엔진에 연료를 분사하는 여러 가지 방법

엔진마다 용도마다 연료를 분사하는 방식도 다양하다. 

1990년대까지만 해도 전자식 제어가 쉽지 않아서 가솔린 엔진은 카브레타라고 하는 혼합기가 흡기 포트에 있었다. 연료를 기화해서 공기와 섞어 주는 방식인데 정밀한 공연비 제어가 어려워 배기가스 규제를 대응하지 못하게 되면서 지금은 사용하지 않는다. 

기본적인 흡기 포트 연료 분사 구조 - Advanced Engineering diagnostic 책 참조

기본적으로 가솔린 엔진은 연소가 한창 일어나고 있는 폭발 행정 도중에 흡기 밸브 위로 연료를 분사한다. 일단 뜨거워진 밸브에 닿으면 연료의 기화도 잘 되고 밸브 자체를 식혀 주고 쌓은 타르도 세척하는 효과가 있기 때문이다. 기화할 충분한 시간이 있기 때문에 3~4 bar 정도의 분사 압이면 충분하다. 

GDI 성층화 분사 원리 - Emerging Trends in Mechanical Engineering 책 참조

GDI 엔진으로 가면, 연료 분사 시점에 따라서 점화 시점에 실린더 내에 연료 분포가 달라지기 때문에 좀 더 디테일한 튜닝이 필요하다. 희박 연소에서도 안정된 폭발이 일어나게 하기 위해 점화 플러그 주변에 연료가 모일 수 있도록 한다. 기화가 잘 되지만 점도는 떨어지는 가솔린은 직분사 압에 최대 300 bar 수준이다. 

애초에 기화가 잘 되지 않고 고온 압축된 실린더 내에 스스로 폭발하는 디젤 엔진에서는 연료 분사 시기가 곧 점화 시기이다. 디젤 연료는 압력을 높여서 최대한 작은 사이즈로 미립 화한 상태로 분사하여야 하기 때문에 연료를 관에서 최대 2000 bar로 압축하는 커먼레일 시스템이 보편적이다. 

디젤 엔진 연료 분사 시스템 구조 

한 사이클 내에서도 분사 시기를 조절하면 폭발 양상을 다양하게 조절할 수 있어서 출력이 최대화되면서도 소음이 덜 나고 혹은 후처리 장치의 재생을 위해 배기가스 온도를 높이기 위해 연료를 여러 번 나누어 분사한다. 각각의 분사는 의도하는 역할이 다르기 때문에 각 분사들마다 별도로 분사 시기를 설정해 주어야 한다.  이런 제어를 하기 위해서 고압에서도 정밀한 제어가 가능한 피에조를 이용한 인젝터를 주로 사용되고 있다.  

총 5개로 나누어 분사가 가능하다. 다 용도가 다르다.