LPI는 무엇이고 LPG는 무엇일까?
MPI는 또무엇일까?
LPI는 단순히 개스차 MPI는 단순히 가솔린차 정도?
좀더 정확히 알아보자..먼저 영문약자인만큼 뭐의 약자인지만 알아도
70%는 이해할수있다..
LPI(Liquid Propane Injection)
현대측에서는 LPI(liquid Petroleum Injection)라고 부르기도 한다..
기존 LPG(Liquified Petroleum Gas)엔진은 베이퍼라이저에서 감압 조압 기화과정을 거친후 믹서에서 가스상태로 엔진 부압에 따라서 연소실로 유입됩니다만 LPI 엔진은 흡기메니폴드에 엔진 기통수 만큼의 인젝터(분사기)를 설치하여 액상상태로 LPG를 분사시켜줍니다. 기존 LPG 엔진에 비해서 출력이 증대되고 연비가 좋습니다.
LPG자동차는 휘발유 차종에 비해 상대적으로 출력이 떨어지는 단 점이 있다.
하지만 연료가격이 저렴하기 때문에 지난 1982년부터 대중교통 수단인 택시에 사용하면서 점차 승용차로까지 보급이 확 산됐다.
그 이후 우리나라는 2004년 현재 세계에서 가장 많은 170만대의 L PG 차량을 보유하고 있다.
그동안 LPG 자동차에는 액체상태의 연료를 기화시키는 믹서방식의 기술이 적용돼 왔다.
믹서방식은 엔진으로 공급되는 연료량이 감 소되고 정밀한 연료제어가 불가능하다는 단점이 있다.
이 때문에 차량출력도 저하된다.
또한 겨울철에는 시동불량 및 유해물질인 타르가 발생하는 문제점 뿐만 아니라 LPG연료가 흡기관 방향으로 역류되어 '역화'(back fire)의 위험에 노출되기도 했다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 분사노즐을 이용하여 액체상태로 LPG 연료를 직접 분사하는 액상분사방식(LPi·Liquid Propane injection)이 개발됐다.
액상분사방식은 연료통 내부에 펌프를 장치하고 고압을 유지하면 서 흡기관으로 연료를 분사,연료량 감소를 막기 때문에 기존의 LP G 자동차에 비하여 10~20% 정도 출력이 향상되는 장점이 있다.
여기에 액체연료 분사시 기화열에 의해 온도가 낮아지기 때문에 질소산화물 등 유해배출가스 저감효과가 뛰어날 뿐만 아니라 기존 의 믹서 및 기화기 등의 엔진부품이 불필요해 차량 가격도 크게 낮출 수 있었다.
이같은 장점으로 인해 정부는 지난 2003년 하반기부터 국내에서 생산되는 택시에 출력을 증가시킨 액상분사방식(LPi) 기술을 적용 하고 있다.
현대자동차(대표 김동진)는 환경친화적 엔진시스템인 "승용차용 LPG액상 고압 분사(LPI)시스템"으로 KT마크를 받았다.
LPI(Liquefied Petroleum Injection)시스템은 증발가스와 산화수소물 등 대기 오염의 원인이 되는 공해물질 배출을 기존 LPG엔진보다 대폭 감소시킨 고출력, 저공해 엔진이다.
이 엔진은 산화수소와 증발가스 배출을 억제할 뿐 아니라 일산화탄소와 질소 산화물까지도 규제치에 비해 매우 낮게 배출한다.
이에따라 보다 엄격히 강화된 환경법규를 충족시킨다는게 현대자동차측의 설명 이다.
LPI엔진의 가장 큰 특징은 주입장치(Injector)를 이용,고압의 액체상태로 연 료를 직접 분사하도록 돼있다는 것이다.
연료의 고압 액상을 유지하기 위해 연료통 내부에 펌프를 장착,연료라인에 LPG 를 공급하는 신기술로 전자제어에 의한 정확한 공연비 조절과 각 기통별 연료량 제어를 통해 연소성능 향상 및 연소성 극대화가 가능해졌다.
또 LPG 연료를 기화시키지 않고 액체상태로 직접 분사해 겨울철 시동불량 같 은 제반 품질문제,차량 동력성능 등 LPG의 한계를 극복했다.
저공해 LPI엔진은 "2004년형 영업용 뉴그랜저 XG"에 탑재된다.
기술개발책임자인 현대자동차 가솔린엔진 설계2팀 이기상 이사는 "LPI엔진 시 스템은 LPG배기가스 강화 규제에 대응하기 위해 개발됐다"며 "저공해 환경친화 적이면서도 가솔린엔진 못지않은 뛰어난 동력과 시동성을 갖추고 있다"고 설명 했다.
MPI(Multi Point Injection) : 다중시점 분사 전자엔진
먼저 MPI는 멀티 포인트 인젝션 의 약자인데요..
예를 들어 4기통이면 실린더로 이어지는 흡기 매니폴더가 4개로 나눠져 있잖아요??
4개 각각 인젝터가 하나씩 독립적으로 위치 하고 있는것을 말합니다.
그러니깐 4기통 MPI라고 한다면 인젝터가 총 4개가 되는거죠..
그리고 SPI는 싱클 포인트 인젝션 의 약자 이구요..MPI와는 다르게 인젝터가 하나밖에 없답니다.
이 둘의 차이점은 인젝터의 개수도 있지만 가장 큰 차이점은 흡입된 공기가
흡기 매니폴더로 들어가기 전 연료분사가 되느냐..매니폴더로 들어가서 분사가 되느냐인데요...
아까랑 마찬가지로 4기통을 예를 든다면..
SPI는 흡입된 공기가 서지탱크를 지나 총 4개의 실린더로 나눠지기전에 이미 연료분사를
하여 연료와 공기의 혼합을 이루어서 네갈래로 나눠지는것이구요...
반면 MPI는 서지탱크를 지나 네갈래의 흡기 매니폴더로 나눠져서 실린더로 들어가기전에
연료분사를 하는 것 입니다.
조금 말이 꼬인것 같은데요...쉽게 다시 말씀드리자면..
SPI는 혼합기를 각 실린더로 보내는 거구요..
MPI는 공기를 보내는데 실린더로 들어가기전에 연료분사를 하는거구요...
해서 SPI보다는 MPI가 효율도 많이 높구요 물론 출력에도 많은차이가 나게 되었죠...
뭐..답변에 조금더 더 하자고 한다면...
MPI를 뛰어넘은 효율과 출력을 낼수 있는 엔진이 있는데..GDI라는 엔진이구요..
이 엔진은..현 우리나라 차 에는...에쿠스 4500cc짜리 에만 들어가는것으로 알고 있습니다.
요 GDI는 가솔린 다이렉트 인젝션...의 약자 이구요..
매니폴더에 각각 위치하던 MPI의 인젝터와는 다르게 디젤엔진처럼 실린더 자체에
위치를 하고 있습니다..즉 실린더에서 공기를 압축할때 거기다 바로 분사를 하는거죠..
GDI(Gasolin Direct Injection)
Mitsubishi - 미쓰비시의 기술의 핵심 GDI 엔진
오랫동안 적은 양의 가솔린으로 기존의 엔진과 동일한 출력을 낼 수 있는 엔진을 만드는 것은 전 세계의 모든 자동차회사들의 과제였는데 이것의 양산화에 최초로 성공한 것이 일본의 미쓰비시였다. 이 엔진의 이름은 GDI(Gasoline Direct Injection), 우리말로 표현하자면 가솔린 직접분사 엔진이다.
미쓰비시는 에너지 절약과 지구의 온실효과에 커다란 영향을 주고있는 이산화탄소의 배출량을 줄이는 방법 등, 계속해서 늘어나고 있는 환경 요구에 발맞추기 위한 노력으로 엔진의 효율을 극대화할 방법을 찾고 있었다. 효율적인 엔진의 설계와 디자인을 위해 미쓰비시는 많은 자금과 시간을 투자했고 이러한 엔진을 개발하려는 미쓰비시의 엔지니어들은 가솔린 직접분사 엔진에게 커다란 잠재력이 있다고 생각하였고 가솔린 직접분사 엔진을 사용하면 더 나은 출력과 연료 절약이 가능해질 것이라고 믿었다.
그렇지만 당시 어느 메이커에서도 양산 차량의 엔진 실린더 내부에 가솔린을 직접 분사하는 엔진을 설계 할 수 없었던 것이 사실이다. 하지만 미쓰비시는 많은 투자와 노력을 들인 결과로 꿈의 엔진인 GDI엔진을 상용화시켰다.
GDI 엔진은 현재 가장 많이 사용되고 있는 MPI(Multi Point Injection)방식의 엔진과 분사 방식에서 많은 차이를 가지고 있다. 연료가 각각의 흡입구 포트에 분사되는 MPI는 실린더에 들어가기 전에 공기와 연료가 혼합되기 때문에 연료 공급 반응과 소비 조절에 한계가 있다. 하지만 미쓰비시가 개발한 GDI엔진은 디젤 엔진처럼 가솔린을 실린더에 직접 분사하도록 함으로써 이러한 한계를 극복했고 상황에 맞는 연료분사 시기를 정밀하게 조정할 수 있게 되었다.
GDI 엔진의 특성은 초희박 혼합기의 공급, 연소가 가능하게되어 디젤 엔진보다 뛰어난 연료 효율을 발휘할 수 있고 효율적인 흡입구 구조로 인해 상대적으로 고압축비를 유지 할 수 있기 때문에 기존의 MPI 엔진을 능가하는 고성능과 응답성을 실현한 것이다. 이러한 특성을 지닌 GDI 엔진은 새로운 고효율 엔진을 제작하는 기초가 되었으며 계속하여 발전을 거듭하고 있다.
GDI엔진의 세부적 특성
미쓰비시의 GDI엔진은 연료의 저소비와 고출력을 동시에 만족시키고 있다. 표면상으로는 모순적인 얘기지만 이는 두 가지 연소 모드를 사용하므로 인해 가능해졌다. 바꿔 말하면 연료의 분사 시기가 엔진에 걸리는 부하에 따라 변화하는 것이다. 평균적인 도심 주행에 요구되는 부하 상태에서는 디젤 엔진처럼 압축 행정의 후반부에 연료가 분사된다. 그렇게 함으로써 이상적인 형태의 균일한 혼합기로 만들어지는 것이 가능해졌다. 고속 주행 상태에서의 연료 분사는 흡입 행정과 동시에 이루어진다. 이것은 기존의 MPI 엔진과 동질의 혼합기를 이용하여 더 높은 출력을 내는 것이 가능케 하는 것이다.
대개의 평상적인 주행 상태에서 120km까지 속도를 높이면 GDI엔진은 연료 소비를 줄이기 위해 초희박 연소 작동(린번)을 시작한다. 이 모드에서 연료 분사는 압축 행정의 후반에 이루어지고 점화는 혼합비가 30에서 40 사이일 때 일어난다.(EGR : 배기가스 재순환 장치를 사용할 때는 35에서 55) GDI 엔진이 더 높은 부하나 고속에서 작동 할 때에는 연료의 분사가 흡입 행정에서 이루어진다. 이것은 엔진 노킹의 가능성을 최소화하기 위해 차가운 혼합기를 만들어서 연소를 최적화 한다.
GDI 엔진에는 4가지의 기초 기술적 특성이 있다. 일반적인 엔진과는 달리 실린더와 거의 수직으로 연결된 흡입구는 실린더로 최적의 공기 흐름을 공급한다. 위쪽의 모양이 수저모양을 하고 있는 피스톤은 혼합기가 실린더 내에서 섞이는 방향을 조절하여 연소를 조절한다. 고압 연료 펌프는 실린더 안으로 가솔린을 직접분사 하기 위해 필요한 초고압을 발생시킨다. 그리고 고압 와류 인젝터는 연료 기화와 분무를 조절한다. 이러한 기초 기술들은 다른 여러 가지 첨단의 연료조절 기술들과 조합하여 디젤 엔진보다 더 적은 연료소비량으로도 기존의 MPI 엔진에 비해 더 높은 출력을 달성하게 했다.
그 방법들을 살펴보면 실린더내의 공기 유입은 기존의 엔진에서 사용하던 수평 흡입구와 달리 수직 흡입구를 사용하는데 이 새로운 방식의 흡입구는 최적의 연료 분사를 위해 공기의 흐름을 강하게 반대 방향으로 튀겨 내도록 방향을 바꿔주는 피스톤의 상부 곡선에 효과적으로 공기의 흐름을 내려보낸다.
새로이 개발된 고압 와류 인젝터는 각각의 엔진 작동 상황에 맞게 이상적인 연료의 스프레이 패턴을 만들어 낸다. 그리고 동시에 전체 연료 스프레이에 고도의 와류를 적용해 상대적으로 낮은 50kg/cm2라는 저연료압으로 GDI에 필수적인 충분한 연료의 분사를 가능케 했다. 그리고 연소실내에서는 피스톤의 상부곡선이 연소실내의 공기 흐름뿐만 아니라 혼합기의 형태도 조절한다. 압축 행정에서 나중에 분사되는 혼합기는 흩어지기 전에 점화 플러그 앞으로 운반된다. 레이저 방식을 포함한 미쓰비시의 실린더 내부 관찰 기술은 최적의 피스톤 형태를 결정짓는데 중요한 역할을 했다.
연료 소비면에서도 GDI 엔진은 절감 효과가 일반 엔진과는 눈에 띄게 차이가 난다. 공회전시에도 안정적인 연소를 유지하며 여기에 공회전 속도 세팅으로 다양한 융통성으로 기존의 MPI엔진과 비교하면 40%의 연료 절감 효과가 있다.
정속 주행시에는 동일 배기량의 엔진이라면 기존의 엔진보다 35%적게 연료를 소비하며 도심에서의 주행에서도 일본의 도심 주행 모드로 테스트했을 때 연료 소비량이 35% 정도가 줄어들었다.
연료를 절약하는 것만큼 중요한 것이 배기가스의 조절이다. 희박한 혼합기를 연소하기 위해 사용하던 기존의 방식들은 질소류의 배기 가스를 조절하기 힘들었다. 그렇지만 GDI 엔진은 새로이 개발된 희박 질소 촉매제의 사용뿐만 아니라 GDI엔진의 고유한 특성인 안정적인 연소에 의해 질소류 배기가스를 기존보다 97%가량 낮출 수 있었다.
연료를 적게 사용하고 배기 가스를 적게 배출하면서도 기존의 엔진보다 고출력을 유지 할수 있었던 이유는 새로운 공기 흡입 시스템이 있기에 가능했다. 고압비와 용적 효율의 결과인 이 시스템은 공기를 부드럽게 유입시키기 위한 수직 흡입구와 압축 행정의 후반부에 실린더에서 발생하는 연료의 기화는 더 나은 용적 효율을 위해 공기를 식히는 역할을 한다.
이렇게 실린더 내부에서 차가워진 공기는 노킹 발생을 줄이는 이득을 낳았고 이것은 희박 연소엔진임에도 12:1의 고압축비를 가능케 했으며 동시에 연소 효율도 향상 시켰다. GDI 엔진은 기존의 MPI엔진과 비교해 모든 속도 영역에서 출력과 토크가 10% 향상되었고 고출력을 요하는 고속 주행에서도 뛰어난 반응을 보여준다.
현재 미쓰비시는 최상위급 차종인 디아망테에서부터 RV와 샤륜구동 모델인 샤리오 그랑디스, 파제로 등에 이르기까지 3,000cc에서1,800cc까지의 GDI엔진을 거의 전차종에 걸쳐 탑재하고 있다.
* 참고로 우리나라에 최초로 장착된 GDI는 미쯔비시에서 개발한 초기의 에쿠스 4500cc 엔진입니다.(4500cc 엔진은 현대와 미쓰비시에서 공동 개발하였다.)
현재는 우리나라 실정에 GDI 엔진이 맞지 않아서 MPI(일반적으로 쓰는 분사방식)엔진으로 다시 바뀐 상태입니다.
(차량 사용자들의 인식부족으로 인한 잦은 고장으로 GDI를 포기함)
GDI 엔진에는 옥탄가가 높은 고급 휘발유를 써야합니다. 일본은 보통 고급휘발유(옥탄가 98)를 많이 쓰지만 우리나라 주유소에 판매되는 일반 휘발유는 그렇게 않기 때문에 문제가 많다고 합니다
CF>>TDI는 Turbo Diesel Intercooler의 약자