1. LPG 엔진의 일반 특성

경제성이 좋고 대기 오염이 적으며 위생적이다. 연소 효율이 좋으며 엔진이 정숙하고, 증기압을 이용하므로 연료 펌프가 필요 없다. 유황분이 적어 연소 후 각 부품에 손상이 적으며, 엔진 오일의 수명이 길다. 또한 퍼컬레이션이나 베이퍼록 현상이 없고 점화플러그의 수명이 길다. 트렁크 사용 공간이 협소하고 겨울철 시동이 곤란하다(기체연료 사용). 연료의 취급과 공급 절차가 복잡하며 가솔린에 비하여 출력이 떨어진다.

2. LPG 엔진의 장점 및 단점

2.1. LPG 엔진의 장점

① 연소 효율이 좋으며, 엔진이 정숙하다.

② 경제성이 좋다.

③ 기관 오일의 수명이 길다.

④ 대기 오염이 적고 위생적이다.

⑤ 퍼컬레이션이나 베이퍼 록 현상이 없다.

⑥ 연소실에 카본의 부착이 없어 점화 플러그의 수명이 길다.

⑦ 황 성분이 적어 연소 후 배기 가스에 의한 금속의 부식 및 배기관, 머플러의 손상이 적다.

2.2. LPG 엔진의 단점

① 겨울철 엔진의 시동이 어렵다.

② 베이퍼라이저내의 타르나 고무와 같은 물질을 수시로 배출해야 한다.

③ 연료의 취급과 절차가 번거롭다.

④ 장기간 정차 후 엔진 시동이 어렵다.

3. LPG 엔진의 개요

LPG기관의 연료계통은 봄베(bombe : 연료탱크)에서 액체 LPG로 나와 여과기에서 여과된 후 솔레노이드 밸브(solenoid valve)를 거쳐 베이퍼라이저(vaporizer)로 들어간다. 여기서 압력이 감소된 후 기체 LPG로 되어 가스 믹서(mixer)에서 공기와 혼합되어 실린더 내로 들어간다. LPG는 원유를 정제할 때 나오는 부산물 중의 하나이며, 주성분은 프로판이 47~50%, 부탄 36~42%, 오리핀이 8%정도이며 저위 발열량은 12,000kcal/kgf이다.

LPG는 냉각이나 가압에 의해 쉽게 액화하고 반대로 가압이나 감압에 의해 기화하는 성질이 있다. 또 기화된 LPG는 공기의 약 1.5～2.0배 정도 무겁다. 순수한 LPG는 색깔과 냄새가 없으며 많은 양을 유입하면 마취되는 수가 있다. 자동차용 연료로 사용되는 LPG는 가스 누출의 위험을 방지하기 위하여 착취제(유기황, 질소, 산소화합물 등)를 첨가하여 특이한 냄새가 나도록 하고 있다. 최근에 사용하는 LPG는 겨울철에는 기관의 시동성능을 향상시키기 위해 프로판 30%와 부탄 70%의 혼합가스를, 여름철에는 출력을 향상시키기 위하여 부탄 100%인 가스를 사용한다.

LPG 엔진 계통도

4. LPG 엔진의 연료 계통

4.1. LPG 봄베(LPG Bombe)

LPG를 보관할 수 있는 고압용기이다. 봄베는 충전 밸브(녹색), 기체 송출 밸브(황색), 액체 송출밸브(적색) 등 3가지의 밸브와 충전량 지시 장치인 액면 표시계와 플로트 게이지가 있다. 충전량은 안전을 위하여 봄베 용량의 85%까지만 충전하도록 한다.

LPG 봄베

(1) 긴급 차단 밸브

주행 중 돌발 사고로 엔진이 정지하면 연료를 차단하여 화재 위험을 방지한다. (엔진룸의 액·기상 솔레노이드 밸브와 병렬로 연결)

(2) 과충전 방지 밸브(안전밸브)

연료 주입시 85%가 충전되면 연료의 유입을 차단한다. (봄베내의 압력이 24kgf/㎠ 이상되면 연료를 방출시키고, 16kgf/㎠ 정도로 저하되면 다시 닫혀 봄베내의 압력을 일정하게 유지시킨다.)

4.2. 솔레노이드 밸브(Solenoid Valve)

엔진의 온도(15℃)에 따라서 액체나 기체 상태의 연료를 공급 또는 차단하며, 전기적인 신호로 제어되는 일종의 전자석이다. LPG 여과기는 솔레노이드 밸브 아래에 장착되어 연료내의 불순물을 제거한다.

LPG 솔레노이드 밸브와 필터

4.3. 베이퍼라이저(Vaporizer)

액체를 기체로 변환하여 믹서로 공급하는 역할을 한다. 베이퍼라이저의 LPG는 액체에서 기체로 바뀔 때 주위에서 열을 빼앗아(증발 잠열) 온도가 낮아지기 때문에 베이퍼라이저의 밸브를 동결시켜 엔진을 정지시킬 수 있다. 이를 방지하기 위해서 베이퍼라이저에는 냉각수 통로를 설치하여 냉각수의 순환으로 열을 공급시키고 봄베에 있는 높은 압력의 가스를 감압시켜 주도록 되어 있다.

베이퍼라이저

(1) 1차실의 기능

고압의 LPG는 배출량이 커 공연비가 농후함으로 1차 압력 조정 기구를 통해 0.3kgf/㎠으로 압력을 낮추고 있다. 1차실에는 1차실의 압력을 0.3kgf/㎠으로 일정하게 유지시키기 위한 밸런스 다이어프램과 밸런스 로드가 있으며 밸런스 다이어프램의 압력 상승 시 밸런스 로드를 통해 1차 레버를 올려주면 1차 밸브는 닫히는 방향으로 작동하여 LPG 통로를 좁혀준다.

(2) 2차실의 기능

1차실에서 낮아진 LPG의 압력을 2차 밸브와 밸브 시트 사이에서 2차실로 유입시켜 대기 압력으로 낮추는 작용을 하며, 엔진 가동 시 진공에 의해 2차 다이어프램과 2차 밸브 레버가 상승하여 2차 밸브를 열어 LPG 가스가 유입된다.

4.4. LPG 믹서(Mixer)

공기와 가스를 혼합시켜 주는 장치로서 전기 장치나 에어컨 등을 사용하여 엔진부하가 증가하면 이를 보상해주는 장치도 같이 장착된다.

믹서