이성원/한국교통안전공단 진주자동차검사소 대리-환경규제 강화에 거듭된 엔진의 기술발전 동향(1)

오늘날 세계 각국은 지구 온난화와 환경오염 방지를 위해 배출가스의 규제를 더욱 강화하고 있으며, 석유자원의 고갈에 대비한 대체연료의 요구와 자동차의 소음과 진동의 저감을 위한 자동차 무한경쟁 시대에 돌입하고 있다. 특히, 자동차와 전기 및 전자를 포함한 컴퓨터제어와 융합기술은 자동차를 더욱 카일렉트로닉스화, 인공지능화하는 추세에 있다. 이처럼 자동차 관련 분야의 발전과 첨단과학기술은 21세기 이후에도 자연과 인간, 그리고 자동차라는 3가지 매개체가 아름다운 조화를 이루며 거듭 발전될 것이며 특히 자동차의 심장이라 불리는 엔진은 다른 어떤 분야보다 많은 발전을 보인다.

▲전자제어 가솔린 연료분사장치의 기술발전 동향

전자제어 가솔린 연료분사장치는 일반적으로 인젝터의 분사방식에 따라 연소실 내에 연료를 직접 공급하는 직접분사방식과 흡기다기관에 연료를 공급 분사하는 간접분사방식으로 구분할 수 있다. 직접분사방식은 실린더 내에 가솔린 연료를 고압으로 직접 분사하여 연소시켜서 출력 성능향상, 연비개선, 배기가스 저감을 동시에 실현한 엔진이다. 직접분사식 엔진은 연료의 직접분사로 압축비가 올라가고, 충전효율이 향상되어 전 운전영역에서 토크를 약 10~15% 정도 증대할 수 있다.

▶전자제어 가솔린 연료분사장치의 연비의 향상 방향

가솔린 분사장치는 각 실린더에 장착된 인젝터가 필요한 만큼의 연료를 공급하므로 혼합기의 분배성, 공기와 연료의 혼합성이 향상된다. 또한, 엔진부하의 변동에 대한 대응성과 공연비를 맞출 수 있어 연료의 소모량을 줄이면서 최적의 공연비 성능을 확보할 수 있다. 특히 희박 연소 제어가 가능하고 감속운전 시에 연료 컷 기능이 적용되어 연료의 소모를 줄일 수 있다.

▶전자제어 가솔린 연료분사장치의 배기가스의 저감 방향

배기가스는 공기와 연료의 혼합비에 직접적인 영향을 받으므로 연소는 가능한 이론 공연비 부근에서 일어나도록 제어되어야 한다. 즉, 일산화탄소와 탄화수소의 경우 혼합기가 농후할수록 많이 발생하고, 질소산화물은 이론 공연비 영역에서 많이 발생하게 된다. 또한, 삼원촉매를 사용하는 경우에 이론 공연비 부근에서 촉매의 정화 효율이 최대가 되므로 전자제어 분사장치는 산소센서를 이용한 피드백 제어와 학습제어 등을 동시에 적용하므로 공연비 제어가 쉽고, 유해 배기가스의 배출도 동시에 줄일 수 있다.

▶전자제어 가솔린 연료분사장치의 엔진의 응답성능 향상 방향

가솔린 분사장치는 연료분사를 흡기 다기관이나 연소실에 직접 분사하므로 신속하게 부하변동에 대응할 수 있다. 특히, 직접분사식 엔진은 연소실 내부에 분사하여 연료 소모의 절약은 물론 배기가스 제어와 가속성능, 엔진의 출력 변화 부분에서도 우수하다.

▶전자제어 가솔린 연료분사장치의 냉 시동성능의 향상 방향

연소실에 흡입되는 외부 공기의 온도와 냉각수 온도를 감지하여 그에 대응하는 최적의 연료 분사를 실시하여 냉간 시동성능이 향상되고 엔진 온도에 따라 점화기를 느리게 하거나 빠르게 하여 연료 소비율 저감과 유해 배출가스 또한 현저히 줄어든다.

▶전자제어 가솔린 연료분사장치의 출력의 향상 방향

가솔린분사장치는 출력성능을 높이기 위하여 흡입공기의 관성 과급효과를 이용하는 흡기계통의 설계가 가능하고 특히, 인젝터를 이용하여 연소실이나 흡기 다기관에 연료를 분사하기 때문에 충전효율이 높고 엔진의 출력을 향상할 수 있다. 그리고 최근 가솔린 연료분사장치 엔진에 과급 장치(가변용량 터보차저 VGT : Variable Geometry Turbo-charger)를 부착하여 배기가스 흐름을 이용하여 흡입 공기량을 증감시켜 출력향상을 도모하고 있다.