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연료펌프
연료펌프(Fuel Pump)는 자동차 연료탱크에서 연료를 수송하여 엔진 카뷰레이터 또는 연료 분사기로 보내주는 장치이다. 카뷰레이터를 사용하는 엔진은 연료탱크의 밖에 장착된 저압 기계식 펌프를 사용하며 연료 분사기를 사용하는 엔진은 연료탱크 안에 장착된 전자식 연료펌프를 사용한다. 연료 분사기를 사용하는 엔진 중에 2개 펌프를 사용하는 경우도 있으며 그 중 하나는 탱크 안에 위치한 저압 대용량 급유 펌프이고 다른 하나는 엔진 위 또는 근처에 장착된 고압 저용량 펌프이다.
기계식 연료펌프
전자식 연료펌프가 보편적으로 적용하기 전에 카뷰레터를 적용하는 대부분의 엔진은 기계식 연료펌프를 사용하여 연료를 연료탱크에서 카뷰레터의 연료통으로 수송하였다. 가장 널리 사용된 급유 펌프는 다이어프램(diaphragm) 연료펌프와 플런저형(plunger-type) 기계식 펌프였다.
□ 다이어프램(Diaphragm) 연료펌프
다이어프램 펌프는 용적식펌프(positive displacement pump)이며 격막펌프, 멤브레인 펌프라고도 한다.
피스톤 펌프의 동작과 유사하게 유연한 다이어프램의 위치형상 변화를 통해 펌프 챔버의 공간 크기를 조정하며 펌프 챔버의 흡입구와 토출구에는 역류방지 체크밸브를 설치하여 연료가 한 방향으로만 흐르게 하였다.
특정 설계는 다양하지만 가장 일반적인 구성에서 이런 펌프는 엔진 블록이나 엔진 헤드에 볼트로 고정되며 엔진의 캠샤프트에는 다이어프램을 하사점까지 당겨줄 수 있는 외이심엽(extra eccentric lobe)이 설치되어 직접 또는 푸시로드(pushrod)로 펌프의 레버를 작동시킨다. 다이어프램이 당겨지면서 발생하는 위치형상 변형으로 펌프챔버 공간이 커지면 압력이 낮아지게 되며 이 때 대기압의 작용으로 연료탱크의 연료가 연료펌프로 이동하게 된다. 상사점까지 원상복귀하는 다이어프램의 동작은 다이어프램 스프링으로 완성하며 이 사이에 펌프 챔버에 들어 있던 연료는 밀려서 토출구를 통해 카뷰레터로 흘러 들어간다. 연료가 연료펌프에서 밀려나는 압력은 다이어프램 스프링에서 발생하는 힘의 제어를 받으며 이로서 연료 토출의 제어가 추진된다.
연료펌프에서 토출된 연료는 카뷰레터 플로트 챔버(float chamber)의 부자용기(float bowl)에 들어가며 흡입된 연료의 량이 일정한 수준을 초과하면 흡입밸브를 닫아 연료의 과다공급을 방지한다. 이 때 연표펌프 챔버의 잔여 연료도 갇기어 흡입구나 토출구를 통해 빠지지 못한다. 다이어프램은 압력을 유지하며 그 다음 회전이 발생할 때 외이심엽이 다이어프램을 당겨 하사점으로 당겨 대기상태로 들어가며 카뷰레터와 연결되는 흡입밸브가 다시 열릴 때까지 기다린다.
다이어프램의 한 면이 연료와 접하면서 압력을 받고 있고 다른 한 면이 엔진의 크랭크케이스(crankcase)와 연결되어 있기에 다이어프램이 분열되면 연료가 크랭크케이스로 흘러 들어간다.
□ 플랜저형 연료펌프 플랜저형 연료펌프(Plunger-type fuel pump)는 용적형 펌프(positive displacement pump)이다. 펌프 챔버에는 흡입구와 체크 밸브가 있으며 이의 공간 크기는 연료로 가득 찬 챔버에서 움직이는 플랜저에 따라 변화한다. 피스톤 펌프와 유사하며 다이어프램 펌프보다 높은 압력 조건에서 사용된다. 특정 디자인 종류는 다양하지만 보편적인 배치에서 볼 때 이러한 펌프는 인젝션 펌프 옆에 탑재되어 캠샤프트가 직접 또는 푸시로드(pushrod)로 구동한다. 캠샤프트의 로브(lobe)가 상사점에 위치할 때 플랜저는 배출 밸브로 바로 연료의 배출을 완료하게 되며 이어서 스프링은 플랜저를 당겨 저압을 형성하고 흡입 밸브를 통해 연료를 챔버로 흡입한다. 이 종류의 펌프는 250~1,800 bar(3,625~26,000 psi)에서 작동한다. 캠샤프트와 연결되어 펌프의 토출 압력은 일정하며 펌핑속도는 직접적으로 엔진 회전수와 연관된다.
위 2종 펌프는 모두 부압을 형성하여 연료를 흡입하는 원리로 작동하나 펌프와 연료탱크 사이의 낮은 압력은 엔진에서 발생하는 또는 더운 천후에서 발생하는 열과 결합되어 연료 공급라인 기화현상을 일으키기 쉽다. 연료펌프는 액체를 펌핑하도록 설계가 되어 기체를 펌핑할 수 없으며 따라서 기화현상이 발생하는 경우에 엔진에 연료공급이 불가하다. 이렇게 되면 엔진 작동은 중단된다. 이는 엔진 고열이 펌프와 카뷰레터 사이의 펌프 압력측에 전달되어 라인의 연료를 비등시키는 베이퍼 로크(vapor lock)와는 틀리다. 자동차에 적용되는 기계식 연료펌프에서 발생하는 압력은 통상적으로 10-15 psi를 초과하지 않으며 이 역시 대부분의 카뷰레터에서 볼 때는 충분하다.
엔진이 카뷰레터 방식에서 연료분사 방식으로 전환하면서 기계식 연료펌프는 점차 전자식 연료펌프에 대체되었다. 대체되는 주요 연유는 연료분사 시스템이 기계식 다이어프램 펌프가 발생하는 압력보다 더 높은 40-60 psi 압력 조건에서 효율성이 가장 좋게 작동하기 때문이었다. 전자식 연료펌프는 통상적으로 연료탱크 안에 들어 있으며 연료탱크 안의 연료로 연료펌프를 냉각시키고 안정적인 연료의 공급을 추진한다. 이런 구조의 잠재적인 위험은 연료탱크부터 엔진까지의 전반 연료라인이 고압에서 작동하는 연유로 누설이 발생할 경우에 쉽게 탐지해낼 수도 있지만 큰 위험을 야기시킬 수 있다는데 있다.
전자식 연료펌프
연료분사기를 가진 현대 차들과 모토싸이클에 적용되는 연료펌프는 통상적으로 전자식이며 연료탱크 안에 들어 있다. 연료탱크에서 엔진까지의 연료 수송은 연료펌프의 고압으로 추진한다. 연료펌프를 연료탱크에 두는 연유는 엔진에서 가장 먼 위치에 방치하고 차거운 액체에 잠기는 방식으로 가솔린의 기화현상을 방지하자는데 있으며 다른 하나는 화재를 방지하자는데 있다.
고압 연료펌프
각주
참고자료
- "Fuel pump", Wikipedia
같이 보기
