자동차상식 + 자동자학과, 자동차정비기능사 등 내연기관 필수과목 자동차기관 요점 54강. 커먼레일엔진의 연료분사장치 4

54강. 커먼레일엔진의 연료분사장치 4

 

(2) 인젝터(injector)
(가) 인젝터의 구성
인젝터는 연료를 연소실에 분사하는 기구로서, 컴퓨터에 의해 제어되며 분사 개시
와 분사된 연료량은 전기적으로 작동되는 인젝터에 의해 조절된다. 인젝터는 실린더
헤드에 설치되며 솔레노이드밸브와 노즐로 구성되어 있다.
연료는 고압통로를 통하여 인젝터로 공급되고, 오리피스(orifice)를 통해 제어 체임
버(control chamber)에 공급된다. 제어 체임버는 솔레노이드밸브에 의해 열리고 볼
밸브(블리드 오리피스)를 경유하여 연료 리턴 라인과 연결되어 있다.
볼 밸브가 닫힌 채 제어 플런저(control plunger)에 적용된 유압이 니들밸브의 압
력값을 이기면 니들밸브는 밸브 시트에서 강제로 이동(상승)되면서 고압통로가 열리며 연료가 분사된다.

(나) 인젝터 노즐(injector nozzle)
인젝터 노즐은 노즐 홀더 어셈블리 역할을 하는 커먼레일의 인젝터 내에 설치된다.
노즐은 분사된 연료의 측정(분사시간과 크랭크축 회전당 분사된 연료량), 연료 관리(
분사 제트의 수, 분무 형상 그리고 분무의 무화), 연소실에서의 연료 분포, 연소실로
부터 발생되는 압력에 대해 기밀을 유지하는 역할을 한다.
(다) 인젝터 작동
인젝터의 솔레노이드밸브가 작동되면 볼밸브가 열리고 이에 따라 제어 체임버의
압력이 낮아지므로 플런저에 작용하는 유압이 낮아진다. 연료 압력이 니들밸브 압력
에 작용하는 압력보다 낮아지면 니들밸브가 열린다.
이에 따라 연료는 분사구멍을 통하여 연소실에 분사된다. 유압 증대기구를 사용하
는 간접적인 니들밸브는 니들밸브를 신속하게 열기 위해 필요한 힘이 솔레노이드밸
브로부터 직접 생성되지 않는다.
니들밸브를 열기 위해 요구되는 제어량은 실제로 분사되는 연료량에 추가된다. 그
리고 이것은 제어 체임버의 오리피스를 통해 연료 리턴라인으로 돌아간다. 또한 연료
는 니들 밸브와 제어 플런저 가이드에서도 손실이 일어날 수 있다. 이러한 제어와 누
출 연료량은 리턴 라인과 오버플로밸브(over flow valve), 고압 연료펌프 그리고 압
력 조절밸브가 연결된 리턴 라인을 통해 연료탱크로 되돌아간다.
인젝터의 작동은 기관 시동과 함께 압력을 생성하는 고압 연료펌프와 더불어 4단
계로 나눌 수 있다.

① 인젝터 닫힘(고압 적용)
② 인젝터 열림(분사 개시)
③ 인젝터 완전열림
④ 인젝터 닫힘(분사완료)
이러한 작동단계는 인젝터 구성성분에 작용하는 힘의 분배에 의해 결정되며 기
관의 작동 정지와 커먼레일에 연료 압력이 없는 상태에서는 노즐 스프링은 인젝터를 닫는다.

(3) 컴퓨터(ECU : electronic control unit)
(가) 컴퓨터의 기본 기능
컴퓨터의 기본적인 기능은 연료분사를 적정한 순간에 알맞은 양과 정확한 분사 압
력으로 제어하는 것이며, 유해 배출가스 감소, 연료 소비율 향상, 안전성, 승차감 그
리고 편리성을 위한 보조 기능이 적용된다.

(나) 분사 특성
기존의 분사 특징과 비교하여 이상적인 분사 특징을 갖추기 위해서는 상호간의 독
립성, 분사된 연료량과 분사 압력은 각각 그리고 모든 기관 작동조건에 적절히 대처
하여야 하고, 이상적인 공기-연료 혼합물의 형성을 위해 더 많은 부분의 센서 정보
가 필요하다. 분사 초기에는 연료 분사량이 가능한 적어야 하는데 커먼레일 방식에
서는 착화 분사(pilot injection), 주분사(main injection) 방법 등으로 이것을 해결하고 있다.

(4) 전자제어 계통
(가) 연료 압력 센서(레일 압력 센서)
연료 압력 센서(fuel pressure sensor)는 커먼레일의 연료 압력을 측정하여 컴퓨터
로 입력하며, 컴퓨터는 이 신호를 받아 연료량, 분사시기를 조정하는 신호로 사용한
다. 연료 압력 센서 내부는 반도체 피에조 저항(압전 소자)을 사용한다.
(나) 공기 유량 센서 & 흡기 온도 센서
공기 유량 센서(air flow sensor)는 핫 필름(hot film)방식을 사용하며, 주 기능은 배기가스 재 순환 장치(EGR)의 피드백 제어에 사용되며, 또 다른 기능은 스모그 제한 부스트 압
력 제어(smog limit boost pressure control)용으
로 사용된다. 그리고 흡기 온도 센서(air temperature sensor)는 부특성 서미스터를 사용하며, 연료
량, 분사 시기, 기관을 시동할 때의 연료량 제어 등
의 보정 신호로 사용된다.
(다) 가속페달 위치 센서 1, 2(accelerator pedal position sensor)
가속 페달 위치 센서는 스로틀 위치 센서(TPS)와 동일한 원리이며, 가속 페달 위
치 센서 1에 의해 연료량과 분사 시기가 결정되며, 센서 2는 센서 1을 검사하는 것으
로 자동차의 급출발을 방지하는 센서이다.
(라) 연료 온도 센서(fuel temperature sensor)
연료 온도 센서는 수온 센서(WTS)와 같은 부특성 서미스터이며 연료 온도에 따른
연료량 보정 신호로 사용된다.

그림 4-32. 공기 유량 센서의 구조

(마) 수온 센서(water temperature sensor)
인젝터를 통하여 연소실에 분사된 연료의 상태가 기관의 난기상태에서는 연소가
잘 되지만 냉각된 상태에서는 무화(안개화)상태로 분사하였다고 하더라도 연료사이
가 서로 엉켜 입자가 커지므로 완전 연소가 어려울 뿐만 아니라 냉간 시동이 불가능
해진다.
이에 따라 냉간 시동에서는 연료량을 증가시켜 원활한 시동이 될 수 있도록 기관의 냉각수 온도를 검출하여 냉각수 온도의 변화를 전압으로 변화시켜 컴퓨터로 입력
시키면 컴퓨터는 이 신호에 따라 연료량을 증감하는 보정 신호로 사용되며, 열간상태
에서는 냉각팬 제어에 필요한 신호로 사용된다