가솔린 직분사에 대한 솔직한 이야기




자동차 업계에서 GDI (가솔린 직분사) 엔진은 유행처럼 퍼지고 있습니다. 강화되는 배기가스 규제와 효율을 중요시하는 트렌드에 맞추어, GDI는 대세가 되어 가는 듯한 느낌입니다



출처 : carphotosgallery.com



많이 대중에 알려져 있고, 조금만 검색해보면 GDI의 원리나 장단점에 대해 확인이 가능하지요.  GDI가 무엇인지는 가급적 간단하게만 짚고 넘어 가도록 노력(!) 하겠습니다. 



사실 이번에 다루고 싶은 내용은, GDI의 논란에 대한 리뷰와, 자동차 회사 내부에서 보고 있는 이에 대한 입장이거든요.


 

출처 : www.focus.de / Bosch



MPI (멀티 포인트 인젝션)GDI연료 분사구가 어디에 있는지에 따라 나뉩니다



MPI는 실린더 바로 앞에 위치한 인테이크 매니폴드에 인젝터가 장착 되어있고 GDI는 실린더 내 연소실에 위치하고 있습니다



GDI는 MPI에 비해 비교적 최근에 상용화된 기술로, 



연소실 내의 고온과 고압의 환경을 탓에 꽤나 실현이 어려운 하이 테크놀러지입니다. (그림a. SPI   그림b. MPI   그림c. GDI)




출처 : www.intechopen.com



연료를 실린더에 직접 분사하는 덕분에 높은 압축비 에서 연소 유도가 가능하며,



분사시 흡수되는 기화열로 인해 실린더의 냉각효율이 좋아집니다 



MPI에서 발생하는 노킹이나 미스파이어 현상도 GDI에서는 거의 발생하지 않습니다



(압축행정 중 가장 유리한 연소 타이밍에 연료분사가 가능하고, 혼합기를 연소실 내부에서 만들기 때문에 적은 연료로 아슬아슬한 수준까지 압축이 가능합니다. )



출처 : link.springer.com


 

높은 압축비로 부터 오는 고압, 폭발에 인한 고온, 진동의 가혹한 환경은 



부품의 높은 내구성과 신뢰도가 요구했고, 차량 단가 상승으로 이어지는 부작용을 낳았습니다. 



여기에 추가로 몇 가지 문제 - 특히 흡기 밸브의 카본 슬러지 축척 - 가 꾸준히 제기되고 있는 상황입니다.



출처 : robisonservice.blogspot.com


출처 : robisonservice.blogspot.com


출처 : m.searchautoparts.com



연소 전후 남아있는 블로바이 가스들은, 엔진 헤드의 크랭크케이스 -> PCV 밸브 -> 인테이크 매니폴드로 재주입됩니다



배기가스 규제에 대응하기 위한 포집 장치 인데요. 가스에 포함되어있는 카본이 연소실로 진입하지 못하고 흡기밸브에 고착되는 현상이 발생하게 됩니다 



MPI는 연료를 분사하여 카본을 날려버리지만, GDI의 경우 인젝터가 챔버 내에 있으므로 이 카본을 날리지 못하고 축척되게 되는 거죠




출처 : autorepair.about.com


출처 : www.sciencekids.co.nz



카본 슬러지 인해 차량의 마일리지가 쌓일수록 엔진의 진동, 소음이 커지고, 밸브 파손으로 인해 헤드 전체를 교환해야 하는 불상사도 생기게 됩니다. 




쓰로틀 바디 청소도 카본 슬러지로 인한 엔진파손에 대비한 조치중 하나입니다. 정확하게 말하자면 청소를 해야 하는건 인테이크 매니폴드와 흡기 밸브 쪽이지만요.




출처 : www.volvoforums.org.uk


 

모든 엔진은 카본이 쌓이게 마련입니다. GDI 엔진이기 때문에 쌓인다기 보다는 연식이 오래되면서 자연스럽게 나타나는 현상인 거지요. 



폭팔을 동력원으로 사용하는 내연기관의 숙명이라고 보는 편이 맞습니다.  



때문에 실제 엔진을 설계할때도 이런 부분을 감안한 안전률로 수명설계를 하기 마련이고, 개발중 내구시험을 통해 검증을 거치게 됩니다.  



출처 : www.volvoforums.org.uk 



그럼에도 불구하고 특히 GDI에서 논란이 되는건 



예상밖의 부위 - 흡기밸브 - 에 침착된다는 점. 



하이테크놀러지의 결정체인 GDI에서 발생된다는 점. 



그리고 결정적으로 카본 덕분에 발생하는 문제가 엔진 전체를 교환해야 할 만 큼 큰 데미지를 준다는 점 때문입니다. 



특히 밸브의 파손으로 인한 헤드 교체는 그 비용이 만만치 않은 편이거든요. (국산차 기준 부품값만 백만원을 훌쩍 넘깁니다. )



출처 : www.zhyfoundry.com



충분한 내구성이 확보되었다 해도 GDI 엔진에 카본 슬러지가 더 쉽게 끼는 건 명백한 사실이고, 사용할수록 성능이 떨어지게 되는건 소비자 입장에서 쉽게 받아들이기 힘든 부분입니다. 



이를 인지한 업계에서도 듀얼 인젝터라는 방식으로 이를 해결방안을 모색 중입니다



GDIMPI를 같이 접목시키는 거죠GDI의 장점에 카본 제거를 위한 MPI를 듀얼로 장착해서 문제를 해결하는 방법 입니다. 



GDI보다 두 배 복잡한 분사기구가 장착되게 되는데, 



또 다시 요구되는 신뢰도에, 이로 인한 단가 상승이 예상되어 듀얼 인젝터가 광범위하게 사용될지는 조금 더 지켜봐야 할 것 같습니다.



출처 : www.clutchd.com



약간 횡설수설 한 감이 있는데. 간단히 정리하면 이렇습니다. 



- 우선 카본 침착은 내구시험에서 통과된 허용범위내 이기에 큰 문제는 아닙니다. 


- 하지만, 운이 없는 경우 엔진 헤드에 문제가 갈 수 있습니다.


- 이 문제는 특히 GDI에서 잘 나타납니다. 


- GDI는 전 차종으로 확대 적용중에 있습니다.


- 자동차 업체에서는 이미 이를 간파하고 있으며 대안을 준비중이나 여의치 않습니다.



GDI가 1.5L 미만 소형 엔진까지 확대되는 조짐이 보이는데, 가격, 성능, 품질이 조화를 이루는 그런 엔진을 만나볼 수 있기를 기대합니다.




(다른 포스팅을 보려면 클릭하세요)




Posted by wizard_IRON

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