자동차 엔진의 주요 구성 알아보기 6-1 흡배기 시스템, 흡기 장치

엔진을 구동하기 위해서는 마치 사람이 호흡하는 것처럼 공기가 순환해야 합니다. 이 공기의 순환을 조절하는 장치가 바로 흡배기 시스템입니다. 초창기의 흡배기 시스템은 단순히 공기가 통과하는 흡입구 정도로 매우 단순했으나 엔진에 연료 분사 및 ECU 제어 등의 기술이 도입되면서 흡배기 역시 시스템으로 발전하여 기능과 성능이 추가 되었습니다. 이번 포스팅에서는 이 흡배기 시스템에 대해 알아보겠습니다.

흡기 시스템이란?

흡기 시스템은 엔진의 동력원인 ‘혼합기’를 만들기 위해서 대기중의 공기를 엔진으로 유입 시키는 장치입니다. 흡기 행정 시 필요한 공기를 적절하게 공급하고 이 공기를 일정한 수준으로 유지시켜 엔진의 효율을 높이며 흡기 시 이물질을 제거하여 깨끗한 공기를 만들어 엔진의 고장을 방지하죠.

흡기 시스템은 흡기구를 통해 외부 공기를 흡입하고 에어 필터에서 이물질을 제거 한 뒤 스로틀 밸브에서 유입되는 공기량을 조절합니다. 이 공기는 다시 흡기 매니폴드에서 적절하게 분배되어 각 실린더헤드에 있는 흡입 포트로 적절하게 분배되어 인젝터가 분사하는 연료와 섞여 혼합기로 만들어집니다. 그리고 각 실린더로 들어가 엔진의 연료 역할을 하게 됩니다.

또한 흡기 시스템은 공기가 순환하는 소음은 차량 내 탑승자에게 불쾌한 감정을 줄 수 있기 때문에 흡입되는 공기의 소음을 조절하는 역할도 하고 있습니다. 흡기 장치의 중간 또는 에어 필터의 앞뒤에 일정 공간을 가진 챔버가 장착되어 공기가 흐를때 발생하는 진동 주파수를 사람이 듣기에도 괜찮은 소리로 조절을 하죠.

흡기 시스템의 구성 요소

엔진에 따라 다르지만 일반적인 흡기 시스템은 에어 필터, 공기 유량계 또는 센서, 흡기 매니폴드, 스로틀 바디 등으로 구성됩니다.

에어 필터 (Air filter)

에어 필터는 흡기구를 통해 들어온 공기의 이물질을 제거하고, 공기 유입 속도를 일정하게 조정하여 실린더와 공기와의 연료의 혼합비를 맞추는 역할을 합니다.
먼지나 매연, 카본 등의 이물질을 제거하여 부품의 마모 및 고장을 방지하고 혼합기의 효율을 높이며, 외부 공기가 엔진에 너무 과도한 속도로 흡입되는 것을 막아 혼합비를 맞추는 것이죠. 에어 필터는 엔진에서 정기적으로 관리가 필요한 부품 중의 하나이며 보통 2~3만 km마다 교체를 해주는 것이 좋습니다. (세척식의 경우 재사용 가능)

흡입 시스템 센서 Intake sensor

에어 유량계 또는 센서는 에어 필터를 통해 유입되는 공기의 속도를 측정하여 엔진 ECU에 보내는 역할을 합니다. ECU에서는 이 데이터를 기반으로 연료 분사, 흡배기량 등을 연산하여 엔진을 제어하죠. 공기 유량은 대기 온도 및 압력과 같은 환경적 요인에 따라 항상 바뀌기 때문에 센서를 통해 실시간으로 정보를 읽어 최적의 값을 연산하여 엔진이 효율적으로 작동 할 수 있도록 합니다.

스로틀 바디 (throttle body)

스로틀 바디는 센서와 흡기 매니폴드 사이에 위치하고 있으며 자동차의 속도에 따라 엔진으로 유입되는 공기량을 조절해 주는 장치입니다.운전자가 엑셀을 밟을수록 스로틀 바디 내 밸브가 비례해서 열려 더 많은 공기를 엔진으로 흡입하고, 스로틀 바디가 넓을수록 인젝터가 더 많은 연료를 분사하게 됩니다. 페달 밟기 뿐만아니라 ECU에 의해 주행 상황까지 반영하여 흡입량을 조절하기도 합니다.

흡기 매니폴드 (Intake manifold)

흡기 매니폴드는 흡기된 공기를 각 실린더마다 균등하게 유입될 수 있도록 공기를 배분하는 장치입니다. 일반적으로 스로틀 바디와 실린더 헤드 사이에 위치하며 흡기 매니폴드는 플레넘과 개별 실린더 헤드에 연결되어 혼합기를 전달하는 러너의 두 부분으로 이루어져 있으며, 실린더 수에 따라 형태가 달라집니다. 기본적으로 공기 배분 시 압력 손실이 없어야 하며, 균등하게 공기를 분배 할 수 있어야 하죠. 현대에는 유입되는 공기의 밀도, 산소량 등을 측정하는 센서가 부착되어 보다 스마트하게 공기의 흐름을 제어하기도 합니다.

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