내연기관 (Internal Combustion Engine) 2012 년도 1 학기 ( 제 9 주 ) 기계자동차공학부 박승운
DV6C_1.6HDi 엔진 by carfeteria.hani.co.kr
학습목표 o 가솔린기관의연료계통과연료공급장치에대한이해 학습성과 o 가솔린기관의연료계통및연료공급계통에대한구성원리와구성품들의 기능을설명할수있어야함.
강의내용및순서 연료계통
개론 가솔린기관과디젤기관의주요특성비교 특성항목 회전수 (rpm) 출력 (PS/L) 출력중량 (kg/ps) 연소가스압력 (kg/cm 2 ) 압축비 연료소비율 (g/ps h) 가솔린기관 3600~4400 50~80 0.8~2 30~50 6~9 180~250 디젤기관 1800~2600 20~30 3.2~4 50~140 12~22 160~220
연료계통 : 연료탱크에서출발하여실린더까지들어가는연로통로 연료탱크 연료여과기 연료펌프 기화기 흡기다기관 흡기밸브 실린더 ( 배기밸브 배기다기관 소음기 ) http://www.discountfuelpump.com http://www.arthursclipart.org
연료계통 1) 연료탱크 (fuel tank) ; 기관이필요로하는연료의저장소. - 용량 : 1일운전에필요한양 - 재질 : 강판상하용접구조, 내부아연도금 - 내부구조 : 격판 2~3개설치 - 배출구 : 하부에설치 - 증발연료관 : 상부에설치하여연료증기제거 2) 연료여과기 (fuel filter), 일명 fuel strainer ; 연료에함유되어있는부유물과불순물을제거하는장치 - 내부에여과지나금속망이설치됨 http://www.arthursclipart.org
연료계통 3) 연료펌프 (fuel pump) ; 연료를연료탱크로부터기화기의 float chamber까지이송시키는장치. - 펌프식과중력주유식 - 중요역할 : 기화기 float chamber 내의연료의양을일정하게유지시켜주는것. - 차량용연료펌프 : diaphram식펌프사용 * 기계식, 전기식, 전자식, 진공식 4) 공기청정기 (air cleaner) aa1car.com aa1car.com ; 흡입되는공기중에함유되어있는불순물을제거하는장치 - 건식과습식
연료계통 5) 흡배기장치 ; 흡기밸브, 흡기다기관, 배기밸브, 배기다기관, 배기관, 배기가스정화장치, 소음기. o 흡기다기관 (suction manifold or intake manifold) ; 다실린더기관에서 1 개의기화기에서의혼합기체를각실린더로분배하는역할.. - 모양과길이에따라혼합기체의관성력에영향을미침. - 단면적은급격한변화가없을것. o 배기다기관 (exhaust manifold) ; 각각의실린더에서나온배기가스를모아배기관으로보내는역할. - 가단주철로주조 - 가능한한굴곡이없어야함.
연료계통 5) 흡배기장치 ; 흡기밸브, 흡기다기관, 배기밸브, 배기다기관, 배기관, 배기가스정화장치, 소음기. o 소음기 (muffler) ; 고압의연소가스가대기중에배출될때폭발음이발생하고, 이폭발음을제거하는장치. - 내부에는몇개의격막또는되돌림관설치.
: 기화기, 전자제어연료분사장치. 기화기 (carburetor)
: 기화기, 전자제어연료분사장치. 기화기 (carburetor) 1) 기화기의역할 - 연료와공기를혼합한혼합기를만들고, 이혼합기의양을가감하여출력을조절하는장치. 구비조건 - 정확한혼합비가조성될것. - 연료의무화가잘될것. - 출력에민감하게순응할것. - 내부에서의유동저항이작을것. - 공기와연료가잘혼합될것. - 제작및조정이쉬울것. 출처 : WIKIPEDIA
: 기화기, 전자제어연료분사장치. 기화기 (carburetor) 2) 기관이요구하는혼합비 : 1 가연혼합비 : 6~22-6 이하일경우, 연료의양이너무많아점화시켜도점화되지않음 (miss fire, 실화 ) -22 이상일경우, 희박연소가일어남. * lean burn : 혼합비가 25~28인경우 2 시동혼합비 : 1~5 - 겨울철 : 1, 여름철 : 5 3 저속운전혼합비 : 7~8 - 연료소모급증, 매연발생 4 최대출력혼합비 : 12.8 5 이론혼합비 : 14.8( 15)( 이소옥탄의이론혼합비를기준 ) 6 경제운전혼합비 : 16~18 - 연료소비율이가장낮은상태로운전하는것.
: 기화기, 전자제어연료분사장치. 기화기 (carburetor) 혼합비의지나친농후 / 희박의경우 : 혼합비가너무농후할경우 (M<6 이하 ) 혼합비가너무희박할경우 (M>22 이상 ) - 출력저하 - 연료소비량많음 - 매연발생, 가솔린냄새발생 - 기관과열 - 플러그돌출부에탄소퇴적물쌓임 - 고속회전불가능 - 윤활유의희석초래 - 출력저하 - 가속시역화발생 - 기관과열 - 기관시동곤란 - 고속회전시실화초래 - 저속회전곤란 - 배기가스의색이담황색
: 기화기, 전자제어연료분사장치. 기화기 (carburetor) 3) 기화기의원리 o 공기량
기화기 (carburetor) 3) 기화기의원리 o 연료량
기화기 (carburetor) 3) 기화기의원리 기관의운전중에는변하지않으므로흡기관과 venturi 목의압력차에의해변함. 즉, 피스톤의속도에따라변함.
기화기 (carburetor) 4) 기화기의구조 http://www.arthursclipart.org http://www.google.co.kr
기화기 (carburetor) 4) 기화기의구조 구성 : venturi 관, 주노즐 (main nozzle), 플로트실 (float chamber), 플로트 (float), 니들밸브 (needle valve), 쵸크밸브 (choke valve), 교축밸브 (throttle valve), 에어블리드 (air bleed), 공전노즐, 저속노즐등. 재료 : 알루미늄합금, 주조 보정장치 : - 고부하보정장치 - 전력보정장치 - 가속보정장치 주요구성품의역할 o 플로트실 (float chamber) : 연료펌프에서들어오는연료의양을일정하게유지시킴. - 플로트, 니들밸브 - 연료제트 (fuel jet) : 노즐의연료량을가감함. - 에어벤트 : 벤츄리의압력이급격히감소되었을때많은량의연료가흡출되는것방지.
기화기 (carburetor) 4) 기화기의구조 주요구성품의역할 o 벤츄리 (venturi) : 지나는혼합기의속도를빠르게함. - 주노즐 : 벤츄리의목에설치 - 쵸크밸브 : 공기의양을가감 - 교축밸브 (throttle valve) : 혼합기의양을가감 출력증감 o 노즐 (nozzle) : 플로트실과노즐출구의압력차에의해연료가분출되는곳. - 주노즐, 저속노즐, 가속노즐 - 노즐립 (nozzle lip) : 연료가실린더내로넘쳐흐르는것을방지. 5~10mm - 에어블리더 (air bleeder) : 연료의무화를촉진. o 쵸크밸브 (choke valve) : 시동시공기량을감소시켜혼합비를농후하게하는장치 o 교축밸브 (throttle valve) : 혼합기의양을가감시켜출력을변화시키는장치.
기화기 (carburetor) 5) 단순기화기 (sipmle carburetor) ; 혼합기를구성하기위한최소한의장치만을구비한혼합기. 벤츄리 (venturi), 주노즐 (main nozzle), 플로트실 (float chamber) 만구비됨. 단순기화기만으로운전이불가 여러가지보정장치추가설치필요 A 구간 : 공운전보정장치 ( 공운전노즐 ) B 구간 : 저속보정장치 ( 저속노즐 ) C 구간 : 고부하보정장치 ( 혼합비조절장치 ) D 구간 : 전부하보정장치 ( 추가연료공급장치 ) 또는전력보정장치
기화기 (carburetor) 5) 단순기화기 (sipmle carburetor) A) 공운전및저속보정장치 - 공운전노즐 ( 공운전포트 ) - 저속노즐 ( 저속포트 ) - 공운전조정나사 - 에어블리더 (air bleeder) B) 고부하보정장치 ; 혼합비를증가시키기위한장치 - 연료량을감소시키는방법 - 공기량을증가시키는방법 1 보조공기밸브식
기화기 (carburetor) 5) 단순기화기 (sipmle carburetor) B) 고부하보정장치 2 에어블리더방식 3 2 중노즐방식
기화기 (carburetor) 5) 단순기화기 (sipmle carburetor) B) 고부하보정장치 4 플로트실압력제어방식 C) 전부하보정장치 ; 혼합비를감소시킬목적으로연료제트와미터링로드에의한연료추가공급방식. - 미터링로드 : 일명 economizer
기화기 (carburetor) 5) 단순기화기 (sipmle carburetor) D) 가속보정장치 ; 가속순간가속펌프를작동시켜가속노즐을 통해연료추가공급 http://www.arthursclipart.org
기화기 (carburetor) 6) 기화기의빙결현상 - 스로틀밸브가 1/4 ~1/2 정도열렸을때, 밸브후면에어름이형성되는현상 - 공기의고속유동에따른낮은압력과연료기화에따른기화열에의한온도저하가원인. 빙결방지법 - 흡기관에알코올분사 - 배기가스로흡기관주위가열 - 스로틀밸브를중공으로만들어내부에가열된윤활유순환 7) 플로트실없는기화기 (floatless carburetot) ; 플로트실대신에다이아프램 (diaphram) 연료실을사용 - 요동이심할경우니들밸브에의한연료제어가곤란한경우. - 항공기나요동이심한자동차에적용.
전자제어연료분사장치 (electronic gasoline injection system) 1) 개요 ; 연료분사량을전자제어유니트 (Electronic Control Unit, ECU) 로제어, 엔진에서필요한혼합기를효과적이고정확하게공급하는장치. - 현재의작동상태를센서로점검 - 운전조건에최적인혼합기공급 - 출력향상및배기가스저감 - MPI(Multi Point Injection) 엔진이대표적 http://www.perkins.com
전자제어연료분사장치 (electronic gasoline injection system) 1) 개요 o 벤츄리방식기화기에비교한전자제어분사방식의특징 1 엔진출력향상 * MPI 방식에의한연료분배균일 * 벤츄리가없어흡입공기유동저항작음 * MPI 엔진은이상적인흡기매니폴드형성 2 유해배기가스감소 * 운전조건에따른연료공급조절용이 * 감속시연료차단용이 * 고압분사에의해희박혼합기설정가능
전자제어연료분사장치 (electronic gasoline injection system) 1) 개요 o 벤츄리방식기화기에비교한전자제어분사방식의특징 3 연료소비량의감소 * 최적연료공급 * 감속시연료차단용이 4 운전성의향상 * 가속및감속에대한응답성양호 * 냉각수온도및흡기온도의악조건운전성양호 * vapor lock, percolation, 빙결현상 (icicng) 등에대한고장없음 * ISC(idle speed control) 서보에의해안정된공회전유지 5 저온시동성향상 * 연료의중량보정에의해시동용이 * ISC 서보에의해안정된시동 2) 종류 1 분사량조절방식에따른분류 - 매니폴드압조정분사식 (MPC 방식 ): 흡기매니폴드압력에의해연료분사량결정및분사. - 공기량조정분사식 연소실의공기량측정, 적정연료량분사.
전자제어연료분사장치 (electronic gasoline injection system) 2) 종류 2 분사노즐의배치방식에따른분류 - 싱글포인트 (SPI 방식 ): 일명 TBI(throttle body injection) 방식 한개또는복수의인젝터를한곳에설치하여분사. - 멀티포인트분사식 (MPI 방식 ) 흡기매니폴드의모든실린더에 1 개씩배치하여분사. - 직접분사식 (DI 방식 ) 연소실에인젝터를설치하여직접분사하는방식. http://www.emagzin.com http://what-when-how.com
전자제어연료분사장치 (electronic gasoline injection system) 2) 종류 3 분사량제어방식에따른분류 - 기계식 흡기매니폴드통로에설치된센서플레이트에의해자동적으로연료분사량조절. - 전자제어식 각종센서정보가 ECU 에서종합되어분사량제어. 기계식 전자제어식
전자제어연료분사장치 (electronic gasoline injection system) 2) 종류 4 흡입공기량의측정방식에따른분류 - 직접계측식 직접흡인공기량측정. 베인식, 칼만와류식, 열선식.
전자제어연료분사장치 (electronic gasoline injection system) 2) 종류 4 흡입공기량의측정방식에따른분류 - 간접식 (MAP 센서식 ) 흡기매니폴더의공기압을측정하여흡입공기량결정. 스피드밀도방식, 스로틀스피드방식. speed density 방식자동차용압력센서 (MAP 센서 )
전자제어연료분사장치 (electronic gasoline injection system) 3) 구성 ; 각종센서와 ECU 및인젝터로구성
전자제어연료분사장치 (electronic gasoline injection system) 3) 구성 연료공급장치의각종센서종류와기능 1 공기유동센서 (AFS) : 흡입공기량검출, 분사시간결정 2 1 번실린더 TDC 센서 : 1 번실린더압축행정상사점위치검출, 이를기준으로순차적분사시기결정 3 크랭크각도센서 (CAS) : 크랭크축의회전각도검출, 분사시기결정 4 공전스위치 (idle switch) : 엔진의공회전상태를검지, 적정공전상태제어 5 스로틀위치센서 (TPS) : 스로틀밸브의열림정도검출, 연료분사량보정 6 대기압센서 (APS) : 대기압력측정, 고도계산에의한연료분사량및분사시기보정 7 냉각수온도센서 (WTS) : 냉각수의온도검출, 연료분사량, 점화진각, 공회전속도보정 8 흡기온도센서 (ITS) : 흡기온도검출, 연료분사량, 점화진각, 공회전속도보정 9 모터위치센서 (MPS) : ISC 모터의플런저위치검출, ISC 제어 10 IG-SW ST : 시동모터의단자전압측정, 분사량, 점화시기, 스로틀개도제어 11 차속센서 (VSS) : 속도검출, 공회전또는주행여부파악 12 에어컨릴레이 : 에어컨제어신호검출, ISC-servo 제어신호로사용 13 가변저항기 : 배기유해가스조정 14 산소센서 : 출력전압의변화량검출, 폐쇄루프 (close loop) 제어
다음강의 ( 예고 ) - 가솔린기관 * 점화계통
감사합니다.