직분사 엔진의 연비가 좋다고하는 이유는 무엇일까

가솔린 엔진의 구조와 연비 대책

일반적인 가솔린 엔진은 흡기 공기에

가솔린을 분쇄하여 분사 혼합합니다.

이 혼합물은 흡기 밸브의 직진에 만들어진

실린더 내에 흡입된 때에는 혼합기가 있다.

그것을 압축 점화 플러그에 점화하여 혼합기가

폭발한다. 피스톤이 눌려 엔진 동력(토크)이

생깁니다. 이것이 4스트로크 가솔린 엔진의

기본 구조입니다.

저연비 엔진을 만들기 위해 전 세계의 많은 기업이

기술 혁신에 도전하고 있지만 가솔린 엔진의  연비

대책으로서 효과적인 것으로 2개를 들 수 있습니다.

1. 압축비를 올리는 것

2. 실린더 내의 냉각을 제대로 하기

이들이 왜 필요한지 살펴보겠습니다.

우선 압축비를 올리는 것에 대해서 알아보면 엔진의

압축비는 피스톤 아래 지점(피스톤이 가장 낮은 상태)과

피스톤에 지점(피스톤이 맨 위 상태)에서 내연 실용적의

비율입니다. 이 압축 비율이 높은 것은 엔진의 열효율이

좋다는 것에 연결되어 같은 연료로 파워가 더 상승하고

연비가 향상하고 있습니다.

따라서 이 압축비를 올리는 것은 연비 향상에 도움이된다.

일반 자연 흡기 엔진에서 10 : 1, 터보 엔진은 9 : 1

이하입니다. 덧붙여서 디젤 엔진은 20 : 1이라고 한다.

압축은 높을수록 좋은 것이라면 단순히 압축비를 올린

엔진을 설계하면 좋은듯 하지만 압축된 혼합기는

고온이 되고 자연 발화할 수 있어 노킹(조기 점화)이

일어납니다.

또 하나의 "엔진 냉각"이지만 이것도 노킹 대책이

필요하게 됩니다. 고회전시에는 엔진은 그 자체의

열에 의해서 압축비가 적정하고 있어도 노킹을

일으킬 가능성이 있습니다. 엔진에 물을 뿌릴 수는

없기 때문에 고회전시에는 가솔린을 불필요하게

분사하여 실린더를 식혀줍니다. 이에 따라 노킹을

방지 할 수 있게 됩니다.

노킹을 올리면 엔진이 좋지 않게 될 뿐만 아니라

심한 경우에는 엔진 블로를 일으킬 가능성도

있습니다. 따라서 업체 측은 압축비도 너무 올리지

않고 냉각용 연료 분사도 안전 마진을 넉넉히 잡고

엔진을 만들게 됩니다. 이로써 기존 엔진에서는 연비

향상에 일정 한도를 맞게 됩니다.

직분사 엔진의 직분은 연로를 직접 실린더에

분사한다는 점에서 직분이라고 합니다.

직분함으로써 엔진은 압축비를 높일 수 있습니다.

왜 높은 압축을 할 수 있을까요? 직분의 경우

흡입했을 때 실런더 내에 들어온 것은 공기뿐입니다.

공기를 압축하면 온도는 올라가는데 공기 단독으로는

고온에 노출 되어도 폭발하는 것은 아닙니다. 따라서

점점 압축 할 것입니다. 압축한 곳에 가솔린을 분사

하여 점화 할 것이지만 제어계가 진화함에 따라 적절한

시기에 점화가 가능하게 되어 있습니다.

따라서 열효율은 크게 오르기 때문에 연비가 좋아지는

것 외에도 이른바 다운 사징에서도 장점을 낼 수 있다.

직분사 엔진은 원래 차가운 가솔린을 직접 분사하는

구조로 되어 있습니다. 굳이 식혀 가솔린을 분사하지

않아도 정상적인 사이클 가솔린을 분사하면 실린더의

냉각에 사용할 수 있습니다.

그것 때문에 냉각을 위한 가솔린 분사는 매우 적고

그만이다. 실런더 내부의 온도가 적절히 유지하는

것은 연비 향상뿐만 아니라 파워와 토크의 향상에도

연결되기 때문에 악셀을 더 밟지 않아도 차는 앞으로

나아가게 해주는 것입니다.

이것이 직분사 엔진이 연비가 좋다고 하는 이유이기도

합니다. 그러나 이점으로는 할 수 없으며 직분에 의해

그을음이 붙기 쉽게 되거나 PM배출량이 많아지는

등의 단점이 있습니다. 당연히 이에 대응하기 위해서

통상의 가솔린 차와 달리 촉매가 필요로 하기 때문에

다른 대책에는 비용을 필요로하는 부분이 있습니다.

하지만 많은 기업에서는 환경 문제라는 과제를

들이 댈 수 있기 때문에 직분사 엔진으로 이동하는

것은 어쩔 수 없는 것일지도 모르겠다.