분사

분사(injection)는 액체나 기체 따위에 압력을 가하여 세차게 뿜어 내보내는 것이다. 연료 분사 방식으로 엔진의 종류를 파악할 수 있다.

개요

연료를 잘 분사해야 자동차의 성능과 연비가 좋아진다. 이를 위해 연료를 저장하고 공급해 주는 연료 공급 장치의 역할이 중요하다. 자동차 연료 공급 장치의 대표적인 부품인 인젝터는 연료를 미세한 안개처럼 분사한다. 연료를 분사하는 방식에도 차이가 있다. 포트분사 방식은 연소실 외부에서 연료를 뿌려 공기와 섞인 후 실린더 내부로 들어온다. 보통 5bar 전후의 압력으로 뿌리며, 2개의 포트분사 인젝터를 사용해 효율을 끌어올린 엔진도 있다. 하지만 압축 행정 때 뜨거운 연소실 내로 연료가 들어오면 자연 발화될 가능성이 있어 엔진의 힘을 끌어올리는데 제한적이다. 연료를 분사하는 방식에 따라 직분사(Direct Injection) 방식과 간접분사(Indirection Injection) 방식으로 구분된다. 이 둘을 구분하는 가장 큰 기준은 인젝터가 설치된 위치이다. 직분사 방식은 인젝터가 연소실 안에 위치하고 있고, 간접분사 방식은 연소실 밖 흡기 매니폴드에 위치해 있다. 자동차 후면부에 적혀 있는 GDI, CRDI 등의 영어 엠블럼은 연료 분사 방식에 따른 엔진의 종류를 알려 주는 표식이다.

구분

직분사

직분사는 연소실 내부에 직접 연료를 분사하는 방식이다. 150~250bar 정도의 매우 높은 압력으로 연료를 순간적으로 뿌리는데, 덕분에 더욱 정교하게 엔진을 제어할 수 있다. 그만큼 보다 강력한 성능을 끌어낼 수 있고, 연료 자체를 나눠 분사해 효율도 높일 수 있다. 연료 자체가 실린더 내부 온도를 낮춰 주는 기능도 하기 때문에 뜨거운 열에 민감한 터보차저와 같은 에너지 증폭 기술과 함께 쓰기도 좋다. 하지만 흡기밸브에서만 공기를 빨아들이기 때문에 흡기밸브 부분에 카본이 쌓이는 한계점이 존재한다. 또 엔진의 저회전 부분에서 공기와 연료가 잘 섞이지 않는 경우도 발생한다. 그래서 상황에 따라 포트분사와 직분사를 함께 사용하는 엔진이 점차 증가하고 있다. 대신 그만큼 엔진 구조는 복잡해진다. 그리고 실린더에 직접 연소를 분사하다 보니 불완전 연소로 인해 엔진 때라고 불리는 카본이 쌓이기 쉽다. 또한 이 카본은 미세먼지를 발생하는 원인이 되기도 한다. 또, 압축비나 분사압이 높은 경우가 많기 때문에 대체로 엔진의 진동과 소음이 크다.

• GDI(Gasoline Direct Injection) : MPI를 개선하고자 등장한 것이 GDI 엔진으로 디젤 차량에서는 CRDI, LPG 차량에서는 LPGDI라 부른다. GDI 엔진은 연료를 공급할 때 실린더에 직접 분사하는 형태로 인젝터의 위치가 실린더 안에 위치해 있으며, 가장 보편적인 엔진 방식이다. GDI 엔진은 연료를 연소실에 직접 전달하기 때문에 MPI 엔진보다 출력이 높고 연료 소비 효율도 높다. 그러나 압축비나 분사 압력이 높아 MPI 엔진보다 엔진의 진동이나 소음이 커질 수 있다. 또한 실린더 안에서 발생하는 카본이 연료를 흡수하여 시간이 지날수록 연비가 떨어지는 단점도 있다.

간접분사

간접분사는 연료가 흡기 행정 전에 공기와 혼합되는 방식이다. 간접분사 엔진은 직접분사 엔진과 비교해 정밀도나 압축비, 출력이 낮다는 단점이 있다. 다만 엔진 내구성이나 가격이 직분사 엔진보다 저렴하다는 장점이 있다. 이러한 장점 때문에 과거에는 국내에서 두루 쓰였다. 또, 간접분사 방식을 사용하는 엔진은 진동과 소음이 적어 정숙하고 조용한 운전이 가능하다.

• MPI(Multi Point Injection) : 가장 기본적인 엔진 형태로 엔진 속 실린더마다 연료분사 밸브인 인젝터를 설치하여 연료를 분사하는 방식이다. 이때 각각의 흡기 매니폴드에서 연료를 독립적으로 분사하여 간접분사 방식이라고도 부른다. MPI 엔진은 실린더 바깥쪽에서 공기와 혼합한 뒤 연료를 폭발시키는 방식으로 GDI보다 힘을 발휘하는 동력이 작을 수 있다. 또한 불완전 연소가 일어나기 쉽고 연비와 출력이 저하될 수 있다. 최근에는 출력과 연비가 강화된 듀얼 포트 간접분사 시스템(DPFI)이 출시되기도 했다.

참고자료

• 〈직분사 엔진과 간접분사 엔진의 차이점〉, 《금호타이어 공식블로그》, 2018-05-25
• 김선웅 기자, 〈잘 뿌리는 것이 중요! 연료 분사 시스템〉, 《오토뷰》, 2020-12-14
• 장영성 기자, 〈(내 車 사용설명서) 직분사와 간접분사, 차이점은?〉, 《이코노믹리뷰》, 2019-02-17
• 〈GDI 엔진? 연료분사 방식에 따른 자동차 엔진구분법!〉, 《불스원 블로그》, 2021-06-14

같이 보기

• 엔진

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