전형적인 전자식 연료 분사기. 더 많은 자동차 엔진 사진을 참조하십시오 .
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배기 가스 및 연료 효율 법률을 준수하기 위해 현대 자동차에 사용되는 연료 시스템은 수년에 걸쳐 많이 변경되었습니다. 1990년 Subaru Justy는 미국에서 기화기 가 장착된 마지막 자동차 판매였습니다 . 다음 연도에 Justy는 연료 분사를 했습니다. 그러나 연료분사는 1950년대부터 있었고, 전자식 연료분사는 1980년경부터 유럽 자동차에 널리 사용되었습니다. 이제 미국에서 판매되는 모든 자동차에는 연료 분사 시스템이 있습니다.
이 기사에서는 연료가 엔진 실린더로 들어가는 방법과 "다중 포트 연료 분사" 및 "스로틀 바디 연료 분사"와 같은 용어가 의미하는 바를 배웁니다.
- 기화기의 몰락
- 가스를 밟을 때
- 인젝터
- 엔진 센서
- 엔진 제어 및 성능 칩
기화기의 몰락
의 존재가 대부분의 내연 기관 의 기화기는 엔진에 연료를 공급하는 장치였다. 잔디 깎는 기계와 전기톱 과 같은 다른 많은 기계에서는 여전히 그렇습니다 . 그러나 자동차가 발전함에 따라 기화기는 모든 작동 요구 사항을 처리하기 위해 점점 더 복잡해졌습니다. 예를 들어, 이러한 작업 중 일부를 처리하기 위해 기화기는 5가지 다른 회로를 사용했습니다.
- 주 회로 - 연료 효율적인 순항을 위해 충분한 연료를 제공합니다.
- 공회전 회로 - 엔진을 공회전 상태로 유지하기에 충분한 연료를 제공합니다.
- 가속기 펌프 - 가속 페달을 처음 밟았을 때 추가 연료를 공급하여 엔진 속도가 빨라지기 전에 머뭇거림을 줄입니다.
- 동력 강화 회로 - 차량이 언덕을 오르거나 트레일러를 견인할 때 추가 연료를 제공합니다.
- 초크 - 엔진이 차가울 때 시동을 걸 수 있도록 추가 연료를 제공합니다.
더 엄격한 배출 요구 사항을 충족하기 위해 촉매 변환기 가 도입되었습니다. 촉매 변환기가 효과적이려면 공연비의 매우 세심한 제어가 필요했습니다. 산소 센서 는 배기 가스의 산소량을 모니터링하고 엔진 제어 장치 (ECU)는 이 정보를 사용하여 공연비를 실시간으로 조정합니다. 이것을 폐쇄 루프 제어 라고 합니다. 기화기로 이 제어를 달성하는 것은 실현 가능하지 않았습니다. 연료 분사 시스템이 도입되기 전에 전기적으로 제어되는 기화기의 짧은 기간이 있었지만 이러한 전기식 기화기는 순수한 기계식 기화기보다 훨씬 더 복잡했습니다.
처음에 기화기는 전기적으로 제어되는 연료 분사 밸브를 스로틀 바디에 통합 한 스로틀 바디 연료 분사 시스템 ( 단일 지점 또는 중앙 연료 분사 시스템 이라고도 함)으로 교체되었습니다 . 이것들은 거의 기화기의 볼트인 교체였으므로 자동차 제조업체는 엔진 디자인을 크게 변경할 필요가 없었습니다.
점차적으로 새로운 엔진이 설계됨에 따라 스로틀 바디 연료 분사가 다중 포트 연료 분사 ( 포트 , 다중 지점 또는 순차 연료 분사 라고도 함)로 대체되었습니다 . 이러한 시스템에는 각 실린더에 대한 연료 인젝터가 있으며 일반적으로 흡기 밸브에서 바로 분사되도록 위치합니다. 이러한 시스템은 더 정확한 연료 계량과 더 빠른 응답을 제공합니다.
가스를 밟을 때
자동차의 가스 페달은 스로틀 밸브에 연결되어 있습니다. 이것은 엔진으로 들어가는 공기의 양을 조절하는 밸브입니다. 따라서 가스 페달은 실제로 에어 페달입니다.
부분적으로 열린 스로틀 밸브
가속 페달을 밟으면 스로틀 밸브가 더 많이 열리고 더 많은 공기가 유입됩니다. 엔진 제어 장치(ECU, 엔진의 모든 전자 부품을 제어하는 컴퓨터)는 스로틀 밸브가 열린 것을 "보고" 엔진에 더 많은 공기가 들어갈 것을 예상하여 연료 속도를 높입니다. 스로틀 밸브가 열리자 마자 연료 속도를 높이는 것이 중요합니다. 그렇지 않으면 가속 페달을 처음 밟았을 때 연료가 충분하지 않은 상태에서 일부 공기가 실린더에 도달하기 때문에 주저할 수 있습니다.
센서는 엔진으로 들어가는 공기의 질량과 배기 가스의 산소량을 모니터링합니다. ECU는 이 정보를 사용하여 연료 전달을 미세 조정하여 공연비가 적절하도록 합니다.
인젝터
연료 인젝터는 전자 제어 밸브에 불과합니다. 자동차의 연료 펌프에 의해 가압된 연료를 공급받으며 초당 여러 번 열고 닫을 수 있습니다.
연료 인젝터 내부 |
인젝터에 전원이 공급되면 전자석 이 밸브를 여는 플런저를 움직여 압축된 연료가 작은 노즐을 통해 분출되도록 합니다. 노즐은 연료 를 분무 하도록 설계되어 있으며 가능한 한 미세한 미스트를 만들어 쉽게 연소할 수 있습니다.
연료 인젝터 발사 |
엔진에 공급되는 연료의 양은 연료 인젝터가 열려 있는 시간에 따라 결정됩니다. 이를 펄스 폭 이라고 하며 ECU에 의해 제어됩니다.
엔진의 흡기 매니폴드에 장착된 연료 인젝터 |
인젝터는 흡기 매니폴드에 장착되어 흡기 밸브에 직접 연료를 분사합니다. 연료 레일 이라고 하는 파이프는 모든 인젝터에 가압 연료를 공급합니다.
이 사진에서 인젝터 3개를 볼 수 있습니다. 연료 레일은 왼쪽에 있는 파이프입니다. |
적절한 양의 연료를 공급하기 위해 엔진 제어 장치에는 많은 센서가 장착되어 있습니다. 그 중 몇 가지를 살펴보겠습니다.
엔진 센서
모든 작동 조건에 대해 정확한 양의 연료를 제공하기 위해 엔진 제어 장치(ECU)는 수많은 입력 센서를 모니터링해야 합니다. 다음은 몇 가지입니다.
- 질량 기류 센서 - ECU에 엔진으로 들어가는 공기의 질량을 알려줍니다.
- 산소 센서 - 배기 가스의 산소량을 모니터링하여 ECU가 연료 혼합물이 얼마나 농후하거나 희박한지를 판단하고 그에 따라 조정할 수 있습니다.
- 스로틀 위치 센서 - 스로틀 밸브 위치(엔진으로 들어가는 공기의 양을 결정)를 모니터링하여 ECU가 변화에 신속하게 대응하여 필요에 따라 연료량을 높이거나 낮춥니다.
- 냉각수 온도 센서 - ECU가 엔진이 적절한 작동 온도에 도달했는지 판단할 수 있도록 합니다.
- 전압 센서 - 차량의 시스템 전압을 모니터링하여 전압이 떨어지면 ECU가 공회전 속도를 높일 수 있습니다(이는 높은 전기 부하를 나타냄).
- 매니폴드 절대 압력 센서 - 흡기 매니폴드의 공기 압력을 모니터링합니다.
- 엔진으로 유입되는 공기의 양은 엔진이 생성하는 전력의 양을 나타내는 좋은 지표입니다. 그리고 엔진으로 들어가는 공기가 많을수록 매니폴드 압력이 낮아지므로 이 판독값은 생성되는 전력의 양을 측정하는 데 사용됩니다.
- 엔진 속도 센서 - 펄스 폭을 계산하는 데 사용되는 요소 중 하나인 엔진 속도를 모니터링합니다.
다중 포트 시스템 에는 두 가지 주요 제어 유형이 있습니다. 연료 인젝터는 모두 동시에 열릴 수 있거나 실린더의 흡기 밸브가 열리기 직전에 각각 열 수 있습니다(이를 순차 다중 포트 연료 분사 라고 함 ).
순차 연료 분사의 장점은 운전자가 급작스러운 변경을 하는 경우 시스템이 변경이 이루어진 시점부터 다음 완료 밸브가 열릴 때까지 기다리지 않고 다음 흡기 밸브가 열릴 때까지만 기다리면 되므로 시스템이 보다 신속하게 대응할 수 있다는 것입니다. 엔진의 혁명.
엔진 제어 및 성능 칩
엔진을 제어하는 알고리즘은 상당히 복잡합니다. 소프트웨어는 자동차가 100,000마일에 대한 배기 가스 요구 사항을 충족하고 EPA 연비 요구 사항을 충족하며 남용으로부터 엔진을 보호할 수 있도록 해야 합니다. 또한 충족해야 하는 수십 가지 다른 요구 사항이 있습니다.
엔진 제어 장치는 공식과 많은 조회 테이블을 사용하여 주어진 작동 조건에 대한 펄스 폭을 결정합니다. 방정식은 서로 곱한 일련의 많은 요인이 될 것입니다. 이러한 요소의 대부분은 조회 테이블에서 비롯됩니다. 연료 분사기 펄스 폭 의 단순화된 계산을 살펴보겠습니다 . 이 예에서 우리의 방정식에는 3개의 요소만 있는 반면 실제 제어 시스템에는 100개 이상이 있을 수 있습니다.
펄스 폭을 계산하기 위해 ECU는 먼저 룩업 테이블에서 기본 펄스 폭 을 찾습니다 . 기본 펄스 폭은 엔진 속도 (RPM)와 부하 (매니폴드 절대 압력에서 계산할 수 있음 ) 의 함수입니다 . 엔진 속도가 2,000RPM이고 부하가 4라고 가정해 보겠습니다. 2,000과 4의 교차점인 8밀리초에서 숫자를 찾습니다.
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다음 예에서 A 와 B 는 센서에서 오는 매개변수입니다. A 가 냉각수 온도이고 B 가 산소 수준 이라고 가정해 보겠습니다 . 냉각수 온도가 100이고 산소 수준이 3인 경우 조회 테이블은 요인 A = 0.8 및 요인 B = 1.0이라고 알려줍니다.
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따라서 기본 펄스 폭 이 부하 및 RPM의 함수이고 펄스 폭 = (기본 펄스 폭) x (인자 A) x (인자 B) 임을 알고 있으므로 이 예의 전체 펄스 폭은 다음과 같습니다.
이 예에서 제어 시스템이 조정하는 방법을 볼 수 있습니다. 매개변수 B를 배기 가스의 산소 수준으로 사용하면 B에 대한 조회 테이블은 배기 가스에 너무 많은 산소가 있는 지점입니다(엔진 설계자에 따르면). 따라서 ECU는 연료를 줄입니다.
실제 제어 시스템에는 각각 고유한 조회 테이블이 있는 100개 이상의 매개변수가 있을 수 있습니다. 일부 매개변수는 촉매 변환기 와 같은 엔진 구성 요소의 성능 변화를 보상하기 위해 시간이 지남에 따라 변경되기도 합니다. 그리고 엔진 속도에 따라 ECU는 이러한 계산을 초당 100번 이상 수행해야 할 수도 있습니다.
성능 칩
이것은 성능 칩 에 대한 논의로 이어집니다. 이제 ECU의 제어 알고리즘이 작동하는 방식에 대해 조금 이해했으므로 성능 칩 제조업체가 엔진에서 더 많은 전력을 끌어내기 위해 무엇을 하는지 이해할 수 있습니다.
성능 칩은 애프터마켓 회사에서 만들고 엔진 출력을 높이는 데 사용됩니다. ECU에는 모든 조회 테이블을 보유하는 칩이 있습니다. 성능 칩이 이 칩을 대체합니다. 성능 칩의 표에는 특정 운전 조건에서 더 높은 연료 비율을 초래하는 값이 포함됩니다. 예를 들어, 그들은 모든 엔진 속도에서 풀 스로틀에서 더 많은 연료를 공급할 수 있습니다. 또한 스파크 타이밍을 변경할 수도 있습니다 (이를 위한 조회 테이블도 있음). 성능 칩 제조업체는 자동차 제조업체만큼 신뢰성, 주행 거리 및 배기 가스 제어와 같은 문제에 관심이 없기 때문에 성능 칩의 연료 맵에서 보다 적극적인 설정을 사용합니다.
연료 분사 시스템 및 기타 자동차 주제에 대한 자세한 내용은 다음 페이지의 링크를 확인하십시오.
