연료시스템

연료시스템(fuel system) 또는 연료장치는 연료와 공기를 내연기관으로 공급하는 시스템을 말한다.

개요

연료시스템은 연소실 내에서 연료를 연소시키기 위해 적당한 양의 연료를 저장·여과 또는 송출·분사하기 위한 일련의 장치를 말하며, 연료탱크, 연료펌프, 연료주입구 또는 연료분사기 등을 말한다.

종류

연료주입구

연료주입구는 연료 필러 캡과 인입관으로 구성되며 인입관은 연료필러넥(fuel filler neck)과 고무 급유호스(rubber fuel fill hose)로 구성되어 연료탱크에 이어진다. 연료필러넥은 철제 나사로 차체와 체결되며 다른 한 쪽은 연료탱크에서 오는 고무 급유호스와 연결된다. 연료필러넥이 고장나거나 제대로 작동 못하는 경우에 연료 누설의 이슈를 야기시킬 수 있으며 안전문제가 거론된다. 연료필러넥에 문제가 생겼을 때 연료 냄새가 나거나 또는 엔진 체크 경고등이 켜지거나 또는 연료가 누설되는 문제가 발생한다. 대부분의 연료필러넥은 고무나 금속으로 제작되었으며 오랜 시간이 지나게 되면 노후로 인해 문제를 발생시킬 수 있다. 화재를 유발할 수 있는 위험이 있고 도로 주행중에 더 심각한 문제를 야기시킬 수 있기에 문제가 발생한 연료필러넥은 즉시 교체를 진행해야 한다. 교체하는 비용은 순정 부품을 사용하냐 아니면 애프터마켓 부품을 사용하냐 그리고 발생하는 노무비 수준에 따르게 된다. 통상적으로 평균 교체비용은 200달러 수준이다.

연료탱크

연료탱크는 가연성 유체를 대상으로 한 안전 컨테이너이다. 임의의 연료를 대상한 저장탱크를 연료탱크라고 부를 수 있겠지만 오늘날에 연료탱크라 부르는 용어는 대표적으로 엔진 시스템에서 연료를 저장하고 연료펌프의 구동에 따라 연료를 엔진으로 보내주는 저장장치를 가리킨다. 연료탱크의 범위는 부피와 복잡도에 따라 부탄 라이터의 자그마한 플라스텍 탱크에서 멀티 챔버드(multi-chambered) 극저온(multi-chambered) 우주항공선 외장 탱크(Space Shuttle external tank)까지 들 수 있다. 연료탱크는 대표적으로 아래의 조항들을 허용하거나 제공해야 한다.

• 연료저장 - 표기된 저장가능 수량만큼 저장이 가능해야 하고 누설이 없어야 하며 기화증발이 제한되어야 한다.
• 연료주입 - 스파크 없이 안전한 연료주입이 가능해야 한다.
• 저장되어 있는 연료수량을 확인할 수 있는 방법을 제공해야 한다.(탱크의 잔존 연료수량은 반드시 계측 또는 평가 방식으로 확인가능해야 한다.)
• 배기 - 압력 허용치의 초과를 수용못 할 경우 연료의 증발은 밸브를 통해 관리가 되어야 한다.
• 엔진에 연료를 공급할 수 있어야 한다.
• 잠재위험을 예상하고 생존안전에 관한 대비책이 마련되어야 한다.

연료파이프

연료파이프는 자동차의 연료탱크에서 엔진으로 연료를 수송하는데 사용되는 호스나 파이프를 가리킨다. 연료파이프는 통상적으로 몇 층으로 보강된 고무로 제작되며 연료 시스템에서 발생하는 압력에 견딘다.

연료파이프 재질

• 고무 : 대다수의 차량들은 고무 연료 호스로 섀시 위에서 고무 연료파이프와 연결하고 연료펌프나 엔진 위에 있는 카뷰레이터와 연결된다. 고무 호스는 유연하며 필요한 길이로 잘라 맞출 수 있다. 단, 시간이 지나면서 노화되는 경향이 있고 적절하게 고정을 안 할 경우 접촉마모가 발생할 수 있다.
• 플라스틱 : 많은 차량들에서 플라스틱 재질의 연료파이프를 사용한다. 대표적인 사례로 나일론을 들 수 있다. 플라스틱 연료파이프는 노화가 잘 안 되고 금속 튜브보다 가볍다. 단, 낮은 온도에서도 녹을 수 있으며 수리도 쉽지 않다.
• 철 : 차량의 뒷 부분에 연료탱크를 설치한 많은 FF, FR 구동방식의 차량들은 연료탱크에서 엔진부까지 단단한 철제 연료파이프를 장착하고 있다. 스틸파이프는 값이 싸고 단단하지만 부식에 취약하여 연료 누설을 일으킬 수 있다.
• 구리 : 구형 차들에는 동재질의 연료파이프를 장착한 경우들이 있다. 동재질의 연료파이프는 쉽게 설치가 가능하고 수리가 간편한다. 단, 다른 선택 사양과 비교할 때 동재질 연표파이프는 가격이 비싸고 무게가 많다.

연료필터

연료필터는 연료라인에서 연료중의 불순물을 걸러주는 역할을 한다. 통상적으로 여과지가 들어 있는 카트리지로 만들어져 대부분의 엔진에 적용된다. 오늘날의 현대적이고 엄격한 허용 오차를 가지는 엔진 연료 시스템에서 연료 필터는 필수적인 부품으로 된다. 연료필터를 거치지 않은 연료에는 여러 종류의 오염이 있을 수 있다. 예를 들면 연료를 주입하는 과정에 페인트칩과 먼지가 연료탱크에 혼입될 수 있으며 스틸 탱크의 습기로 녹이 생성될 수 있다. 이러한 불순물이 연료시스템에 들어가지 전에 제거되지 않을 경우 최신 분사시스템에 사용되는 고정밀 부품과 입자의 마모작용으로 인해 연료펌프와 분사기가 빠르게 마모되고 고장을 초래할 수 있다. 연료필터가 불순물을 제거하게 되면서 엔진의 연소 효율은 향상되어 성능을 향상시킨다. 연료필터는 정기적인 정비가 필요하며 연료라인에서 연료필터를 탈착하여 신규 부품으로 교체하는 방식으로 정비를 추진할 수 있다. 비록 일부 전문 제작된 필터는 세척하여 여러번 재사용할 수 있지만. 연료필터의 정비가 제대로 이루어지지 않을 경우 이물질로 막혀 연료의 흐름을 방해하며 엔진이 더 많은 연료를 당겨 정상적으로 작동한다 하더라도 엔진 성능이 현저하게 저하된다. 일부 필터 특히 디젤엔진에 적용되는 필터는 바닥에서 물을 모으는 그릇 모양의 디자인으로 되어 있으며 그릇 바닥에 있는 밸브로 연료만 남아 있을 때까지 물을 배출한다. 많은 디젤엔진 연료필터는 물 센서를 장착하여 물이 경고 레벨까지 왔을 때 엔진 제어 유니트에 신호를 보내거나 직접 운전자한테 신호를 보낸다. 디젤엔진 연료시스템은 디젤로 이동부품의 윤활을 추진하기에 특별하게 물의 침투를 경계하며 만약에 물이 지속적으로 윤활이 필요한 부품 예하면 분사기 밸브에 침투될 경우 바로 과열과 불필요한 마모를 발생시킨다. 따라서 이런 시스템에는 물 센서가 장착되어 물 제거가 필요할 때 운전자한테 경고를 할 수 있다. 디젤 연료필터 근처에는 연료히터를 설치하여 여과부품에 연료의 흐름을 막을 수 있는 파라핀 왁스가 형성되는 것을 방지한다.

참고자료

• 〈연료 시스템〉, 《네이버 지식백과》
• 〈연료 장치〉, 《네이버 지식백과》

같이 보기

• 연료주입구
• 연료탱크
• 연료파이프
• 연료펌프
• 연료필터

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