자동차공학)디젤 엔진의 전자제어 출력 액추에이터

디젤 엔진의 전자제어 출력 액추에이터에 대하여 알아보자.

1. 연료분사 제어

2. 연료압력 조절 밸브

3. 레일 압력 조절 밸브

4. 전자식 EGR 솔레노이드 밸브

5. VGT 컨트롤 솔레노이드 밸브

6. 스로틀 플랩 액추에이터

7. 가변 스월 액추에이터

 

1. 연료분사 제어

연료분사 시기와 분사량의 제어는 커먼 레일 압력과 인젝터로 보내지는 ECM의 펄스시간과 펄스폭에 의해 제어된다. 연료 분사량은 엔진의 작동조건에 따라 매 회전마다 최적의 연료 분사량이 결정되고 결정된 분샤랑에 가장 적합한 펄스폭을 결정한다. 연료 분사기간(크랭크 각도)은  엔진의 회전속도와 부하조건에 따라 결정되는 기준 분사기간을 바탕으로 흡기 상태와 냉각수 온도를 고려하여 ECM은 수정된 최종 분사각도를 결정한다. 연료의 분사시기는 결정된 분사각도를 엔진의 회전속도에 따라 시간으로 환산하면 얻어진다. 분사율 제어는 파일럿 인젝터에서는 연료를 본격적으로 공급하기 전에 소량의 연료를 초기에 파일럿 분사를 하고 분사된 연료가 연소실에서 착화하는 시기에 맞추어 연료를 본격적으로 분사하는 방식으로 행하고 있다. 연료의 매회 분사과정에서 인젝터는 2번 구동되며, 예비분사(pilot injection)의 연료 분사량은 1mm^3/stroke 이하로 유지하되 파일럿 인젝터의 분사 시간은 1ms이하로 제어한다.

 

2. 연료압력 조절 밸브

FPRV(Fuel Pressure Regulator Vavle)는 고압 연료펌프에, 레일압력 조절밸브는 커먼 레일에 각각 장착되어 고압연료회로에 공급되는 연료 압력과 리턴되는 연료 압력을 조절하는 역할을 한다. FPRV는 일반 주행 모드에서 고압회로인 커먼 레일에 공급되는 연료량을 조절하여 커먼 레일 압력을 제어한다. 연료 압력이 고도하게 높으면 압력 조절밸브를 열어 연료가 리턴라인을 통해 연료 탱크로 보내지고 레일 압력이 낮으면 압력 조절 밸브를 닫고 연료 압력이 증가하도록 한다.

 

3. 레일 압력 조절 밸브

RPRV(Rail Pressure Regulator Vavle)는 레일 압력이 급상승하는 초기 시동시나 에일 압력이 신속히 해제되어야 하는 급감속 시 커먼 레일에 공급된 연료의 리턴량을 제어하여 보다 원활하고 신속하게 레일 압력을 제어한다. ECM은 현재 엔진의 부하상태(엔진회전수, 엑셀 페달 위치 등)에 따라 정확한 연료 압력을 유지하기 위하여 연료 압력과 레일 압력의 신호를 입력받아 이중으로 FPRV와 RPRV로 흐르는 작동 전류를 듀티 제어함으로써 연료 압력을 빠르고 정확하게 제어할 수 있다. 그러나 기계적 문제나 전기적 문제로 인해 목표 레일 압력 범위를 벗어나면 ECM은 엔진 이상 제어 방지하기 위해 연료량을 제어하여 림프 홈 모드로 진입시키고 고장모드를 발생시킨다.

 

4. 전자식 EGR 솔레노이드 밸브

EGR시스템은 연소실 온도 증가로 인한 NOx가 증하가하는 것을 방지하기 위하여 배기가스를 흡입공기로 재사용하는 시스템이다. 전자식 EGR 솔레노이드 밸브(EEGR, Electic Exhaust Gas Recirculation solenoid Valve)는 리니어 솔레노이드 방식으로 EGR 쿨러와 배기라인 사이에 장착되어 있다. 연소실로 재순환되는 EGR가스양은 EEGR 액추에이터 작동에 따른 흡입공기량 센서의 출력변화를 통해 검출한다. 즉 EEGR을 액추에이터 작동으로 EGR가스가 연소실로 유입되면 그 양만큼 엔진에 유입되는 흡입공기량이 줄어드는 것을 흡입공기량 센서 출력값으로 연산하는 것이다. ECM은 이렇게 계산된 흡기 요구량과 엔진 부하 등으로 계산된 EGR양을 듀티 신호로 EEGR컨트롤 밸브를 피드백 제어하여 조절한다.

 

5. VGT 컨트롤 솔레노이드 밸브

가변 용량 터보차저(VGT, Variable Geometry Turbocharger)는 VGT 액추에이터를 제어하여 배기가스 유로를 효율적으로 정밀하게 제어하여 저속 및 중고속 전 영역에서 최적의 동력성능을 발휘하는 터보차저의 한 종류이다. ECM은 과급상태를 최적으로 제어하기 위해 엔진회전수, APS신호, MAPS 및 부스트 압력 센서 정보를 입력받아 VGT 솔레노이드 밸브를 듀티제어한다. VGT 솔레노이드 밸브가 진공 다이아프램을 작동시키면 VGT 내부 날개(vane)가 움직여 베인을 통과하는 배기가스 단면적을 크거나 작아지도록 한다. 저속영역에서는 배기통로를 축소하여 속도를 빠르게 하며, 터보 랙(turbo lag : 터보차저는 배기가스로 터빈을 돌리기 때문에 가속페달을 밟더라도 즉시 터보 효과가 나타나지 않고 터빈이 500 rpm이상이 되기까지 늦게 터보 효과가 나타나는 현상)

 

6. 스로틀 플랩 액추에이터

스로틀 플랩 액추에이터는 엔진의 진동을 저감시키기 위한 것이다. ECM은 엔진 정지 시 1.5초(95% < 듀티 < 97%) 동안 즉 듀티 제어를 통해 스로틀 플랩을 완전히 다음으로서 흡기매니폴드로 공기가 유입되는 것을 차단시킨다. 이것은 디젤 엔진의 오버런 현상(시동키를 OFF해도 엔진의 회전관성 및 인젝터 노즐의 연료 누설에 의해 엔진이 즉시 정지하지 않고 수초 간 엔진이 회전하는 현상)을 방지하기 위한 것이다. 작동상태는 시동 OFF 시점에서 스로틀 플랩 밸브가 1회 작동하는 것으로 간단히 점검할 수 있다.

 

7. 가변 스월 액추에이터

가변 스월 액추에이터는 저속구간에서 흡기 포트를 통과하는 홉합기 속도가 느려 연료/ 공기의 혼합이 충분치 못해 흡기 포트를 둘로 나누어 저속시에는 한쪽을 닫고, 흡입속도를 올려 연소실에 와류를 생성시키는 장치이다. 이것은 스월 밸브 위치를 감지하는 포지션 센서와 스월 밸브를 작동시키는 모터로 구성된다.