GDI 엔진의 장단점과 관리방법

 

GDI엔진은 Gasoline Direct Injection 약어로 가솔린 직분사 엔진을 말합니다. 이전의 가솔린 엔진은 연료인 가솔린과 공기를 혼합하여 실린더 내로 넣고, 점화-폭발로 동력을 얻습니다.

 

이렇게 혼합하기 때문에 공기만 압축하여 효율을 높이기 어려웠습니다. 그러나 GDI 엔진이 개발되면서 공기의 압력을 높게 압축할 수 있고 이로 인해서 연료의 효율을 높일 수 있습니다.

 

오늘은 최근에 대부분의 엔진에 적용하고 있는 GDI 엔진에 대해서 알아보겠습니다.

세타2 GDI엔진(출처:현대차)

GDI엔진 관리방법 알아보기

 

 

1. GDI 엔진

 

자동차 GDI은 영문 풀 네임으로 Gasoline Direct Injection입니다. 우리말로는 가솔린직분사 엔진입니다. 연료인 가솔린을 공기와 혼합하여 연소실에 넣는 것이 아니라, 먼저 공기만 넣고 피스톤 압축 시에 직접 분사하는 방식의 엔진입니다.

 

일찍부터 경유를 사용하는 디젤엔진은 직분사 시스템을 사용하고 있었지만 가솔린을 연료로 사용하고 있는 가솔린 엔진은 가솔린의 발화점이 낮아서 직분사 엔진의 개발이 쉽지 않았습니다. 그러나 소비자의 요구와 사회적인 요구가 연비 개선에 초점이 맞추어있어서, 연료의 효율이 높은 가솔린 직분사 엔진이 개발된 것입니다.

 

가솔린 직분사 엔진은 연비와 출력이 개선되는 장점이 있지만 촉매 컨버터와 흡기 밸브에 카본이 쌓이는 단점이 있습니다.

 

 

1) GDI 엔진의 장단점

 

가장큰 장점은 연료를 정확한 타이밍에 분사하여 연비와 출력을 높힙니다. 터보차저기술과 함께 사용하면 더욱 효과가 돋보입니다.

 

최근에 대부분의 엔진은 터보차저 GDI 엔진으로 개발되고 있습니다.  널리 보급되는 이유는 최근에 친환경에 대한 관심이 높아서, 전기차 전에 좋은 솔루션이 될 수 있습니다. 그래서 대부분의 하이브리드 자동차 엔진으로 많이 채용되고 있습니다. 

 

단점은 엔진 내부가 너무 뜨겁고 복잡하여 쉽게 오염이 발생합니다. 촉매 컨버터와 흡기 밸브에 카본이 쌓이는 문제가 있습니다.

 

카본이 많이 쌓인 상태로 오랫동안 운행하면 흡기 부분의 효율이 떨어져 출력이 저하될 수 있습니다. 그래서 GDI 엔진은 주기적으로 흡기 관련 부품의 청소가 필요합니다.

GDI엔진 관리방법

 

2) GDI 엔진의 개발과 역사

GDI 엔진은 연비를  높이고 환경오염을 줄이기 위해서 개발되었습니다. 당연히 소비자의 연비향상에 대한 요구가 높았습니다. GDI 엔진의 이론은 약 100년 전인 1925년에 처음 제안되었습니다. 그러나 상용화된 것은 1996년 일본의 미쓰비시에서 처음으로 성공했습니다.

 

2000년대 초반부터 유럽과 미국의 자동차 제조사들이 GDI 엔진을 도입하기 시작하였습니다. GDI 엔진은 단점보다는 장점이 돋보이는 엔진입니다.  2009년 국내에서는 현대자동차가 누우 2.4 GDI 엔진으로 독자 개발하고 소나타에 적용하였습니다.

 

이를 계기로 2010년에는 타우 5.0 GDI 엔진을 독자 개발하였고, 제네시스에 적용하였습니다. 이는 국내 최초의 8기통 가솔린 직접 분사 엔진으로 세계 최고 수준의 성능을 보였습니다. 특히 600 bar 엔진제어시스템은 기존의 350 bar 시스템 대비 응답성과 연료분사 제어 최적화로 연비와 배기가스 저감 효과를 극대화하였습니다.

 

 

2. 작동 원리

 

운전자가 시동을 걸면 고압 펌프는 연료를 고압으로 밀어줍니다. 연료는 레일을 타고 인젝터까지 이동합니다. 인젝터에서 정확한 타이밍에 고압으로 실린더 안으로 연료를 분사됩니다. GDI엔진은 연료를 실린더에 직접 분사하기 때문에 정확한 분사 시점과 폭발 행정이 이뤄집니다.

 

GDI엔진관리방법

 

이에 따라 연비와 출력이 개선되는 효과가 있습니다. 가장 핵심적인 기능은 기체와 혼합하여 넣는 것보다 작은 연료의 량으로 동일한 출력을 만들 수 있습니다. 그것은 분사하면서 자연적으로 효율을 높이기 때문입니다. 그리고 공기만 압축하기 때문에 공기를 압축량을 높일 수 있습니다.

 

이는 터보차저 기술과 함께 사용하면 더욱 효과적인 이유입니다. 일반적인 가솔린 엔진의 경우 공기에 연료가 혼합되어 있기 때문에 압축을 높이면 발화하여 폭발하기 때문에 그렇게 할 수 없었습니다. 그러나 직분사 엔진은 공기의 압축비를 높힐 수 있기 때문에 연료의 효율이 올릴 수 있습니다.

 

 

3. 관리 방법

 

GDI엔진은 효율이 좋지만 주기적인 관리가 필요합니다. 흡기 부분에 분진이나 카본이 많이 쌓이기 때문에 흡기클리닉을 3~5만 km 사이에 필요합니다. 그리고 엔진오일을 주기적으로 교환해야 합니다. 가능하면 교환 시기를 당기는 것을 추천합니다. 엔진오일 첨가제를 사용하면 좋습니다.

GDI엔진 흡기밸브 클리닉

GDI엔진 연료 첨가제

 

##노킹현상

노킹이란 점화 시기가 빠르거나 연료 문제와 엔진 속 카본 이물질 때문에 피스톤과 실린더 벽 사이에 고온 고압의 가스가 폭발하는 현상입니다. 노킹은 점화시기가 많지 않기 때문에 폭발로 인해서 엔진에 추가적인 파워를 공급해야 하지만 노킹이 발생하면 타이밍이 맞지 않아서 오히려 출력이 저하됩니다.

 

이렇게 노킹현상을 방지하기 위해서는 각 해당되는 부품의 주기적인 관리와 청소가 필수적입니다.  엔진의 성능을 저하하고 오염물질을 배출하며 심할 경우 엔진 파손의 원인이 됩니다. 노킹을 예방하거나 해결하는 방법은 다음과 같습니다. Sn+ 혹은 Dexos1 Gen2 등급의 엔진오일을 사용합니다. 가능하면 높은 RPM으로 주행합니다. 엔진 과열하지 않도록 합니다. 주기적으로 실린더 내 불순물을 제거합니다.

 

 

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