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자동차 연료 장치 Motor fuel system

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작성자 월하月下 작성일18-01-31 10:04 조회4,653회 댓글0건

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1. 개요


연료장치는 기관이 필요로 하는 적당한 혼합기를 공급하는 장치로 연료를 저장하는 연료탱크(Fuel Tank), 연료속의 불순물을 제거하는 연료여과기(Fuel Filter), 기화기 또는 연료 분사장치에 연료를 보내는 연료펌프(Fuel Pump), 혼합기를 만들어 기관에 공급하는 기화기 또는 연료분사장치 그리고 이러한 장치를 연결하는 연료파이프 등으로 구성되어 있다.

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<기화기식 연료 공급장치>

            

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<전자제어식 연료 공급장치>

 

전자제어 연료분사장치의 연료공급은 흡입필터를 통해 연료 펌프에서 압송되며, 파이프(Pipe), 고압 필터, 딜리버리(Delivery) 파이프를 거쳐 각 인젝터에 분배된다.
인젝터에 걸리는 연료의 압력은 압력조절기(Pressure regulator)에 의해 이루어지고, 이 때의 압력은 흡기다기관내의 압력보다 항상 3.35kg/㎠ 더 높은 압력이 일정하게 유지되도록 되어 있고, 규정압력 이상 여분의 연료는 리턴 파이프를 통하여 연료탱크로 되돌아간다.

연료분사는 인젝터에 전류가 흐르면 인젝터 내의 니들밸브가 완전히 열려 연료가 흡기다기관내로 분사되고, 이 때의 연료량은 인젝터에 항상 일정한 압력이 유지되므로 인젝터에 흐르는 통전 시간에 비례하여 증감한다.
인젝터는 엔진제어컴퓨터(ECU)의 신호에 따른 점화순서에 의해 각 Manifold port에 분사하게 된다.

2. 연료분사장치의 특징

연료분사장치는 실린더 흡입행정에 대하여 기화기에 의한 무화 혼합가스를 흡기 매니폴드를 통해 공급하지 않고 흡기 매니폴드에서 공기만을 보내 흡입행정중에 연소실내 또는 흡입구멍내에 분사밸브에서 가솔린을 공급하여 흡입행정의 말기에는 실린더내에 혼합가스가 충만되어 이것을 압축행정에서 압푹하여 점화플러그의 불꽃점화에 의해 연소시키는 방법이다. 이 방식은 디젤엔진의 경우 흡입공기를 압축한 다음 연료를 연소실내에 분사하여 고온 공기에 의해 자연 발화시키는 연소방식과는 다르다.

기화기식에 비해 가솔린 분사식의 장점은 연료를 공급하는 시기와 엔진의 부하에 따르는 연료의 공급량을 기화기식보다 정확하게 조절할 수 있다.
흡기 매니폴드의 관지름은 되도록 크게하여 흡입 효율을 높게 하는 것이 바람직하나, 기화기식에서는 관속을 통하는 혼합가스의 속도를 크게하여 가솔린이 관내에 액체상태로 부착하는 것을 피하기 위해 흡기 매니풀드 관지름의 증가는 제한을 받게된다.

가솔린분사식에서는 관내를 홉합가스가 통하지 않기 때문에 관지름을 크게 할 수 있으며, 그 결과 흡입효율은 높아지고 흡기 매니폴드내에 가솔린이 남지 않기 때문에 실린더내의 혼합가스는 언제나 정확한 혼합비가 유지된다.

기화기식에서는 가솔린의 가스화를 잘되게 할 목적으로 흡기 매니폴드를 보온하지 않으면 안된다. 따라서 혼합가스를 팽창시켜 흡입효율이 저하하지만 가솔린 분사식에서는 공기를 저온 그대로 실린더내로 흡입하므로 흡입효율이 좋아짐과 동시에 필요 옥탄가가 낮아지며 압축비의 증가와 점화시기의 진각을 크게 할 수 있다.

또한, 가솔린 분사식에서는 흡기 매니폴드내에 무화 가솔린이 지나가지 않으므로 가솔린 입자의 관성에 의한 혼합가스의 분배 불균등을 피할 수 있으며, 엔진의 부분 부하시엣 적당한 희박 혼합 가스를 공급할 수 있으며, 최대 토크가 얻어지는 회전수는 기화기식의 경우보다 약 500rpm 저하된다. 이들 여러 가지 점을 종합하여 볼 때 가솔린 분사식을 사용하면 기화기식에 대한 출력증가는 평균 10~20%, 연료소비율의 감소는 10% 내외가 될 것으로 보인다.

가솔린 분사식의 단점으로는 분사기구에 정밀한 가공을 필요로 하기 때문에 값이 비싸지는 것과 고온시에 고압 회로내에서 가소린이 기화하여 베이퍼록이 일어나는 것, 분사기구의 고압 섭동부에 마모 또는 부식이 생기는 것등을 들 수 있다.
 

  전자제어 시스템

1. 전자제어 시스템의 개요

엔진을 전자적으로 광범위하게 제어하여 줌으로써 차량의 모든 작동상태에 응답하여 엔진이 최적의 성능으로 작동할 수 있게 한다. 전자제어시스템은 크랭크 각도 센서, 차속센서, 냉각온도센서, 산소센서, 삼원촉매 장치로 구성되어 있는데 이 시스템들은 흡입공기량을 직접 측정하며, 다양한 차량주행 상태에 따른 엔진요구조건을 정확하게 맞추어 주기 위한 공연비 및 점화시기 등을 제어하여 연비향상과 유해배출가스가 감소된다.

2. 연료시스템

연료시스템은 ①연료펌프(Fuel Pump) ②연료압력조정기(Fuel pressure Regulator) ③진공스위치밸브 ④연료인젝터 ⑤강압저항으로 구성되어 있다.

3. 공기시스템

공기청정기를 통하여 공기가 흡입되면, 에어플로우 센서에 의하여 공기량이 측정된다. 그후 트로틀 밸브 어셈블리를 통하여 흡입 매니폴드로부터 각 실린더로 흡입공기가 공급된다.

차량이 주행하기 시작하면 흡입공기의 양을 제어하기 위하여 가속페달에 의해 트로틀밸브가 조정된다.

엔진 공회전시에는 트로틀밸브가 완전히 닫혀지게 된다. 그러므로 공전 상태를 유지하기 위해 필요한 공기는 트로틀 밸브 보디에 있는 공전구멍을 통하여 흡입 매니폴드쪽으로 흐른다. 또한 엔진 워밍업시에는 공기 조정기를 통하여 흡입 매니폴드쪽으로 워밍업 작동에 필요한 공기를 공급한다.

4. 연료분사시스템

전자제어 연료분사 시스템은 하나의 인젝터로 모든 실린더에 분사하는 Single Point Injection(SPI) 방식과 실린더마다 Injector가 하나씩 달린 Multi Point Injection(MPI) 방식으로 나눌 수 있다.

1) SPI

SPI는 캬브레타와 MPI의 중간적인 특성을 갖는 시스템이며, 캬브레타 방식이 흡입공기와 연료가 혼합되는 과정이 캬브레타내에서 이루어지는데 반해 SPI는 흡입매니폴드의 집합부에 1개의 Injector가 설치되어 흡입공기량과 작동조건에 따라 ECU(Electronic Control Unit)분사신호로 연료가 분사되어 혼합기를 형성 각 실린더에 분배되는 방식이다.   SPI 시스템은 캬브레타 방식에 비해 연료계량이 일정하고 출력 성능이 우수하지만 가격이 높다는 결점이 있고 MPI 시스템에 비해서는 가격면에서 유리한 점을 제외하면 제반성능이 뒤떨어진다.   결국 캬브레타 방식은 오늘날의 연비와 배출가스규제에 대응키 어려워 사라졌고 SPI 시스템이 일반화되고 있다. 그러나 앞으로 코스트는 높지만 연비성능과 배출가스규제 대응을 위해서는 MPI 시스템의 개발 보급이 더욱 확대될 것이다.   한편 GM사는 SPI방식의 하나인 Speed-Density 방식으로 흡입공기량을 검출하여 엔진에 연료를 공급하는 TBI(Throttle Body Injection) 시스템을 채택하고 있다.

2) MPI

MPI시스템은 흡기 밸브앞 Port에 Injector를 각각 1개씩 두어 엔진의 각종 부하조건에 따라서 각종 Sensor에 의한 엔진 작동상태를 판단, 미리 Program될 ECU내의 정보에 의한 연산과정을 거쳐 정밀한 연료량을 각 실린더마다의 Injector에 동시 또는 순차적으로 공급하는 시스템이다.   현재까지 개발된 EFI중 앞선 시스템으로 코스트가 높은 단점이 있으나 연비향상과 배기가스저감 및 출력향상 등 장점이 많다.

 

 

 

 

 

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