연료분사장치 인젝터, 가솔린과 디젤의 차이

연료장치는 엔진의 연소에 필요한 연료를 모아두었다가 필요에 따라서 엔진에 공급하는 장치입니다. 현재의 엔진은 인젝터라는 밸브의 노즐에서 연료를 분사하는 연료분사장치를 사용하는 경우가 많습니다. 연료의 공급방식은 가솔린 엔진의 경우 포트분사식과 직분사식이 있고, 디젤 엔진의 경우는 직분사식 중에서도 커먼 레일식이 주로 사용됩니다. 연료장치 중에서 연료를 엔진 부근으로 운반하는 장치를 퓨얼 딜리버리 시스템이라고도 하며 가솔린 엔진과 디젤 엔진 모두 기본적인 구성은 같습니다. 연료 탱크에 담긴 연료는 연료 펌프에 의해 압력이 올라가고 금속재질의 연료 파이프나 고무재질의 연료 호스를 통해 엔진 부근으로 보내집니다. 연료의 이동 경로 도중에는 연료 안의 이물질을 제거하기 위한 연료 필터를 거칩니다. 연료 탱크는 연료를 저장해두는 용기이며 가솔린 엔진의 경우는 가솔린 탱크라고도 합니다. 과거에는 방청도료를 칠한 강판재질 탱크가 주류였지만 현재는 경량화가 가능한 수지재질 연료 탱크가 일반적으로 사용됩니다. 대부분은 뒷자석 아래쪽에 배치되지만 차량 내부공간을 넓히기 위해서 앞좌석 아래에 배치되는 경우도 있습니다. 차량 측면의 급유구와는 연료 인렛 파이프로 연결됩니다. 급유 때에 내부의 공기를 배출하기 위해 브리더 튜브라는 가는 호스가 병행해서 설치되어있습니다. 증발하는 연료의 압력으로 탱크가 파손되는 것을 막기 위해 압력이 일정 이상이 되면 열려서 압력을 개방하는 연료 베이퍼 밸브도 설치되어 있습니다. 연료 딜리버리 시스템의 펌프를 일반적으로 연료 펌프라고 하며 연료의 분사압력을 높이기 위해 사용되는 펌프와 구별하는 경우에는 연료 공급펌프라고 합니다. 연료 펌프는 직류정류자 모터를 사용하는 전동 연료 펌프가 일반적으로 사용됩니다. 펌프 자체는 터빈식이 많으며 모터의 회전축에 설치된 임펠러라는 날개바퀴가 회전해서 연료를 보냅니다. 모터 자체의 냉각은 내부를 통과하는 연료로 합니다. 과거에는 연료 펌프가 엔진룸에 설치된 경우도 있었지만 현재는 연료 탱크 안에 설치되는 인탱크식 연료 펌프가 일반적입니다. 인탱크식 펌프에 추가로 연료의 잔량을 계측하는 연료 게이지 유닛과 압력을 일정하게 유지하는 연료 프레셔 레귤레이터, 이물질을 제거하는 연료 필터가 일체화된 연료 펌프 유닛의 형태로 설치되는 경우가 많습니다. 연료 안의 이물질을 제거하기 위해 연료 필터가 필요합니다. 연료 필터는 부직포 등으로 만들어진 필터로 현재는 연료에 이물질이 들어가는 경우가 거의 없으며 연료 탱크가 녹스는 경우도 거의 없으므로 가솔린 엔진에서는 정비가 거의 필요없습니다. 그래서 연료 펌프 유닛에 연료 필터가 내장되는 경우가 대부분을 차지하게됩니다. 디젤 엔진의 경우는 연료 필터에 경유 안의 수분을 분리하는 기능이 있는 것도 있으며 모인 물은 바닥의 밸브를 열어서 배출할 수 있습니다. 엔진룸 안에 배치되는 경우가 있습니다. 연료 시스템 중에서 최종적으로 연료를 분사하는 부품이 인젝터입니다.

인젝터는 전기신호를 열고 닫을 수 있는 밸브로 끝은 가는 노즐로 되어있습니다. 전기신호로 밸브가 열리면 압력이 가해진 연료가 힘차게 분사됩니다. 이때 연료에 가해진 압력을 연압이라고 합니다. 연압을 일정하게 유지하되 밸브를 여는 시간으로 분사량을 제어할 수 있습니다. 연료를 분사할 때의 연압은 가솔린 엔진의 포트분사식은 3기압, 직분사식은 200기압, 디젤 엔진의 커먼 레일식은 1500기압이 일반적입니다. 디젤 엔진은 연압을 높이는 경향이 있습니다. 연압을 높이면 분사홀이 가늘어도 같은 시간에 분사할 수 있는 연료의 양은 늘릴 수 있습니다. 분사홀이 가늘면 분사된 연료의 입자가 작아집니다. 같은 양의 연료로 생각하면 연료 전체의 면적이 커져서 그것만으로도 기화가 되기 쉬워집니다. 이렇게 되면 연료가 잘 타고 연소상태가 좋아집니다. 디젤 엔진은 가솔린 엔진에 비해 높은 연압이 요구되기 때문에 작은 1개의 연료 인젝터 펌프로 모든 기통 분량의 분사를 담당하기는 힘듭니다. 배기가스 정화를 위해 연료분사제어의 고도화가 요구되었고 커먼 레일식 연료 시스템이 현재의 주류가 되었습니다. 커먼 레일식은 연압을 높이는 펌프에서 직접 인젝터로 연료를 보낼 수 없습니다. 일단 축압실에 고압의 연료가 모이고 여기서 인젝터로 보내집니다. 안정적이고 높은 연압을 유지할 수 있으며 플런저 펌프에 의해 압력이 높아지는 타이밍에 맞춰서 분사를 할 필요가 없으므로 분사 시기의 자유도도 높아집니다. 펌프는 직접 연료를 분사하지 않으므로 연료 공급 펌프라고 합니다. 여기에 연료 딜리버리 시스템에서 연료가 들어옵니다. 축압실에는 연료 레일이 사용됩니다. 이 레일이 모든 인젝터 공통의 축압실이기 때문에 커먼 레일식이라고 합니다. 인젝터는 고압에도 대응할 수 있는 피에조 인젝터가 일반적입니다. 다소 성능이 떨어지지만 비용을 절감할 수 있는 커먼 레일식을 위한 솔레노이드 인젝터도 개발되어있습니다. 디젤 엔진은 분사된 연료가 순차연소되기 때문에 가솔린 엔진과 같은 사이드 분사는 없으며 모두 센터분사 방식입니다. 독립형 인젝션 펌프는 기통 수 만큼의 인젝션 펌프를 설치해서 인젝터와 1대1로 사용합니다. 유닛 인젝터는 인젝터와 펌프를 일체화한 것입니다. 두 가지 모두 캠 샤프트로 펌프를 구동합니다. 기통 수만큼의 인젝션 펌프를 일렬로 배치해서 일체화한 것이 열형 인젝션 펌프입니다. 분배형 인젝션 펌프는 파도 모양 캠으로 플런저 펌프를 구동해서 모든 기통 분량의 연압을 만들어냅니다. 둘 다 캠 샤프트 또는 크랭크샤프트로 구동되며 펌프로부터는 기통수 만큼의 연료 파이프로 개별적으로 보닙니다.