가솔린 직접 분사 엔진의 촉매 가열 로직 document_id A220623024773

일반적으로 가솔린 엔진은 연료와 공기의 흡입방법에 따라 카뷰레터(carburetor) 엔진, MPI(Multi Point Injection) 엔진 및 가솔린 직접 분사(Gasoline Direct Injection, 이하 'GDI'라 함) 엔진으로 나눌 수 있다. 카뷰레터 엔진은 연료와 연결된 노즐의 끝에 기화기가 결합된 엔진으로서, 흡기행정 때 일시적으로 진공이 되는 실린더 내부로 공기가 급하게 빨려 들어가면 기압이 낮아져 기화기를 통해 연료가 분무되는 엔진이다. 이러한 엔진은 효율이 떨어짐은 물론 유해한 배기가스도 많이 배출되므로, 엔진에 대한 전자제어기술이 발달하면서 현재는 거의 사용되지 않는다. MPI 엔진은 기본적으로 엔진의 외부에 분사기(Injector)가 있는 엔진으로서, 각각의 흡입구 포트에 달린 이 분사기가 컴퓨터로 제어되며 엔진자체의 온도를 비롯한 엔진의 상태와 운전자의 의도, 즉 가속 페달을 밟는 힘의 세기 등을 고려하여 가솔린의 양을 결정해서 실린더 안으로 분사하는 엔진이다. 즉, MPI 엔진은 현재 가장 많이 사용되고 있는 엔진으로서, 카뷰레터 엔진의 경우 겨울철에 엔진이 얼어 있을 때 시동을 걸고 10분 정도 엔진을 가열할 필요가 있었으나, MPI 엔진의 경우 거의 곧바로 출발해도 엔진에 무리가 없다. 그러나 MPI 엔진은 실린더에 들어가기 전에 연료와 공기가 혼합되기 때문에 연료공급반응과 소비조절에 한계가 있다. GDI 엔진은 공기의 흡입에 맞추어 컴퓨터로 제어되는 노즐을 통해 연료분사량 및 연료분사시기를 정밀하여 조정하여 직접 가솔린을 분사하는 방식의 엔진으로서, 매우 희박한 혼합기를 공급하여 연소가 가능하게 함으로써 MPI 엔진보다 뛰어난 연료효율을 발휘할 수 있고, 효율적인 흡입구 구조로 인해 상대적으로 고압축비를 유지할 수 있기 때문에 MPI 엔진을 능가하는 고성능과 응답성을 얻을 수 있는 엔진이다. 즉, GDI 엔진은 연료의 저소비와 고출력을 동시에 만족시키는 차세대 엔진으 로 각광받고 있다. 한편, GDI 엔진은 초기 시동후 약 20초 동안 촉매 온도가 낮아서 정화효율이 매우 낮으며, 이와 같이 낮은 온도의 촉매에서는 배기를 효과적으로 정화할 수 없어, 20초 이내에 대부분의 배기가 배출된다. 이와 같은 문제점을 해소하기 위해 초기 시동 후 약 20초 동안 촉매를 가열기를 사용하여 가열함으로써 촉매의 정화효율을 증대시킬 수 있어 배기의 배출을 크게 감소시킬 수 있다. 더욱이 종래기술에 따른 GDI 엔진은 20초 동안 촉매를 가열할 경우 인테이크 매니폴드(Intake Manifold) 내의 압력을 PFI(Port Fuel Injection) 엔진보다 더 상승시킬 수 있다는 장점을 가진다. 그러나 종래기술에 따른 GDI 엔진은 인테이크 매니폴드의 압력이 과도하게 상승할 경우(변속기어 'D'단에서 대기압과 같아질 경우) 브레이크 부압(대기압-인테이크 매니폴드 내 압력)이 사라지는 문제점이 있었으며, 그에 따라 브레이크가 작동되지 못하는 문제점이 있었다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 인테이크 매니폴드 내의 압력이 과도하게 상승할 경우 브레이크 부압을 증대시키기 위한 부압펌프가 추가로 장착되고 있지만, 상기 부압펌프 장착에 따른 비용이 추가로 발생하는 문제점이 있었다.