Q & A
안녕하세요.
전 최근 자동차의 연료 분사에 관심이 많이 생긴 학생입니다. 전 90년대 초반생으로 이미 제가 자동차에 관심이 생겼을 무
렵엔 이미 대부분의 차량의 연료분사장치가 SPI나 MPI로 이미 넘어온 시점이었던것 같아요.
실제로 제 눈으로 본 이전 세대의 카뷰레이터 엔진은 손에 꼽을 정도로 적구요. (폐차장에서나 봤을까요?)
엔진의 기술 발달 과정을 살펴 보면, 밸브 기술의 발전도 있지만, 제 생각에는 가장 주효한 개선점은 연료 분사 장치가 개
선이 되어 간다는 점인데요, 분사장치가 다분화 되어가고 정밀하게 분사 하는 것도 있겠지만, 가장 큰 특징은 연료 분사
장치가 점점 연소실 가까이로 다가오는 형태로 발전하게 된점이라고 생각합니다. 이러한 형태로 발전하면서 가질수 있는
장점은 무엇인지? 또, 처음부터도 왜 연소실에 가까워 지는게 유리하다는 사실을 이론적으로는 이해 했을텐데도,
왜 그렇게 하지 못했을까요? 새벽에 급든 의문을 해결할길 없어 테드에 주서 없이 글을 남겨 봅니다. 감사합니다.
다만 소음, 내구성, 감성 등등은 아직 포트분사 방식이 좋은거같습니다 ㅠㅠ 도요다에서 두가지 분사방식을 병용 하는것도 연소조건이 최적이 아닐때 대응하기 위해서라고 들었습니다.
직접분사에 의한 연소실온도하락 ==> 열효율증가, 노킹저감, 압축비 상향 가능 ==> 출력, 연비 상승
직접분사에 의한 월필름 미생성 ==> 배기가스 저감 및 연비 상승
분사타이밍의 비교적 자유로움 ==> 시동 초기 빠른 촉매 가열 ==> 배기가스 저감
출력, 연비에도 좋지만, 배기가스 규제에 효율적으로 대응키 위해 좋지요
근래 자동차에 적용되는 기술은 거의 100 년전에 항공기에 이용되었던 기술이 대부분인것 같습니다. 아마도 온도, 공기 밀도가 고도에 따라 변하는 공중의 열악한 조건에서도 최선의 성능을 내기 위한 많은 고민들을 했었겠죠. 구글에게 물어보니 최초의 가솔린 직분사 엔진은 1902년 프랑스제 단엽기 앙트와네트7에 장착되었던 100 마력짜리 8기통 엔진이라고 하네요. 그 밖에도 터보차져, 수퍼챠저등의 과급 시스템은 1920년대부터 항공기용 내연기관에 쓰이던 기술이며, 얼마전에 눈길을 끌었던 실린더내 물 분사 시스템은 2차대전때 전투기들이 공중전 벌일때 오버부스트 비슷하게 사용되었던 기술이라고 하더군요. 이런 기술들이 그 동안 자동차에 적용해야할 필요성을 못 느끼다가, 어느덧 시대상황이 바뀌고 관련기술이나 소재, 제어 시스템이 정교하게 발전되어, 이제는 자동차 엔진에도 부담없는(?) 비용과 노력으로 적용 가능하게 된게 아닌가 싶습니다. 궁금해 하시는 부분들중에 개념적인 내용들은 아마도 웬만한 내연기관 관련 교과서에 기술되어 있지 않을까 싶습니다.
영문위키가 정답은 아니지만 정보가 가장 많습니다. 저도 짧은영어로 찾아보곤 하죠 ㅎㅎ
김우진님이 언급하셧 부분도 영문위키에서 발견할수 있었습니다.
실린더에 가까워진 그러나 다른 느낌의 직분사는 TJI 시스템이라고 또 있습니다. 프리-챔버를 이용하는 방식인데 구조 사진 이나 개요를 읽어보면 디젤의 예연소실식 과 비슷한 모습을 하고 이죠.
HCCI엔진와 강제점화엔진 사이에 있는듯한 느낌을 많이 받았습니다. 내용은 제가 보드게시판에 쓴글 검색해보시면 TJI 이야기를 보실수 있습니다.
그래서 연소실이서 멀면 멀수록 혼합기가 연소실까지 흘러가는 동안 연료 입자가 뭉치기도 하고 흡기쪽 벽에 달라붙기도 해서 정확한 양이 연소실로 들어가기가 어렵습니다.
그래서 점화전 연소실 안으로 바로 뿌려버리는 직분사가 가장 효과적입니다.
저도 전문가는 아니지만, 인젝터가 연소실에 가까워질 수록 공기와 혼합되는 시간이 짧아지게 됩니다. 직분사의 경우 이런 믹싱시간이 극도로 짧아지는데요, 그 때문에 엄청난 고압의 연료펌프가 필요하고 (atomizing), 고압에서의 정확한 연료분사및 제어기술이 필요합니다. 결국 인젝터 기술의 발달과 전기제어기술의 발달로 직분사가 가능해졌다고 보면 되지 않을까 싶네요...