고압연료펌프의 플런저 표면 코팅(DLC·TiN) 방식 차이가 고압 유지력에 미치는 영향

고압연료펌프는 직분사(GDI) 엔진과 최신 고효율 내연기관에서 연료를 수백 bar 이상의 압력으로 유지·공급하는 핵심 부품이다.
이 과정에서 펌프 내부 플런저(plunger)의 표면 상태는 고압 형성 능력과 압력 유지 안정성을 결정짓는 주요 요소로 작용한다.
최근에는 플런저 마찰과 마모를 줄이기 위해 **DLC(Diamond Like Carbon)**와 TiN(Titanium Nitride) 코팅이 주로 적용되고 있으며, 두 코팅 방식의 차이가 실제 고압 유지력에 서로 다른 영향을 준다는 분석이 이어지고 있다.

고압연료펌프와 플런저의 역할
플런저 표면 코팅이 필요한 이유
DLC 코팅과 TiN 코팅의 특성 차이
코팅 방식 차이에 따른 고압 유지력 변화
내구 및 장기 운용 관점에서의 영향

고압연료펌프와 플런저의 역할

고압연료펌프는 캠샤프트 또는 별도 구동 메커니즘에 의해 플런저를 왕복 운동시켜 연료를 압축한다.
플런저가 실린더 내부에서 상하로 움직이면서 연료를 압축·토출하는 구조이기 때문에,
플런저와 실린더 벽면 사이의 마찰 특성, 밀봉 상태, 표면 거칠기는 곧 고압 형성 효율로 이어진다.
플런저 표면이 손상되거나 마찰이 커질 경우, 고압 누설이 발생해 목표 압력을 유지하지 못하는 문제가 나타난다.

플런저 표면 코팅이 필요한 이유

고압연료펌프 플런저는 다음과 같은 극한 조건에서 작동한다.

반복적인 고속 왕복 운동
연료 윤활에만 의존하는 경계 윤활 환경
수백 bar 이상의 국부 접촉 압력
고온·고압 연료에 의한 화학적 스트레스

이러한 조건에서는 무코팅 금속 플런저가 빠르게 마모되기 때문에,
마찰 저감과 내마모성 확보를 위해 표면 코팅이 필수적으로 적용된다.
이때 선택되는 대표적인 방식이 DLC와 TiN 코팅이다.

DLC 코팅과 TiN 코팅의 특성 차이

두 코팅은 물리적 특성과 작동 특성에서 뚜렷한 차이를 보인다.

DLC 코팅의 특징

매우 낮은 마찰계수
경계 윤활 조건에서도 마찰 안정성 우수
연료 윤활 환경에 유리
표면이 매끄러워 초기 밀봉 성능 우수

TiN 코팅의 특징

높은 경도와 우수한 내마모성
금속성 특성으로 하중 분산 능력 우수
고온 환경에서 안정성 양호
상대적으로 마찰계수는 DLC보다 높음

이러한 차이는 플런저와 실린더 사이에서 발생하는 미세 누설과 마찰 손실에 직접적인 영향을 준다.

코팅 방식 차이에 따른 고압 유지력 변화

플런저 코팅 방식에 따른 고압 유지력 차이는 다음과 같은 메커니즘으로 나타난다.

DLC 코팅 적용 시
플런저 표면 마찰이 매우 낮아 초기 구동 시 마찰 손실이 적다.
이로 인해 플런저 왕복 운동이 부드럽게 이루어지고,
실린더 벽면과의 밀착성이 높아 고압 누설이 줄어드는 경향을 보인다.
특히 저회전·부분 부하 영역에서 목표 연료압을 안정적으로 유지하는 데 유리하다.

TiN 코팅 적용 시
플런저 표면 경도가 높아 마모에 강하고,
고부하·고회전 조건에서도 표면 손상이 적다.
다만 마찰계수가 상대적으로 높아 초기 미세 누설 억제력은 DLC보다 낮게 나타나는 경우가 있다.
대신 장시간 고압 운전 조건에서는 플런저 형상 유지력이 뛰어나 압력 저하 속도가 완만하다.

즉,

초기 고압 형성 및 저압 누설 억제에서는 DLC 코팅이 유리하고
장기 고부하·내구 관점의 압력 유지에서는 TiN 코팅이 강점을 가진다.

내구 및 장기 운용 관점에서의 영향

장기 운행 데이터를 기준으로 보면, 코팅 방식에 따라 고압 유지력 저하 패턴이 다르게 나타난다.

DLC 코팅 플런저는

초기 고압 유지 성능이 우수
연료 윤활 환경 변화에 민감
코팅 손상 시 압력 저하가 비교적 급격하게 나타나는 경향

TiN 코팅 플런저는

초기 고압 응답은 다소 완만
마모 진행 속도가 느림
고압 유지력 저하가 장기간에 걸쳐 서서히 진행

이로 인해 최근에는 단일 코팅이 아닌,
DLC와 TiN의 장점을 결합한 복합 코팅이나,
작동 조건에 따라 코팅 사양을 차별화하는 전략도 함께 검토되고 있다.

마무리

고압연료펌프 플런저의 표면 코팅 방식은 단순한 내구성 문제가 아니라,
실제 연료 고압 유지력과 제어 안정성을 좌우하는 핵심 요소로 평가된다.
DLC 코팅은 초기 밀봉성과 저마찰 특성으로 즉각적인 고압 유지에 강점을 보이며,
TiN 코팅은 높은 경도와 내마모성으로 장기 고부하 운전에서 안정적인 압력 유지를 가능하게 한다.
엔진 고효율화와 고압 연료 시스템이 더욱 정교해지는 환경에서,
플런저 코팅 기술은 앞으로도 연료 시스템 성능을 결정하는 중요한 차별화 요소로 자리 잡을 것으로 보인다.