.4 GDI 세타엔진 | 201 | 23.5 | 13.0 | 쏘나타 GDI |
|---|
GDI의 MPI의 장점만을 뽑아낼 수는 없을까?
GDI엔진이나 MPI엔진은 어느것이 옳다! 라고 말하기 어렵습니다.
RPM이 낮은 경우 MPI 방식으로 구동되고, 힘이 필요한 순간에 GDI가 구동되는 엔진이
세타3엔진이 스마트 스트림이라는 이름을 달고 최근에 나왔습니다.
(G4KN, Theta Ⅲ Smartstream 2.5 GDI -그랜제G, K7 / T-GDI는 G4KR G80)
3. LPI (Liquid Petroleum Injection)엔진
3-1. 개요
LPG 액상 연료분사 방식은 연료탱크의 압력에 의존한 기계식 LPG 연료 방식과는 달리 연료탱크
내에 연료펌프를 설치하여, 연료펌프에 의해 고압(5~15bar)으로 송출되는 액상 연료를 인젝터로
분사하여 엔진을 구동하는 구조로 되어 있다.
액상의 연료를 분사하므로, 믹서 형식의 LPG 엔진의 구성품인 베이퍼라이저, 믹서, 등의
구성 부품은 필요 없게 되었으며 새롭게 적용되는 구성품은 고압인젝터, 봄베 내장형 연료펌프, 특수재질의 연료공급파이프,
LPI 전용 ECU, 연료압력을 조절해주는 레귤레이터 등이 적용되었습니다.
3-2. LPI & LPG 연료장치 구성도 비교
LPI
LPG
LPI & LPG 주요 구성품 기능
LPI
• 펌프모듈 : 멀티밸브와 펌프로 구성되어 있으며 LPG 용기 내부의 LPG를 펌프에 의해
액상으로 고압 송출 하는 기능
• 레규레이터유니트 : 연료탱크에서 공급되는 고압의 연료가 내부의 다이어프램과 스프링의
밸런스 작용으로 연료 라인내의 압력을 용기 압력보다 5bar 높게 유지 시키는 기능 / 온도센
서와 압력센서가 장착되어 ECM에 정보를 전달한다.
• 흡기매미폴드유니트 : 흡기매니폴드,인젝터와 연료라인으로 구성된 모듈 구성품이다.
• 드라이버 유니트 : 엔진의 상태,부하의 정도,센서류의 신호에 따라 변하는 연료량에 다라 펌
프의 회전수를 5단계로 제어 한다.
LPG
• 봄베 : LPG 충전용 고압용기
• 액기상 솔레노이드 밸브(긴급차단 솔레노이드 밸브 포함):냉각수 온도에 따라 연료라인에
액상 또는 기상의 연료를 공급(냉간: 기상밸브 열림, 온간: 액상밸브 열림)한다.
• 베이퍼라이저 : 봄베로부터 압송된 고압의 액체 연료를 감압 시킨 후 기체연료로 기화시켜
엔진 출력 및 연료소비량에 만족할 수 있도록 압력을 조정하는 기능을 갖고 있다.
• 믹서 : 베이퍼라이저에서 감압 기화된 연료를 공기와 혼합하여 적합한 혼합 연료를 연소실에
공급하는 역할을 한다.
4) LPG 액상 연료분사 장치(LPI)장점
① 겨울철 냉간 시동성 향상
② 정밀한 연료 제어로 국내강화 EMISSION 규제 대응에 유리
③ LPG 연료의 고압 액상 인젝터 분사 시스템으로 타르 생성 및 역화발생 문제 개선
④ 타르배출 불필요
⑤ 가솔린차량의 엔진과 동등수준의 뛰어난 동력성능 발휘
