전자제어 가솔린 분사 장치의 구성
1. 흡기 계통
흡기 계통은 흡입 공기량 감지기, 드로틀 보디, 서지 탱크로 구성된다.
- 공기 계량기의 종류
배인식 : 공기흡입 통로에 설치된 센서 플랩의 회전 위치를 포텐쇼미터에서 전압으로 바꾸어 공기량으로 검출한다.
칼만 와류식 : 공기의 흐름 통로에 와류 발생용 기둥을 두고 여기에서 발생한 와류를 초음파 송수신 장치를 이용해서 얻어진 주파수의 변화를 공기량으로 검출한다.
열선식 : 공기흡입 통로에 발열체를 두고 공기의 흐름량에 따라 발열체가 냉각되는 원리를 이용하여 브릿지 회로에 의해 변화되는 전압을 공기량으로 검출한다.
- 드로틀 보디
자동차의 주행 시 공기 유량을 제어하는 것으로 가속 페달과 연결된 드로틀 밸브가 흡입 통로의 단면적을 변화시키는 것으로 드로틀 축에 부착된 드로틀 위치 센서 또는 스위치는 밸브의 열림 정도를 검출한다. 또한 기관이 공전 중에 공전 속도를 조절하기 위한 공전 속도 조절 장치가 있다.
- 서지 탱크
서지탱크는 실린더로 공급되는 흡입공기의 균일한 분배 및 흡기의 맥동과 흡기 소음의 방지 역할을 하며, 기관의 출력에 영향을 준다. 흡기의 맥동을 효과적으로 감소시키기 위해 공명관이나 공기 댐퍼 등 을 두는 것도 있다
2. 연료 계통
연료 계통은 연료탱크, 연료펌프, 연료 여과기, 연료압력 조절기, 연료분배 파이프, 인젝터 등으로 구성된다.
- 연료 펌프
전자 제어 연료분사 장치에 사용되는 연료 펌프는 대부분 직류 전동기로 구동하는 로터 펌프를 일반적으로 사용하며, 주로 연료 탱크 내부에 설치되어 있다. 연료는 전동기의 하우징에 있는 전기자 주위를 지나므로 전기자에 발생하는 열을 냉각시킬 수 있는 구조로 되어 있다.
- 연료 여과기
연료 여과기는 연료 속에 들어 있는 이물질을 여과한다. 고압의 연료 압력이 작용하므로 금속제의 케이스에 들어 있다.
- 연료 압력 조절기
압력 조절기는 흡기관과 연료파이프 내부의 압력을 항상 일정하게 유지하기 위한 것으로 압력이 규정치를 벗어나면 다이어프램에 의해 리턴 밸브를 조절하여 연료의 압력을 조절하며 연료 라인은 항상 일정한 압력(야 2.5kg/cm2)으로 유지한다.
- 연료분배 파이프
압력 조절기로 조절된 연료를 각 인젝터로 보내는 역할을 한다.
- 인젝터
연료 분사 밸브로 컴퓨터에서 보내온 분사 신호에 따라 연료를 분사하는 부품이다.
인젝터는 전자코일에 ECU로부터 보내는 펄스가 가해지면 플런저가 전자코일에 흡인되어 플런저와 일체로 되어 있는 니들 밸브가 열려 연료가 분사된다.
전자제어 가솔린 분사 장치의 전자제어 계통
제어 계통에는 ECU와 각종 센서로 구성되며, 연료 분사 시기, 연료 분사량, 점화 시기, 피드백 등의 역할을 하는 부분이다. 가솔린 엔진의 운전 상태나 조건을 각종 센서를 통해 감지하여 컴퓨터에 보내는 입력부와 이의 신호를 기초로 하여 엔진이 최저의 상태가 되도록 입력된 정보를 계산하여 출력하는 컴퓨터부 및 컴퓨터의 명령을 받아 작동하는 출력부로 구성되어 있다.
- 연료 분사량 결정
연료 분사량의 결정은 기본적으로 흡입 공기량과 엔진 회전수를 측정하여 이 데이터를 ECU로 보내면 이 데이터를 기준으로 기본 분사량을 결정하고, 엔진의 상태에 따라 여러 센서에서 보내온 데이터를 고려하여 보정 연료 분사량을 산출한다. 이와 같은 산출된 기본 분사량과 보정 분사량을 컴퓨터에서 연산하고 그때의 엔진상태에 가장 적합한 최적의 연료 분사량을 결정하여 인젝터로 연료 분사 신호를 보내줌으로써 연료 분사량을 제어한다. 따라서 인젝터에서의 연료 분사량은 컴퓨터에서 보내오는 연료 분사 신호의 시간에 의해서 결정된다.
- 연료 분사시기 제어
연료 분사 방식은 4기 통의 경우 a.4개의 인젝터가 같은 시간에 동시에 분사하는 동시분사(또는 비동기 분사), b. 크랭크가 센서(CAS)의 신호에 의해서 두 개씩의 인젝터가 그룹별로 분사하는 그룹 분사, c. 각 실린더의 배기 행정과 흡기 행정의 사이에서 각 실린더 별로 동기하여 순차적으로 분사하는 독립 분사(동기 분사, 순차 분사) 방식이 있다.
전자제어 가솔린 분사 장치의 특징
- 운전 응답성의 양호 : 가속페달의 조작과 실제 연료공급과의 시간이 짧아 응답성이 빠르다.
- 엔진 출력의 향상 : 흡기 계통의 최적설계로 체적 효율이 증가하여 기관 출력이 향상된다.
- 연비의 증가 : 불필요한 연료의 과잉공급이 억제되고, 여러 운전 조건에서도 이상적인 혼합비의 공급이 유리하므로 연료의 낭비가 없다.
- 시동성의 양호 : 공기 온도, 기관 온도에 적합한 최적 분사량으로 시동성이 양호하다.
- 유해 배출가스의 감소 : 최적의 혼합기 공급이 가능하므로 유해 배출가스의 발생이 적다.
< 연료장치의 디젤엔진 >
디젤엔진은 실린더 내에 공기를 흡입하여 높은 압축비로 압축하면 500~700도의 압축열이 발생되며, 여기에 분사 노즐을 통하여 연료를 분사하면 압축열에 의해 자기 착화하여 연소한다. 따라서 고압으로 압축된 연료를 연소실에 분사하여 무화시키는 장치가 필요하다.
1. 연료 분사 요건
- 무화 : 연료의 입자가 안개처럼 미세하게 퍼지는 것을 말한다. (연료 입자의 직경은 2~50um 정도)
- 관통력 : 연료의 입자가 연소를 완료할 때까지 압축된 공기 속을 진행할 수 있는 힘을 말한다.
- 분포 : 미립화 된 연료 입자가 공기와 충분히 접촉하기 위해 연소실 내에 고루 넓게 퍼져야 한다.
2. 연료 공급 계통
- 연료 공급 펌프 :
연료를 일정한 압력으로 가압하여 분사펌프에 공급하는 역할을 하며, 분사펌프에 설치되어 펌프의 캠축에 의해 작동된다. 또한 공기 빼기 작업용 수동 프라이밍 펌프가 부착되어 있다.
- 연료 여과기 : 연료 속의 이물질을 여과하는 역할을 한다. 여과 정도는 10um정도이다.
- 분사 펌프 :
연료공급 펌프에서 공급받은 연료를 고압으로 압축하여 폭발 순서에 따라 각 실린더의 분사 노즐로 압송하는 펌프로, 분사량을 제어하는 조속기와 분사 시기를 조정하는 조정기가 부착되어 있다.
- 펌프 엘리먼트 :
플런저와 플런저 배럴로 구성되며, 하우징에 고정되어 있다. 배럴 내에 플런저가 섭동 하며 상하 왕복운동에 의한 압축행정으로 분사 노즐로 연료를 압송하는 역할을 한다.
- 연료 제어 기구
가속페달과 조속기의 움직임을 플런저에 전달하는 기구로 제어 래크, 제어 피니언, 제어 슬리브로 구성되어 있다.
- 공급 밸브
분사 행정이 종료되어 배럴 내의 압력이 낮아지면 스프링의 장력에 의해 급속히 닫혀 연료의 역류를 방지하고, 노즐의 후적을 방지하는 역할을 한다. 또한 연료파이프 내에 10kg/cm2 정도의 전압을 유지한다.
- 조속기
엔진의 회전 속도나 부하변동에 따라 자동적으로 래크를 움직여 분사량을 조절하며, 최고 회전속도를 제어하고 동시에 전속운전을 안정시키는 일을 한다. 원추심의 원심력에 의해 작동되는 기계식과 흡기 다기관의 진공에 의해 작동되는 공기식이 있다.
- 조정기
기관의 회전속도 및 부하에 따라 분사시기를 변화시키는 역할을 한다.
- 분사노즐
분사펌프에서의 고압의 연료를 연소실에 분사시키는 기구이다.
종류에는 a. 노즐의 끝에 밸브가 없이는 항상 열려 있는 개방형 노즐, b. 노즐에 니들 밸브가 스프링으로 밀착되어 있고, 연료의 압력이 높아지면 밸브가 자동적으로 열려 연로가 분사되는 밀폐형(폐지형) 노즐이 있다. 밀폐형의 종류는 구멍형, 핀틀형, 드로틀형 노즐 등이 있다.
< 연료장치의 공기연료 혼합비 >
혼합비는 공기와 연료의 중량비로 나타내며, 다음과 같이 표시한다.
A/F = 공기의 중량과 연료의 중량비
엔진에서 필요로 하는 공기-연료 혼합비는 다음과 같다
- 연소 가능한 혼합비는 8~20 : 1
- 최대출력 혼합비는 12~13 : 1
- 경제 혼합비는 16~17 : 1
- 무부하 공전 혼합비 12 : 1
- 시동 시 혼합비 5 : 1
- 가속 시 혼합비 8~11 : 1
이론 혼합비 : 연료의 단위 중량당 소요되는 이론 공기량의 비로, 가솔린(C8 H18)의 경우는 공기 : 가솔린=15.1:1이 된다
공기 과잉률 또는 공기비 : 이론 공연비보다 공기의 여유분에 대한 비율을 나타내며 γ로 표기한다.
γ = 공급된 공기량 / 이론 공기량
당량비 : 화학 양론적 혼합비에 대한 실제 혼합비의 비율을 나타내는 것
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