GDi가 궁금해?

 

자동차 후미 부분에 GDI라고 써져 있는 차 많이들 보셨을 겁니다.

 

출처:구글

 

GDI는 Gasoline Direct Injection의 줄임말인데요. 가솔린을 내연기관에 직접 분사하는 엔진입니다. 딱 이렇게 말하면, 무슨 느낌인지 모르시죠? 차. 알. 못 이어도 기름 넣고 달리기만 하면 되지 하는 분들이어도! 여기에서 포스팅하는 정보만 알아도, GDI 엔진이 어떤 놈인지 알게 될 거예요!

 

우선 4 행정기관에 대해서 알아야 하는데요!

 

4행정기관(흡입-압축-폭발-배기)출처:구글

피스톤은 저런 식으로 4 행정을 통해 움직이며 2번 위아래로 움직이면서 바퀴에 동력을 전달해주는 겁니다. 

 

초등학교 과학시간에 배웠을 거예요! 촛불에 불을 붙이려면, 필요한 공기와 열!

1번 흡입에서 공기를 들여오고,

2번 압축에서 공기를 압축

3번 폭발에서 불꽃을 점화하여, 
연소된 가스의 압력으로 피스톤을 밀어내고,

4번 배기에서 연소된 공기를 밖으로 빼내는 과정

 

이 4번의 과정을 1사이클이라고 합니다. 

 

이제 GDI가 무엇인지 볼까요? GDI를 설명할 때, 같이 비교가 되는 엔진이 MPI라는 방식의 엔진인데요.

MPI는 Muti Point Injection의 줄임말입니다. MPI를 보완해서 나온 방식이 GDI 거든요! 그렇다고 GDI가 MPI의 모든 것을 보완한 것이 아닙니다. 단점이 없는 게 아니라는 거죠! 

 

 

출처:구글

 

언뜻 보면 같은 사진처럼 보이지만, 인젝터의 위치가 다르죠? 움직이는 사진과 비교해보면 인젝터의 유무이고요. 그리고 이 인젝터의 위치와 분사방식 때문에 GDI와 MPI로 불리게 됩니다!GDI의 인젝터는 연소실에 직접 연료를 뿌려주기 때문에 직분사방식이라고 하고, MPI의 인젝터는 공기, 연료를 혼합하여 연소실안으로들어와 간접분사방식이라고도 합니다.

 

인젝터가 연소실안에 연료를 뿌릴 때 연소실안에 작은 소용돌이도 만들게 되며 적은 양의 연료로 미화(miss fire) 없이 
완전연소에 가깝게 되고요. 이로 인해 정확한 연료를 분사하여 MPI보단 높은 연비를 가지게 되죠. MPI 엔진은 GDI 엔진에 비해 80% 효율만 낸다고 생각하시면 됩니다.

 

연료를 직접 뿌리게 되면 흡기 온도가 기화열(우리가 몸에 물을 뿌리면, 몸의 온도를 뺏어가 차갑게 느껴지는 것처럼)에 
의해 낮아지게 됩니다. 그래서 기온이 떨어져 공기를 더 많이 집어넣을 수 있게 되고요.(공기도 압축되면 열이 발생합니다!) 더 많은 공기에 적절 한양의 연료를 분사하여 폭발시켜 노킹(점화로 폭발되기 전에폭발 행정을 일으키는 현상)으로 인한 손실도 없애고, 높은 출력을 뽑아내게 됩니다!

 

일반 엔진의 연료와 공기의 질량비가 14.7(연료) : 1(공기)였고,다음으로 나온 린번(lean burn) 엔진의 질량비가 22~23 : 1 였고, GDI의 질량비는 25~40 : 1 인데요. 더 많은 공기로 적은양의 연료를 연소시켜 불완전연소를 줄일 수 있게 되는 거예요!일산화탄소, 탄화수소 배출을 감소시켜 환경 도움에도 영향을 줍니다. 그리고 압축비가 높아져 터보차저를 추가해 성능을 높이기 우수하다고 합니다. 

 

이렇게 하면, 이론적으로는 가솔린 분사 타이밍, 
분사량의 정밀 제어가 가능하게 되어, 
연비, 출력, 환경에 도움이 되는 거죠!!

 

이렇게 좋은 엔진에 단점은 없을까요?가장 문제 되는 점은 흡입밸브에 카본이 쌓이는 건데요. 

 

카본찌꺼기 쌓인 흡입밸브(GDI) [출처:구글]

 

이유는, 배기순환장치:EGR(Exhaust Gas Recirculation)를 통해 들어오는 가스 때문입니다. 버스에서 나오는 검은 매연 보신적 있을 거예요!한국도 전기버스 천연가스버스로 대체된 지 오래되었습니다!환경을 생각하는 차원에서 다 이렇게 변하는 중입니다.

 

매연을 뿜는 버스 [출처:구글]

 

EGR은 경유(디젤) 차에서 광범위하게 쓰이던 건데요. 연소되어 나오는 배기가스를 그대로 밖으로 내보내지 않고, EGR을 통해 걸러진 일부분을 다시 흡입밸브 쪽으로 돌아가게 하는 겁니다. 유럽연합이 최근에 정한 유로6 라는 규제를 충족하지 못하면, 전 세계에서 자동차를 판매할 수 없게 됩니다. 법이거든요. 그래서 친환경적인 차(전기차, 수소 전기차 등)가 많이 나오게 되는 거고요. 배기가스에서 나오는 미세먼지와 질소산화물을 유로 6 규제에 맞게 줄여야 하는 겁니다.

 

GDI의 엔진은 연료가 연소되어 배출되는 과정에서 10%는 다시 흡입하여 사용되는데, 아무래도 EGR을 통해서 다시 들어온다고 해도, 순수하고 깨끗한 산소만이 들어오진 않겠죠? 이 재순환되는 가스가 흡기 밸브 위쪽에 까맣게 카본을 남기게 되는 거죠.MPI 엔진은 흡입밸브 전에 연료가 분사되는 거 사진에서 보셨죠? 그래서 씻겨 내려간다(?)라고 표현해야 될지 모르겠지만, 그 덕분에 카본이 쌓이지가 않습니다.이걸 청소 안 하면 어떻게 될까요? 연비는 떨어지고, 출력도 떨어지고, 나중엔 엔진에도 무리가 되겠죠? 불이 나는 경우도 있다고 합니다!

 

그리고 고압력이 요구됨으로써 소음과 진동이 MPI보다 더 커지는 것이 단점이라고 볼 수 있겠습니다. 디젤만큼의 소음은 아니에요!

 

 

이런 단점을 보완하기 위해 GDI 자동차의 오너로서 해야 할 일은!!

 

고급휘발유!

즉, 옥탄가가 높은 휘발유를 사용해야 하는 것!! GDI 엔진을 주로 쓰는 고급 브랜드 회사(벤츠, bmw, 아우디, 렉서스 등)는 고급휘발유를 넣으라는 문구가 주유구 앞에 적혀 있습니다. 그리고 제가 좋아하는 제네시스도 GDI 엔진이죠! 고급 휘발유라기보다 높은 옥탄가의 가솔린을 필요로 하는 건데요. 판매되는 이름이 고급휘발유라고 표기되는 겁니다.이유는, 노킹현상을 줄이기 위함도 맞고요. 폭발 열효율을 높이기 위함도 맞는 것 같네요! 근데 주변에 많을 거예요!내 차는 1년 동안 일반유만 넣어도 잘 돌아다니던데?하지만, 고성능 고출력을 발휘하는 엔진을 정확하게 작동하기 위해서 고급휘발유를 넣는 것을 권합니다.주유소에서 고급휘발유와 일반 휘발유를분리해서 주유해주는 거 보신 적 있죠?또한 엔진오일 교체시기를 지켜주는 것도 중요하고요! 카센터 아저씨들이 바가지 씌우려고교체하라고 하는 게 아닐 수도 있어요! 뭐.. 그럴 수도 있겠지만 GDI 엔진에게는 필요한 걸 수도 있습니다.그리고 저 흡입밸브도 정기적으로 청소해주는 것도 좋고요!MPI 엔진에 비해 손이 많이 가고, 관리도 잘해줘야 하고, 돈도 많이 들게 생겼죠? 하지만 이렇게 해줘야 엔진이 건강하게 작동할 수 있는 겁니다.

 

근데 왜! 이렇게 값비싼 GDI를 고집할까요? GDI를 개발한 역사만 해도 수십 년이 지났고, 연구하다가 포기한 회사도 많고요.제 생각에는 아무래도 ‘연비가 좋으면 차가 좋다'라는 평이 대중화되서 이지 않을까 생각해봅니다. 

 

벤츠의 CGI, 폭스바겐의 FSI, 도요타의 D-4 엔진들도 다 GDI 엔진인데요!최근에 나오는 엔진들은GDI와 MPI의 장점을 혼합하여 만들어서 출시를 했습니다.현대기아차도 최근에 나온 스마트스트림이라는 엔진 방식을 자체적인 기술로 개발했는데요.기아자동차의 2020 K7(2세대)이 이 엔진을 장착했고요. 

저속일 땐 소음이 적고, 연료 효율성이 좋은 MPI방식으로 구동을 하다가, 고속일 땐 출력이 좋은 GDI 방식으로 구동을 바꾸는 거죠. 상황에 따라 두 가지 연료분사방식을 택해 작동하게 됩니다. 하지만, GDI 엔진도 처음에 나올 땐,엔진의 무게도 줄이고(다운사이징), 연비 향상에 도움을 주는 획기적인 엔진이라고 발표를 했었는데요. 완벽한 물건은 없겠죠? 제가 보기엔 엔진의 값이 만만치 않을 것 같네요! 그럼 정비하는데도 비싸겠죠?? 시간이 지나서 평가가 될 것 같네요!

 

마지막으로 다른 회사들이GDI 엔진을 표기하는 방식은요!!

 

벤츠(Mercedez-benz) - 
CGI(Charged Gasoline Injection)

폭스바겐(아우디) - 
FSI(Fuel Stratified Injection)

도요타(toyota) - D-4

포르쉐(porsche) - DFI(Direct Fuel Injection)

등등이고요. 현대, 제네시스는 GDi를 그대로 사용합니다. 보통 표기를 하지 않아도, 
여러 회사들이 거의 GDI를 사용할 정도입니다!!😁