연료 분사는 어떻게 작동합니까?

Mar 15, 2023

연료 분사는 현대 자동차가 모든 면에서 그토록 뛰어난 이유 중 하나입니다.

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연료 분사는 우리가 당연하게 여기는 현대 엔지니어링 편의 시설입니다. 어떤 온도, 어떤 고도, 어떤 조건에서도 자동차가 안정적으로 시동을 걸 수 있게 해주는 기술이 초기 단계에 있었고 기화기에 비해 자체적인 주의 사항이 있었던 것은 그리 오래되지 않았습니다.

그러나 이제 연료 분사는 대부분의 내연기관 자동차에 동력을 공급하며 지난 30년 동안 그렇게 해왔습니다.

이는 기계식 연료 분사 시스템으로 처음 출시된 이래로 많은 발전을 이루었으며 현대 엔진이 갖는 연비, 배기가스 배출 및 출력의 놀라운 균형을 크게 담당합니다. 이 모든 것은 현대식 연료 분사가 제 역할을 수행할 수 있는 정밀도에 달려 있습니다. 하지만 어떻게 작동하나요? 글쎄요, 훌륭한 독자 여러분, 편히 앉아 긴장을 풀고 설명하겠습니다.

연료 분사를 이해하려면 엔진이 작동하는 방식을 전반적으로 이해해야 합니다. 가장 간단하게 말하면, 엔진은 공기/연료 혼합물을 흡입하고, 해당 혼합물을 압축하고, 점화하고, 배출하는 공기 펌프입니다. 엔진의 가장 중요한 매개변수 중 하나는 공기와 연료의 혼합이며, 이러한 혼합을 제어하면 모든 것에 정확하게 영향을 미칩니다. 마력, 연비, 배기가스, 열, 효율성 등 원하는 대로 지정할 수 있습니다.

과거에는 자동차가 기화기를 사용하여 공기와 연료 혼합물을 측정했습니다. 이는 복잡한 통로에서 진공 및 압력 차동 장치를 사용하여 차량이 유휴 상태인지, 순항 상태인지 또는 최대 속도인지 확인하는 기계식 컴퓨터처럼 작동했습니다. 기화기의 문제점은 특정 크기의 연료 제트로 미리 조정되어 있다는 것입니다. 즉, 고도 변화나 온도 변화가 엔진 출력과 동작을 크게 변화시킨다는 의미입니다. 본질적으로 연소실 훨씬 앞에서 연료를 혼합하는 것은 그다지 정확하지 않았습니다. 이는 엔진의 튜닝이 미리 결정되는 소위 "개방 루프" 시스템입니다.

연료 분사는 완전히 다른 방식으로 작동하며 몇 가지 변형이 있습니다. 그러나 결정적인 차이점은 일관된 연료 안개를 제공하는 기화기 대신 연료 분사가 해당 용도에 맞게 정확하게 맞춰진다는 것입니다. 연료 분사는 흡입구로 들어가는 공기의 양에 따라 조정됩니다. 그런 다음 해당 실린더 이벤트에 해당하는 연료 펄스가 분사됩니다.

연료 분사 형태의 차이점은 연료 분사 시간이 어떻게 정해지는가입니다. 기계식 연료 분사는 전자 장치 없이 작동하며 일반적으로 엔진의 캠축 중 하나를 사용하여 엔진에 물리적으로 시간이 맞춰집니다. 전자식 연료 분사는 엔진 크랭크샤프트, 캠샤프트 또는 둘 다의 센서를 사용하여 타이밍을 맞춰 분사의 올바른 타이밍과 길이를 결정합니다.

가장 일반적인 분사 형태인 전자식 연료 분사(EFI)의 가장 큰 장점은 폐쇄 루프를 작동할 수 있다는 점입니다. 즉, EFI는 조건에 따라 자체적으로 능동적으로 조정할 수 있으며 공기 질량 센서, 매니폴드 압력 센서 또는 산소 센서의 판독값을 기반으로 항상 연료 혼합을 최적화할 수 있습니다. 이는 자동차가 영하의 온도인 14,000피트에서 쉽게 시동을 걸고 해수면의 화씨 110도에서도 즉시 동일한 작업을 수행할 수 있음을 의미합니다.

최신 EFI 시스템에는 직접 주입과 포트 주입이라는 두 가지 주요 유형이 있습니다. 직접 분사는 이제 휘발유 연료 분사의 지배적인 형태로 편재성을 보고 있으며 한동안 지배적인 디젤 연료 분사 시스템이었습니다. 현재 폭스바겐 EA888 엔진의 경우 약 2,900psi의 매우 높은 압력으로 연료를 연소실에 직접 분사합니다. 이를 통해 연료는 짧은 순간에 거의 원자 수준으로 미세한 안개로 분사되어 공기와 연료의 최대 혼합을 촉진하고 인젝터 펄스당 연료의 터무니없을 정도로 정확한 양을 얻을 수 있습니다. 주요 단점 중 하나는 포트 분사보다 유지 관리가 더 많이 필요하고 연료가 일반적으로 포트 분사 엔진의 밸브를 청소하기 때문에 밸브에 악명 높은 탄소 축적이 남는다는 것입니다.