4 장 연료공급시스템 ( fuel supply system)elearning.kocw.net/document/region/2010/12/02/12_02_0… · · 2010-08-04(choke valve) 초크로드 (choke

4 장 연료 공급 시스템 ( fuel supply system)

1.자동차용 연료

2. 기화기1)구조 2)공연비3)작동시스템 4)자동초크

3. 가솔린 연료 분사 장치1)분사방법의 종류2)전자엔진제어시스템3) 전자제어모듈

3. 엔진 센서와 작동기1)흡입공기유량측정 2 )센서의 측정방법3)작동기의 작동 4)연료 인젝터

4.가솔린 연료분사시스템1)PFI 2)TBI 3)GDI

1. 가연성 혼합기를 만드는 기화기의 구조와 작동방법을 설명할 수 있다. 2. 전자 제어식 연료분사시스템의 구성과 작동원리를 설명할 수 있다. 3. 자동차에서 사용하는 센서 및 작동기의 종류와 작동원리를 설명할 수 있다.

1 휘발성(volatility) : 가솔린의 기화하기 쉬운 정도가솔린은 흡기포트 내에서 쉽게 기화되어 혼합기를 형성해야 됨기화되지 않으면 연소되지 않고 배출되어 대기를 오염액적 상태로 실린더 내로 유입되면 유막을 씻어 링의 마모를 증가

2 내노크성(antiknock) : 노크나 이상연소에 대한 저항, 내노크성의 표시

이소옥탄(C8H18)옥탄가(octane number) = * 100

이소옥탄 + 정헵탄 (C7H16)

3 산화방지성(anti oxidation): 공기 중 산소와 반응 정도가 낮아야 함

4 방청성(anti rust) : 연료계 내의 금속부분의 부식 방지성

5 결빙 방지성(anti iicer): 연료라인 내의 동결 방지

6 세척성 : 인젝터 등의 청결 유지

7 식별성 ; 가솔린이 주황색으로 식별을 위함

자동차용 연료 (engine fuel )

가솔린의 특징

1 가소홀 (gasohol) : 에틸 알코올(10%) 무연휘발유(90%)

10% 에틸알콜 첨가는 기존의 연료장치로 운전할 수 있음

10% 이상 첨가 시 농후한 혼합기 공급에 필요한 연료장치의 개량이 필요

에틸 알콜 이론공연비 : 9 가솔린 이론 공연비 : 14.7

2 메탄올 (metannol) : 쉽게 기화되지 않음

가솔린과 혼합하여 기화성을 증가시켜 냉간 시동을 좋게 해야 함

M85 ( 메탄올 85%, 가솔린 15%)

3 액화석유가스(liquified petrolium gas): 주성분이 프로판으로 원유에서 생산

100 이상의 옥탄가를 가져 고 압축비가 가능하고 배기가스가 깨끗한 청청 연료

4 천연가스 (natural gas): 메탄(CH4, 83~99%)을 주성분으로 에탄, 프로판, 부탄이 함유

옥탄가 (120~136) 가 높고 가스상태로 엔진에 흡입된다 배기가스가 깨끗한 청청 연료

액화천연가스 저장용기가 고압(200MPa)이 필요하며 고압용 배관이 필요

자동차용 연료 (engine fuel )

연료 공급 시스템( fuel supply system)

연료공급시스템의 목적

공기와 연료를 타기 쉬운 혼합기(mixture)상태로 만들어 실린더 내에 공급하는 것이다.

O 공기의 유량에 비례하여 연료를 분출

O 연료를 무화 및 증발시켜 혼합기 형성

O운전조건에 맞는 공연비의 혼합기를 만들

어 실린더 내에 공급하는 장치이다.

O 흡입시스템에 연료를 분사

O 연료를 미립화하여 기화를 촉진

O 회전속도와 부하에 따라 연료의 양 조절

O 일정한 공연비의 혼합기를 만들어 실린

더에 공급하는 장치

기화기방식(carburetor) 연료분사방식(fuel injection)

연료 탱크연료필터 연료 펌프

(연료탱크내부 설치)

기화기

스로틀바디

차콜 캐니스터

연료공급관

기화기식 연료 공급 시스템(carburetor fuel supply system)

O 연료탱크로부터 공급된 연료를 스로틀 바디로 공급되는 공기에 분출

O 분출된 연료는 증발하여 공기와 혼합하여 혼합기(mixture)를 형성

O 형성된 혼합기를 흡기메니폴드를 통과해 각 실린더에 공급하여 연소시킴

공기(air)

스로틀 밸브(throttle valve)

흡기메니폴드(intake manifold)

기화기(carburetor)

공기연료 혼합기(air-fuel Mixture)

연료(fuel)

기화기(carburetor)의 작동

연료필터

연료탱크

연료공급관

연료 증기관 연료 회수관

압력조정기

연료 인젝터

차콜캐니스터

연료펌프(탱크내부)

연료 인젝터의 작동연료 인젝터는 엔진 제어 장치로 부터의 전기적 신호에 의해 인젝터가

열리면 연료는 흡기 포트내의 흡기 밸브를 향해 분사된다

분사식 연료 공급 시스템(injection fuel supply system )

PFI (port fuel injector) TBI (throttle body injector)

흡기포트에서 흡기밸브로 향해 분사 스포틀 밸브 상부에서 분사

그림

그림

연료 인젝터(fuel injector)


스로틀밸브(throttleValve)

흡기밸브(intake valve) 연료 인젝터

(fuel injector)


흡기포트(intake port)

실린더헤드(cylinderHead)

연료 분사 방법

연료 분사 펌프는 주어진 압력 하에서 연료를 공급하고 인젝터가 열리면 연료가 분사된다

연료 분사 장치 (fuel injection system )

기계식 연료 펌프(mechanicafuel pump)

캠축에 있는 편심기가 펌프를 작동시키고 전하는 편심기는 로커암을 상하로 움직여 연결된

에어프램이 펌핑작용을 하게 한다.

그림

연료출구(fuel out) 연료입구

(fuel in)

캠축(cam shaft)

다이어프램(diaphragm)

입구밸브(inlet valve)

출구밸브(outlet valve)

스프링(spring)

로커 암(rocker arm)

전기 단자(terminal)

출구 파이프(outlet pipe)

입구 파이프(inlet pipe)

임펠러(impeller)

전기모터(electricPump)

전기식 연료 펌프

O 펌핑 작용을 하기 위해 전기 모터와 솔레로이드를 사용한다.

O 점화스위치가 켜지자마자 펌프가 작동하여 연료공급이 이루어 질 수 있다

O 언제나 엔진이 필요로 하는 연료를 일정한 압력이 되도록 공급한다

전기식 연료 펌프 ( electric fuel pump ) 의 작동

O 전기 연료 펌프는 시동 모터 릴레이 의 접촉을 통해 배터리에 연결O 시동모터가 엔진을 돌리기 시작하는 동시에 연료를 공급하는 연료 펌프를 작동O 엔진이 작동을 시작한 후에는 연료압력스위치를 통해서 전기회로가 유지됨O 연료압력이 떨어질 때는 연료 펌프가 작동됨

연료증기분리기(fuel vapor separator)

차콜캐니스터(charcoal canister)

엔진(engine)

시동모터(startingMotor)

릴레이(relay)

배터리(battery)

필터(filter)

전기연료펌프(electric fuel pump)

시동스위치(ignitionSwitch)

연료압력스위치(fuell pressure switch)


플로트(float) 필터

(filter)

연료회수관(fuel return tube)

연료공급관(fuel supply tube)컨넥터

(connector)

입구(inlet)

출구(outlet)

필터(filter)


인-탱크형(in-tank fuel pump)인-라인형(in-line fuel pump)

전기식 연료 펌프 ( electric fuel pump )의 위치

압력 릴리프 밸브(pressure relief valve)와 압력 조정기 (pressure regulator)

O 연료 분사 시스템은 연료 공급라인에 높은 압력(3.3~3.5kg/cm2)이 걸려 있음O 압력 릴리프 밸브와 압력 조정기 를 부착하여 어느 압력 이상이 되면 연료가 연료

회수관을 통해 연료탱크로 돌아감.

압력조정기(pressure regulator)

압력릴리프밸브(pressure reliefvalve)

인젝터(injector)

스로틀바디(throttle body)

스로틀 바디 분사(throttle body injection)

연료레일(fuel rail)압력조정기

(pressure regulator)

압력 릴리프밸브(pressure relief valve)

인젝터(injector)

포트 연료 분사(port fuel injection)

연료탱크는 금속 또는 플라스틱으로 만들어져 있고 자동차의 뒤쪽에 위치

연료탱크 (fuel tank)

연료 탱크(fuel tank)

모터(motor)

연료필터(fuel filter)

연료 게이지 전달장치(fuel gage sendingUnit)

플로트(float)

연료 주입구(fuel supplyNeck)

전기연료펌프(Electric fuel pump)

입구호스(inlet hose)

기화기(carburetor)

기화기의 구비조건

1. 출력 변화에 대해 적절한 공연비가 일정하게 유지되어야 함.

2. 액체 연료가 기화해서 균일한 혼합기가 되어 각 실린더에 같은

농도와 양이 공급되어야 한다.

3. 시동이 잘 되고, 가속 시 응답성이 빨라야 한다.

4. 흡입 저항이 적어야 한다.

5. 공 회전 조절이 쉽고, 작동이 인정되어야 한다.

공기와 연료의 혼합비가 일정하도록 공기량이 비례하여 연료를

공급하는 장치

기화기의 목적

연료량이 엔진의 흡입 공기량에 비례하여 공급되도록 공기의 유동통로를

교축 벤츄리 형태로 만들면 여기서 생기는 부압이 대기압과의 압력차로

연료가 분출 기화되어 혼합기를 형성한다.

기화기의 작동에 의해 혼합기가 어떻게 형성될까요?

기화기 (carburetor)의 작동

에어 혼(air horn)

벤츄리(venturi)

연료 노즐(fuel nozzle)


대기압(atmospherePressure)

플로트 실(float bowl)

1 공기의 흡입

2 교축 발생

3 진공압 발생

4 연료 분출

5 연료 증발

6 혼합기 형성

플로트실(float chamber)연료 탱크로부터 공급된 가솔린을 노즐로 보내기 전에 일정압력을 유지하기 위해 일시 저장하는 곳

플로트( float)플로트실 내의 가솔린의 액면을 항상 일정하게 유지하며, 부력에의해 작동한다.

플로트 밸브(float valve)니들 밸브이며 플로트의 작용에 따라 플로트 실의 입구를 개폐

메인 노즐(main nozzle)기화기의 벤츄리관 내에 있는 연료를 분출하는 관

벤츄리관(venturi tube)벤츄리관은 공기를 가속시켜 연료를 분출하게 하는 관으로 공기유입구의 단면적보다 관의 단면적을 적게 만듦

기화기의 구조초크밸브(choke valve)

에어 혼(air horn)

플로트실(float bowl)

스로틀바디(throttle body)

스롤틀밸브(throttle valve)

밴츄리(venturi)

기화기의 구조

가속펌프 (accelerating pump)엔진을 급가속할 때 스로틀 밸브를 급속히 열면 공기의 양은 증가하나 연료의 양이 이에 따르지못하므로 이를 보상하기 위해 연료를 분사하는 펌프임

저속노즐 및 공전노즐무 부하 운전시 스로틀 밸브가 닫힌 상태에서 연료가 공급되는 노즐

미터링 로드(metering rod)스로틀 밸브와 링크로 연결되어 움직이는 가느다란 연료 조정 막대

미터링 제트(metering jet)미터링 로드가 상하운동을 할 때 연료가 통과할 수 있도록 정교하게 가공된 오리피스 형상의 구멍

초크밸브(choke vlave)기화기의 앞 부분에 설치하여 기화기로 유입되는 공기의 양을 조절하는 기구

벤츄리(venturi)주연료 노즐의 선단 부근에서 압력을 저하시키기 위해서 설치한 단면이 좁은 통로를 말함

에어브리드(air bleed)기화기 내의 작은 공기 통로로서 이 통로를 통해 공기가 기화기 시스템으로 들어가 공기-연료의혼합기를 형성하고, 동시에 연료의 기화를 촉진한다.

이론 공연비 14.5

저속부분부하

운전 조건에 따른 공연비

운전조건 작동상태 공연비

시동 시 스로틀 밸브 닫힘

과잉 연료 공급으로 점화

과농혼합비 : 5-9

무 부하 공전 스로틀 밸브 닫힘

무부하 운전

농후 혼합비 : 10-14

부분 부하 스로틀밸브 약간 열림

(스로틀 밸브 개도 : 80%), 경제적 운전

희박 혼합비 : 16-18

(이론 공연비 14.5보다낮음)

전부하 최대 출력 스로틀 밸브 전개

(스로틀 밸브 개도 : 100%), 최대 부하

농후 혼합비 : 12.5)

1. 아이들 운전 시에는 스로틀 밸브가 닫혀있다. 2. 적은 양의 공기가 벤추리를 통과하므로 진공도가 낮아서3. 벤추리 내의 메인 연료 노즐의 연료 분출이 없다4. 스로틀 밸브 하부의 흡기 매니폴드에 진공이 형성되므로5. 아이들 포트(idle port)를 통해 연료 배출되며 농후한 혼합기가 형성

아이들포트(idle port)

플로트(float)


니들 밸브(needle valve)

에어 혼(air horn))

초크밸브(choke valve)

벤츄리(venturi)


연료(fuel)

공기가들어감

연료노즐(fuel nozzle)

아이들 포트에서연료 분출

연료노즐에서연료가 분출되지 않음

농후한 혼합기가 형성됨

공전(idle)시스템

저속시의 작동 (low speed operation)

1. 저속 시에는 스로틀 밸브가 미소하게 열린다. 2, 스로틀 밸브 끝부분이 저속포트(low-speed port,)를 지나 위쪽에 위치. 3. 약간 열려진 스로틀 밸브를 통과하는 공기에 저속포트에서 연료 분출되어4. 저속작동에 맞는 혼합비가 형성된다.

플로트(float)




메인 연료노즐(fuel nozzle)

에어 혼(air horn))

벤츄리(venturi)


저속포트(low speed port)

아이들포트(idle port)

공기가들어감

연료노즐에서연료가 분출되지않음

혼합기가형성됨

저속 포트에서연료 분출

주 계량 시스템 (main metering system)

1. 중속에서 가속페달을 밟게 되면 스로틀 밸브의 개도에 따라 유입 공기량이 변화한다. 2. 흡입 공기량에 따라 벤추리의 진공도가 변하고 그 진공도에 의해 연료가 분출 적절한 공연비

가 유지된다.



벤츄리(venturi)


플로트(float)


공기가들어감

혼합기가 형성됨

연료노즐에서연료가 분출량이증가함

스로틀밸브의 개도가증가하면 흡입공기량이증가함

흡입공기량이증가하면진공압이 커짐

파워 시스템(power system)

고속과 전부하에서는 스로틀 전개 (wide open throttle valve : WOT)되어 많은 양의 공기가흡입되고 그에 따른 연료의 분출량도 증가하여 최대출력이 발생한다.

1. 계량 가늠자 (metering rod)와 계량 제트(metering jet)를 사용2. 계량 가늠자는 스로틀 밸브와 링크 장치를 연결되어 있음3. 스로틀 밸브가 열리면 계량 가늠자가 상승 → 제트의 단면증가 → 통과 연료량이 증가됨

→ 농후한 혼합기(공연비 : 12.5) → 최대 동력

기계적으로 작동하는 파워 시스템 (Mechanically-Operated Power System)

계량가늠자(metering rod)

계량 제트(metering jet)

1. 흡기매니폴드 부압에 따라 작동2. 진공 다이어프램 계량가늠자가 링크로 연결3. 스로틀 밸브 전개 → 흡기매니폴드의 진공이 형성되지 않음 → 다이어프램의 스프링이

계량가늠자를 하강 → 연료량 증가

파워 시스템(power system)

진공으로 작동하는 파워 시스템 (Vacuum-Operated Power System)

흡기메니폴드 진공(intake Manifold vacuum)

다이어프램(diaphragm)

계량가늠자(metering rod)

1.차량의 가속을 위해 스로틀 밸브가 갑자기 열릴 때는 순간적 공기 유량이 증가

2. 과도한 희박 혼합기 발생하므로 불완전연소가 되어

3. 엔진의 떨림(hesitate)또는 요동하는(flat spot)현상 발생

4. 급 가속 시 추가 연료 공급장치로 가속펌프가 필요

1. 가속-펌프는 스로틀 밸브와 연동되어 있음

2. 스로틀 밸브가 갑자기 열릴 때는 펌프레버는 스프링( spring)을 풀고,

3. 플린저를 하강하여 펌프 제트에서 연료 분출시켜 공기유동에 연료 공급

4. 갑자기 증가하는 공기량에 연료를 순간적으로 공급 연소 가능한 혼합기를 만듬

가속 시스템(accelerate system)

필요성

구조

펌프 레버(pump lever)

펌프 플렌저(pumpplunger)

리턴스프링(return sprimg

체크 볼(check ball)

펌프 제트(pump jet)

가속 패달를밟아 스로틀밸브가 갑자기열림

흡입 공기량의 증가됨. 가속 패달과연동된 펌프레버가 하강하며 플렌저를 누름

펌프 제르에서 연료가분출됨

연소 가능한 혼합기형성

가속 시스템(accelerate system)

1. 냉간 시동을 위해서는 매우 농후한 혼합기(공연비 9:1 )가 필요2. 엔진이 차가울 경우에는 연료의 일부만 증발 기화하므로3. 가연성 혼합기를 만들기 위해 충분한 여분의 연료를 공급해야 한다. 4. 초크를 닫음으로써 에어혼 내의 진공압이 커짐5. 충분한 연료가 분출되어 시동 가능한 혼합 기가 형성



벤츄리(venturi)


초크 밸브가 닫힘

에어 혼 내의 진공압이 증가 함

연료 노즐을 통해연료가 분출됨

시동이 가능한 농후한혼합기 형성

초크 시스템(choke system)

초크 밸브(choke valve)

초크 로드(choke rod)

진공 통로(vacuumpassage)

열 입구(heat inlet)

온도 조절스프링(thermostaticSpring)

진공피스톤(vacuum piston)

자동 초크(automatic choke)

1. 배기관 온도와 부압으로 작동되는 온도 조절 스프링과 진공 피스톤이 초크 밸브와 연결2. 온도 조절 스프링은 온도변화에 따라 거나 풀림,3. 진공 피스톤은 흡기 매니폴드의 부압 변화에 따라 전후로 움직임4. 엔진이 냉간 운전 시에는 온도 조절 스프링이 감겨지게 되어 초크 밸브는 닫힘5. 엔진이 난기 운전됨에 따라 스프링이 풀리게 되어 초크 밸브는 열리는 방향으로 움직임

진공피스톤(vacuum piston)

초크 밸브(choke valve)

온도 조절스프링(thermostaticSpring)

스로틀밸브의개도에 따른진공압

냉각수 또는배기가스로부터의 열

자동 초크(automatic choke)의 작동

플로트 장치 (float system)

플로트(float), 니들밸브, 플로트실 되어 있으며 연료탱크로부터 연료를 공급받아 일시 저장한다.

플로트와 니들밸브가 유입되는 연료의 수위 조절하여 벤추리 내의 주노즐에 연료를 공급시킨다.

수위가 높으면 연료 노즐로부터 과잉 연료공급 → 농후 혼합기

수위가 낮으면 연료 노즐로부터 적은 연료공급 → 희박 혼합기플로트 시스템의 작동

구성

목적

플로트(float)벤트

(vent)

니들밸브(needle valve)

연료입구(fuel inlet)

2배럴기화기 (two-barrel carburetor)

1. 2배럴 기화기는 하나의 어셈블리 내에 2개의 배럴을 가짐.2. 주 배럴은 스로틀 밸브가 45도 이상으로 열릴 때까지 모든 실린더에 혼합기를 공급3. 2개의 스로틀 밸브 사이의 링크가 또 다른 밸브를 열기 시작4. 주 스로틀 밸브의 개방은 부 스로틀 밸브를 열어서 모든 배럴에 충분한 혼합기를 공급5. 중속과 고속 성능으로 향상

저속과 중속 시

적은 양의 혼합기가 필요할 때

한 개의 배럴을 사용

고속 시

많은 양의 혼합기가 필요할 때

두 개의 배럴을 사용

2배럴 기화기의 작동원리

2배럴 기화기 사진

가솔린 연료 분사 시스템( gasoline fuel injection system)

가솔린 자동차 엔진의 연료 분사 장치로 많이 사용되었던 기화기

(carburetor)방식의 연료장치는 정비가 쉬운 장점에도 불구하고

배기가스 규제강화에 의한 배출가스 허용기준을 만족하지 못하고

1980년대 이후부터 전자제어가솔린 분사장치로 대체되었다.

전자제어가솔린 분사장치는 운전조건 즉 엔진속도와 부하에 따른

연료의 양을 조절하여 적절한 공연비 를 유지하여 연료 소비율을

향상시키고 배기가스를 저감시킬 수 있게 되었다.

발달 배경

가솔린 분사장치의 종류

연료공급방법

SPI (single-point injection) 한 점에서 연료를 분사

MPI (multi- point injection) 여러 점에서 연료를 분사

분사방법

연속분사 (Continuous injection) 연속적으로 분사

정기분사(intermittent injection) 일정시간 만 간헐적으로 분사

제어방법

기계식(mechanical injection) 기계적 방법에 의해 분사

전자식(electronic injection) 전자적 제어에 의해 분사

분사위치

포트연료분사 PFI

(port fuel injection : PFI)

각각의 흡기 포트에 분사밸브나 인젝터가 위치한 포트연료분사시스템

스로틀바디분사 : TBI

(throttle body fuel injection : TBI)

한 개 또는 두개의 인젝터가 스로틀 밸브

상부에 위치한 스로틀 바디 연료 분사시스템

가솔린 직접 분사 GDI

(gasoline direct injection : GDI)

실린더 내에 인젝터를 설치하여연소실내로]

직접 분사하는 연료분사시스템

전자 엔진 제어 시스템

엔진 제어 시스템의 구조 입력부(input unit)

1. 센서: 여러 가지 정보를 검출2. 제어부: 센서의 신호를 분석하여 최적의 연료분사시간과 점화시기가 되도록 연산 처리3. 작동기: 제어부로부터 나온 출력 신호를 받아 동작

전자제어모듈( ECM)

센서

제어부(control unit)

출력부(output unit)작동기 (actuator)

3) 전자 제어 모듈(electronic control module : ECM)

ECM은 전자제어시스템의 제어부로서 마이크로 컴퓨터를 말한다.

중앙처리장치 (CPU)

ROM

RAM

록업 테이블(look-up table, 영구정보)

KAM(keep alive memory, 휘발성 메모리)

메모리 칲 (read only memory) 읽을 수 있으나 바꿀 수 없음

(random access memory) 읽고 바꾸거나 새로운 정보를 입력할 수 있음

ECM의 구조

엔진의 주요제어는 를 조절하여출력을 유지하고, 배기가스 배출을 줄인다.

1. ECM은 센서로부터 정보와 데이터를 끊임없이 수집한다

2. 룩 업 테이블(look-up table)에 저장되어 있는 다른 데이터와 비교한 후,

3. 점화장치, 토크컨버터, 연료 인젝터, 에어컨, 배기가스 재순환 등의작동시기를 결정한다.

연료 분사량

점화시기

ECM 사진

전자 제어 모듈(ECM)의 작동

3. 엔진 센서(sensor)와 작동기(actuator)

스로틀 개도 센서(throttle-position sensor : TPS)

공기유량 측정 센서(air flow sensor: AFS)

흡기매니폴드 진공센서(manifold atmospheric pressure : MAP)

대기압 센서(Atmospheric pressure sensor)

공기온도 센서(Air temperature sensor : ATS)

냉각수 온도 센서(Coolant temperature sensor: CTS)

산소 센서 (Oxygen sensor)

엔진 속도 센서(engine speed sensor)

노크센서 (Knock sensor)

크랭크각 센서(crank angle sensor)

인젝터 (injector)

점화장치(ignition system)

아이들링 속도제어 밸브(idle speed control valve)

입력회로

입력회로

ECM(마이크로컴퓨터)

A-D변환기

출력회로

흡입 공기 유량의 측정(measuring intake-air flow)

흡기 매니 폴드로 유입되는 공기의 양은 정확하게 측정되어야 한다.

ECM은 분사된 연료의 양을 계산하기 위하여 이 정보 근거로 연산처리

간접 측정 방법 직접 측정 방법

O 스로틀밸브 개도 (TPS)

O 흡기 매니폴드의 진공도(MAP)를

사용하여 흡입 공기량을 계산

O 베인 (vane)

O 유량 센서 플레이트

(air flow sensor plate)

O 칼만와류 방식

O 열선 (hot wire)

O 열 필름 (heated film)

흡입 공기 간접 계산 방법

O 흡입공기의 질량을 직접적으로 측정하지 않는 연료분사시스템에서 사용되는 방법으로 엔진의

회전수, 엔진부하에 대한 정보를 이용하여 ECM이 흡입 공기량을 계산하게 된다.

O 스로틀 개도와 흡기 매니폴드 진공도로 부터 흡입공기유량을 계산하는 간접적 측정 방법이다.

O ECM은 흡기 매니폴드 진공도(MAP)센서의 전압신호를 계속적으로 측정하고 스로틀 위치 센서

(TPS)의 신호와 조합하여 흡입 공기량을 계산하게 된다.

엔진 회전수

기타 정보

스로틀 밸브 개도(TPS)

엔진부하 흡기매니폴드 절대압력(MAP)

대기압력, 대기온도

흡입 공기량계 산

O 스프링이 장착된 베인은 공기 유로 내에 있고, 통과하는 유량은베인을 회전시킴

O 공기량이 많을 수록 베인은 더 많이 회전함

O 베인 개도 센서는 회전식으로 베인의 개도에 따라서 변화하는 전압신호를 ECM에 전송

베인 (vane)

공기 유량 센서

센서날개(sensor flap)

스프링(spring)

평행날개(balance flap)

공기 유량 센서 판 (air flow sensor plate)


공기 유량 센서판은 유량계의 공기 유로 내에 있으며,공기량이 증가함에 따라 판은 더 높이 움직인다.

제어 플런저(control plunger)

센서 레버(sensor lever)

연료

센서 판(sensor plate)

연료 배분기(fuel distributor)

칼만 와류식(Karman Vortex)


O 칼만볼텍스 현상을 이용한 초음파 검출방식의 센서O 정류관을 통한 공기는 정면에 가로막힌 기둥에 의해 와류가 생김O 내부의 수신기에서 초음파를 송신기 쪽으로 발사함O 와류는 초음파 흐름을 교란하게 되고 수신기 속에서 불규칙적인 초음파 신호를 수신하게 됨O 불규칙적인 신호를 파형 정형하여 깨끗한 디지털 펄스로 바꾸어 ECU로 보낸다.

가열필름 (heated film)


O 가열필름은 고온물질로 코팅된 금속 박막이나 니켈격자로 구성되어있음

O 공기유도이열을 빼앗는다면 더 많은 전류를 보내어 온도를 유지해야 함

O 온도를 유지하는데 요구되는 전류량이 공기의 통과유량을 나타냄

모듈(module)

샘플 튜브(sample tube)

가열필름공기유량센서(heated filmAir flosensor)

유동 튜브(flow tube)

O 스로틀 바디는 스로틀 밸브를 가지고 있고 스로틀 밸브는 가속 폐달과 연결되어 있음

O 가속 페달을 밟는 것은 스로틀 밸브를 여는 것이며 더 많은 공기가 엔진내로 흘러들어감

스로틀개도센서(TPS: throttle position sensor)

O ECM은 스로틀 밸브의 개도를 알아서 엔진 내로 유입되는 공기유량에 연료량을 맞춤

O.스로틀 개도 센서는 ECM에 스로틀 개도를 계속 하여 알려주는 역할을 함

스로틀 개도센서(throttle positionSensor)


흡기매니폴드의 진공도 센서(manifold atmospheric pressure : MAP)

흡기 매니폴드의 진공도는 두 가지 방법으로 측정된다.

진공게이지에 의한 방법 절대압력(MAP) 게이지에 의한 방법

대기압

다이어프램

흡기메니폴드진공도

흡기메니폴드진공도

다이어프램진공

두 게이지 모두 게이지 내의 두 개의 공간을 분리하는 유연한 다이어프램을 가지고 있다.

절대 압력 게이지의 한 공간은 진공 상태이고, 진공 게이지는 대기압과 흡기 매니폴드의 압력을 비교한다.

진공압력게이지 = 대기압 - 흡기매니폴드 진공압력

절대압력게이지 = 진공 - 흡기매니폴드 압력

공기 온도 센서(Air temperature sensor : ATS)

1. 변화하는 대기압과 공기 온도는 공기의 밀도를 변화시킨다.

2. 대기압과 공기온도에 따라 공기 중에 포함되는 산소량이 변하므로 이에 따라 분사 연료량이

변화해야 한다.

3. ECM은 대기압과 흡입공기 온도에 대한 정보를 이용해서 정확한 공기량을 계산할 수 있다.

흡기온도센서(서미스터식)

냉각수 온도센서

( coolant temperature sensor: CTS)

서미스터(thermistor)

수온센서 (서미스터식)

3. ECM은 엔진 온도에 적절하게 점화시간을 변경시킨다.

1. 냉각수 온도 센서는 ECM에 대하여 계속적으로 엔진 냉각수 온도를 보고하는 온도계이다.

2. 냉각수 온도가 낮으면 ECM은 냉간 운전을 위하여 여분의 연료를 공급할 수 있도록 연료공급 시스템에 신호를 보낸다.

4. 엔진내의 냉각수 온도를 감지함으로써 엔진의 온도를 알 수 있고, 이에 따라 냉각수순환팬의 작동이 결정된다.

산소센서( oxygen sensor: O2 sensor)

4. 공급 혼합기가 농후하면 산소량이 0이고, 희박하면 산소량이 증가함으로 ECM은 산소량정보로부터 연료의 분사량(인젝터 분사시간)을 결정한다.

1. 산소 센서 또는 O2센서는 배기 매니폴드나 배기관에 설치되어 있으며, 이 센서는배기 가스내의 산소의 양을 측정한다.

2. 산소에 노출되면 작은 전압을 발생시켜 ECM에 보낸다. 전압은 배기가스내의 산소양에 따라 변화한다.

3. 배기가스 내의 산소양을 측정함으로써 엔진 내의 연소 상황을 알 수 있다.

전압신호

지르코니아

백금코팅 배기가스

대기공기

산소센서의 작동

1. 산소 센서의 전압 신호는 1.30볼트와 0.15 볼트 사이이며, 전압이 0.45 볼트(450 밀리볼트)에 접근하면, 공연비는 이론 공연비 14.7 : 1에 가까워진다.

2. 전압이 0.45볼트 보다 높으면 산소량은 적어서 공연비는 농후하게 되고,

전압이 0.45볼트 보다 낮으면 산소량이 많아서 공연비는 희박하게 된다.

3.. 산소 센서는 엔진이 차가울 때는 작동하지 않으며 200˚C ∼ 800 ˚C 온도에서 작동한다.

개방루프 모드 와 폐루프 모드

개방루프 모드(open loop mode)

폐루프 모드(closed loop mode)

엔진이 운전되기 위한 룩업테이블의 데이터

만을 이용하여 연료량을 계산하여 분사

개방루프로 작동하면 농후한 혼합기를 공급

산소센서로 부터 전압신호가 발생하면

ECM은 페루프 모드로 전환됨

산소센서로 부터의 정보를 피드백 받아

정확한 연료량을 계산하여 분사

엔진속도센서 (engine speed sensor)

1엔진 속도 센서는 보통 ECM에게 엔진 크랭크 축의 회전 속도를 알려주는 크랭크 축의 회전 속도를

알려주는 크랭크 축 위치 각도 센서이다.

2. ECM은 이 데이터를 연료 공급과 점화 진각을 제어하고, 전자 자동 변속기와 트랜스 액슬의 변속을

제어하는 데 사용한다.

3. 크랭크 축 위치 센서들은 홀 효과 센서(hall-effect sensor)또는 마그네틱 센서이다.

크랭크축에는 눈금이 새겨진 디스크가 크랭크축이 회전할 때마다 전기적 펄스를 발생한다.

이 펄스들이 ECM으로 보내져 초당 펄스 수를 세어 엔진의 회전수를 계산한다.

1 V

0 V

마그네틱 크랭크 축 위치 센서

크랭크축 디스크(crankshaft wheel)

마그네틱크랭크축 센서

홀 효과 크랭크축 위치 센서

홀센서(hall sensor)

인터럽트 링(Interrupter ring)

크랭크축 1회전

12V0V

출력펄스

엔진속도센서 (engine speed sensor)

3) 작동기(actuator)의 작동

센서들이 ECM으로 정보를 보내면 입력

ECM은 결정을 하고 작동기에 명령을 내림 제어기

작동기가 작동 출력

O 액추에이터은 자동차와 엔진 구성품들을 작동하는 기구나 장치

O ECM으로부터의 전기적 신호를 기계적 운동으로 변환하는 변환기

O 입력은 일반적으로 센서나 스위치로부터 얻음

O 작동기는 스위치, 밸브 , 펌프 ,인젝터,스파크플러그 등 임

작동기(actuator)

자동차의 작동기(actuator)의 종류

연료 인젝터 (fuel injector) 연료분사량과 분사시기에 따라 연료 분사

아이들 공기 제어 밸브(idle air control valve) 스로틀 바디에서 바이패스 공기량 조절

전기 점화 장치(electronic spark module) 점화순서에 따라 각 실린더에서 전기 방전

연료 펌프(fuel pump) 작동 스위치 연료 펌프의 작동

엔진 냉각팬 ( cooling fan) 작동 스위치 엔진 냉각 팬의 작동

토오크 컨버터 클러치(torque convertor clutch) 토크 컨버터의 작동

에어컨(air conditioniry) 스위치 에어컨 작동

4) 연료 인젝터(fuel injector)

O 연료펌프는 주어진 압력하에서 인젝터에 연료를 공급O 인젝터가 열리게 되면 곧바로 연료가 분사됨. O 인젝터 내의 솔레노이드(solenoid)가 밸브를 개폐하게 됨O 인젝터의 개패는 ECM으로부터의 펄스 신호에 의해 움직인다.O 연료 분사량은 펄스 폭에 의해 결정된다.

펄스 폭이 작으면 인젝터 시간이 짧아져서?

연료의 양이 많아 지므로농후한 혼합기 형성

연료의 양이 적어 지므로 희박한 혼합기 형성

펄스 폭이 크면 인젝터 시간이 길어져서 ?

펄스길이 -> 분사시간

사이클 주기

희박혼합기 농후혼합기

사이클 주기사이클주기

ECU로 부터 연료 인젝터에 지시되는신호인 펄스 폭이 연료 분사량을 결정한다

운전조건에 대한 펄스 폭의 길이(분사기간)

냉간 시동

냉간 공전

냉간 운전

난기 운전

난기 정속

난기 가속

스로틀밸브전개

스로틀밸브닫힘

난기공전

연료공급

펄스신호

연료분사

연료 인젝터의 작동

아이들 공기 제어 밸브(idle-air control valve : IAC)

아이들 공기 제어 밸브의 작동

아이들 공기 제어(IAC) 밸브는 스로틀 바디에 장착되어 있다. 이 밸브가 하는 일은일정한 아이들 속도를 유지하고, 엔진의 부하가 갑자기 증가하였을 때, 엔진이 불안정해지는 것을 방지하는 것이다.

아이들 공기 제어 밸브의 구조

ECM의 명령에 의해 통과 공기유량을 증감시키기 위해 통과 단면적이 변화하는 원추형 밸브가 움직인다.

아이들 공기제어 밸브(idle air controlvalve)


IAC밸브(IAC valve)

스로틀 바디(throttle body)

공기 바이패스(air bypass)

가솔린 연료 분사 시스템의 종류

Bosh사의 PFI (Port Fuel Injection)시스템

1. K, KE Jetronic PFI (port fuel injection) system

2. L-Jetronic PFI (port fuel injection) system

3. Motronic PFI (port fuel injection) system

General Motor사의 TBI( throttle body injection) 시스템

미쓰비시 GDI( gasoline direct injection) 시스템

KE Jetronic PFI ( port fuel injection) system

연료탱크(fuel tank) 압력조정기

(pressure regulator)

연료 배분기(fuel distributor)

공기유량센서판(air flow sensorplate)

배터리(battery)

점화 배전기( ignition distributor)

산소센서(oxygen Sensor)


냉간시동밸브(cold start valve)

스로틀밸브(throttle valve)

공기(air)


O 기계적 제어방법과 연속분사방식을 사용하며 인젝터로부터 연속적으로 연료가 분사된다O 연료의 분사량 제어는 공기 유량 센서판과 연료 배분기에 의해 공급된다O 흡입공기의 유량에 따라 공기유량 센서판이 작동하면 컨트롤 플런저가 움직여

인젝터로 통하는 통로 면적을 변화시켜 연료량이 제어된다

L-Jetronic PFI ( port fuel injection ) system

흡기포트에 인젝터를 장착하여 ECM 으로 부터 펄스 신호를 이용하여 연료를 분사하는 시스템으로 베인형 공기량 센서와 냉간시동 밸브를 사용한다

ECM연료탱크(fuel tank)


산소센서(oxygenSensor)

냉간시동밸브(cold startvalve) 스로틀밸브

(throttle valve)

공기유량계(air flow meter)

점화 배전기( ignition distributor)

스로틀밸브개도센서(TPS)


연료펌프(fuel pump)

Motronic PFI ( port fuel injection) system

공기유량센서

ECU

이차공기펌프(secondary air pump)


연료탱크(fuel tank)

스로틀밸브(throttle valve)

캐니스터(canister)

퍼지밸브(purge valve)

산소센서(oxygen Sensor)

TBI ( throttle body injection) 시스템

O 스로틀바디 분사시스템은 한 개의 인젝터가 스로틀 바디의 스로틀 밸브에 연료를 분사하여모든 실린더의 연료를 공급한다.

O 압력조절기가 인젝터로 보내는 연료의 압력을 일정하게 유지하고 아이들 공기 제어 밸브(IAV)와 스로틀 개도 센서(TPS)를 이용한다



압력조정기(pressure regulator)

아이들 공기제어 밸브(idle air controlvalve)

연료공급(fuel supply)

공기(air)

연료회수(fuel return)

GDI( gasoline direct injection) 시스템

연료압력조정기(fuel pressureregulator)

연료 인젝터(fuel injector)연료탱크

(fuel tank)

연료펌프(fuel pump)

연료레일(fuel rail)

O 실린더 내에 연료를 직접 분사하는 방식으로 희박 혼합기를 공급하여 연소시켜 연비를 향상시킴

O 실린더 내에 공기 유입을 수직 흡입 메니폴드를 이용하여 강한 역 유동( reverse tumble)을 일으킨

후 압축행정 중에 연료를 고압으로 분사한다

Documents

4 장 연료공급시스템 ( fuel supply system)elearning.kocw.net/document/region/2010/12/02/12_02_0… · · 2010-08-04(choke valve) 초크로드 (choke