[EMS 알아가기] 2- 내 차에 사용된 흡기 기술 알아보기

지난번 EMS(Engine Management System)의 후처리 부분에 이어서, 이번 글에서는 흡배기 제어 기술의 일부인 흡기에 필요한 기술에 대해 정리해 보겠습니다.  

[표.1]

 

□ 외부공기는 어떻게 엔진으로 전달되는가?

효율적인 흡기를 통해 엔진은 최적의 출력을 발휘하고 유해 배기가스의 배출을 저감 할 수 있습니다. 그럼 외부 공기가 일반적으로 어떻게 유입되는지를 먼저 생각해 볼 필요가 있겠습니다. 

 

출처: 등록특허 10-0623646

자동차 전면(그릴)을 통과한 외부공기는 위 그림과 같이 에어클리너를 통과하여 이물질을 걸러내고, 터보차저에서 압축되어집니다. 압축된 고온고압의 공기는 밀도를 높이기 위해 인터쿨러를 거쳐 냉각되어 지고 흡기매니폴드를 통해 엔진으로 전달 됩니다. 

 

 

1. 이물질을 제거하는 에어클리너

공기중에 많은 이물질이 존재하며 이러한 이물질은 에어크리너(에어필터)에서 제거됩니다. 에어크리너가 제대로 작동되지 않을 시에는 불순물이 유입되어 엔진 연소 효율을 떨어뜨리거나, 엔진의 수명을 단축 시킬 수 있습니다. 

 

2. 터보차저(과급기)

연료를 더욱 효율적으로 연소하기 위해서는 많은 공기가 필요하게 되는데, 대기중의 공기를 원활히 과급하기 위해 필요한 장치가 터보차저입니다. 터보차저는 배기 압력을 이용하여 터빈을 돌리고 그 에너지로 과급기를 돌려 외부 공기를 압축시키는 방식입니다. 터보차저 터빈은 고속으로 회전하고 800~1000℃에 이르기에 강한 내구성이 요구됩니다. 터보차저를 지나 압축된 공기는 고온이기 때문에 인터쿨러를 통한 냉각이 필요합니다. 

 

터보차저를 이용하면 낮은 배기량으로 보다 높은 출력과 토크의 성능을 구현할 수 있기 때문에 최근 추세인 엔진 다운사이징에서 중요한 역할을 하고 있으며, 배기량 기준으로 자동차 세금을 과세 하고 있는 우리나라에서 더욱 가치를 발휘하고 있습니다. 단, 터보차저, 인터쿨러 등의 부가적인 부품이 필요하기에 차량 원가가 높아지고 터보차저의 윤활과 냉각시 엔진오일이 사용되기 때문에 엔진오일 교체 주기가 짧다는 단점이 있습니다. 

 

3. 인터쿨러

 

인터쿨러는 냉각수를 온도를 낮춰주는 라디에이터와 유사하게 작동합니다. 라디에이터에서 액체상태의 냉각수의 온도를 떨어뜨렸다면, 인터쿨러에서는 터보차저에서 전달된 고온 압축공기의 온도를 떨어뜨립니다. 과급 공기가 인터쿨러로 유입되어 외부공기(공냉식) 혹은 냉각수(수냉식)와 열교환 함으로써 온도가 낮아지게 됩니다. 

 

 

4. 흡기매니폴드 

흡기매니폴드는 하나의 흡기 입구서 받은 공기를 여러개의 출구를 통해 실린더로 전달하는 역할을 하고 있습니다. 흡기매니폴드는 흡입된 공기가 각 실린더에 가급적 균등하게 배분될 수 있도록 설계되는 것이 중요합니다.

 

엔진이 동작할 때 흡기매니폴드에 마이너스 압력이 걸리게 되고 자연흡기 엔진의 경우 이로인해 매니폴드 간의 공기의 간섭이 많이 발생합니다. 따라서 적당한 체적을 가지는 서지탱크를 흡기매니폴드 전단에 두고 공기 흐름의 간섭을 최소화 시킵니다.