파워트레인 관련 제품 가솔린 엔진 관리 시스템

가솔린 엔진 관리 시스템은 연소 매개 변수(공기/연료량 및 점화 타이밍)를 전자적으로 제어하여 엔진 출력을 높이고 배기가스와 연료 소비를 줄입니다. 

구성 요소

엔진 전자 제어 유닛

엔진 전자 제어 유닛(ECU)은 파워트레인 곳곳의 센서로 부터 정보를 얻고, 엔진의 상태에 따라 최적의 연료 분사량과 분사시기, 점화시기, 공회전수 등을 계산하여 제어 지령을 내리는 엔진의 두뇌와 같은 장치입니다. 또한 엔진 ECU에는 엔진 제어 장치가 양호한 상태인지를 진단하는 자가진단이나 학습 등과 같은 인공 지능(AI)적인 기능도 있습니다.

에어 플로어 메터

가솔린 엔진에서는 공기를 흡입하고 분사된 연료와 함께 연소하여 추력을 만듭니다. 차량 내부로 유입된 공기는 에어 클리너에서 먼지 등 이물질이 제거되고, 스로틀 바디(운전석의 가속 페달과 연결)를 지나 서지 탱크에 보관 되었다가 가솔린과 혼합되어 엔진으로 공급됩니다. 에어 플로어 메터(공기 유량계)는 에어 클리너 하류에 탑재되어 엔진 ECU가 최적의 연료 분사량을 계산할 수 있도록 흡입된 공기의 온도 및 유량을 측정하는 센서입니다.

전자 스로틀 바디

가솔린 엔진에서는 공기를 흡입하고 분사된 연료와 함께 연소하여 추력을 만듭니다. 전자 스로틀 바디는 운전자가 가속 페달을 밟는 양이나 다양한 센서로 부터 수신한 정보를 토대로 엔진 ECU(컴퓨터)가 내리는 명령에 따라 흡입하는 공기의 양을 조절하는 장치입니다. 이로 인해 차량의 속도 조절뿐만이 아니라, 배기가스 중 유해물질 저감이나, 미끄러운 도로에서의 안전한 주행도 가능해 집니다.

가속 페달 모듈

가속 페달 모듈은 운전자가 가속 페달을 밟는 양을 센서를 검출하여 엔진 ECU(컴퓨터)에 전기 신호로 보냅니다. 엔진 ECU는 이 신호(속도를 내려는 운전자의 의사)를 토대로 전자 스로틀 바디를 움직여 엔진 출력을 제어합니다. 이는 자동차의 주행을 누리면서 배출가스 저감을 실현하도록 엔진을 섬세하게 제어하는 것입니다.

가변 흡기 액츄에이터

가변 흡기 액츄에이터는 흡기 매니폴드(흡입되는 공기의 통로)에 장착되어 엔진 ECU의 지령에 따라, 엔진으로 흡입되는 공기의 전체 경로 길이를 가변 시켜주는 장치입니다. 필요에 따라 흡기 유로의 길이를 단축시켜 엔진 출력을 향상시키는 효과를 얻을 수 있습니다.

흡기압 센서

가솔린 엔진에서는 공기를 흡입하고 분사된 연료와 함께 연소하여 추력을 만듭니다. 흡입한 공기량은 에어 플로어 메터(공기 유량계)에서 측정되고 그 정보를 토대로 엔진 ECU(컴퓨터)가 최적의 연료 분사량을 계산합니다. 흡기압 센서는 흡기 매니폴드(흡입되는 공기의 통로) 내 압력을 측정하는 센서입니다. 에어 플로어 메터의 측정 정보에 이 정보를 더함으로 인해 연료 분사량을 보다 세밀하게 제어할 수 있습니다.

에어 필터 엘레멘트

에어 인덕션 시스템

흡기 모듈

가변 밸브 타이밍

가변 밸브 타이밍은 엔진이 공기를 실린더에 끌어오는 타이밍이나 배기가스를 실린더 밖으로 배출하기 위한 최적의 타이밍을 결정합니다. 이러한 흡기와 배기를 위한 최적의 타이밍은 엔진 회전수와 공기부하량 등에 달려 있습니다. 가변 밸브 타이밍을 사용함으로써, 펌핑 로스 저감에 의한 연비 향상과 엔진 출력 향상, 배기 가스 중의 유해 물질량 감소 등의 효과를 기대할 수 있습니다.

유량 제어 밸브

유량 제어 밸브(OCV)는 엔진 제어 목표값으로 가변 밸브 타이밍(CVVT)을 움직이기 위해 필요한 엔진 오일의 압력과 양을 조절하여 공급하는 장치입니다. DNKA 창원에서 생산되는 OCV에는 필터가 내장되어 있어, 이물질에 의한 작동불량을 방지하여 CVVT를 최적으로 구동시킵니다.

인젝터

가솔린 엔진에서는 공기를 흡입하고 분사된 연료와 함께 연소하여 추력을 만듭니다. 흡입되는 공기량에 따른 최적의 연료 분사량을 엔진 ECU가 계산하고, 그 결과를 바탕으로 연료를 각 실린더의 흡기 매니폴드에 미세한 분부형태로 분사하는 장치가 인젝터입니다. 인젝터(연료 분사기)는 솔레노이드 코일에 전류가 흐르면 플런저가 올라가고 니들 밸브가 열리면서 연료가 분사되는 구조를 가지고 있습니다.

연료 펌프

연료 펌프 모듈

연료 탱크에서 연료 펌프에 의해 흡입된 연료는, 연료 필터에서 미세한 이물질이 걸러지고, 연료 압력을 최적값으로 조절하는 압력 조절기를 거쳐 엔진으로 보내집니다. 연료 펌프 모듈은 연료 펌프와 연료 필터, 압력 조절기, 탱크 내의 연료 잔량을 측정하는 센더게이지 등이 일체화된 장치입니다.

연료 필터

연료 탱크 압력 센서

압력 조절기

연료 맥동 감쇠기

증발가스 퍼지 밸브

연료 탱크 내에서 발생하는 가솔린 증발가스는 누출시 공기 오염을 가중시키기 때문에, 이를 방지하기 위해 연료 탱크와 그 연결 부품은 밀봉 처리됩니다. 가솔린 증발가스는 캐니스터라는 용기에 봉입된 활성탄에 일시적으로 축적된 후 엔진에 공급되는데, 증발가스를 엔진에 보내어 연소시키는 것을 퍼지라고 하며, 그 양을 조절하는 퍼지 밸브는 솔레노이드 장치 부분과 공기 통로 부분으로 구성된 솔레노이드 밸브로써, 엔진 ECU에서 지령받은 듀티량만큼 열고 닫힘을 반복합니다.

캐니스터 클로즈 밸브

연료 증발가스는 대기 오염의 원인이 되기 때문에 대기중으로 방출되지 않도록 연료계 시스템은 밀폐되어 있어야 합니다. 캐니스터 클로즈 밸브는 캐니스터와 대기 연결부 사이에 위치하여 엔진 구동시에는 열림상태로 증발가스의 흡착을 돕고, 증발가스 누출 여부 진단시에는 닫힘상태를 유지한다.

증발가스 누출 감지 장치

연료 펌프가 연료를 흡일할 때 탱크 내부에는 부압(대기의 압력보다 낮은 압력)이 형성되고, 연료 탱크 압력 센서에서 부압치를 모니터하여 시스템의 밀폐 여부를 확인할 수 있습니다. PHEV처럼 엔진 부압을 이용할 수 없을 때에는 증발가스 누출 감지 장치(ELCM)로 연료계 시스템을 감압시켜 증발가스의 누출 여부를 진단합니다.

고압 펌프

가솔린 직분사(GDI) 엔진은 실린더 안에 연료를 직접 분사하는 형태의 엔진으로, 실린더 내 압축된 공기 중에 연료를 분사해야 하기 때문에 연료를 미리 고압 상태로 만들 필요가 있습니다. 고압 펌프의 역할은 연료 탱크로 부터 유입된 저압의 연료를 고압화 시키고, 고압 연료를 고압 인젝터로 충분히 공급하는 것입니다.

고압 인젝터

고압 인젝터(연료 분사기)는 가솔린 직분사(GDI) 엔진의 실린더 안에 연료를 미세한 분무형태로 분사하는 장치입니다. 작동원리는 MPI 시스템에 사용하는 흡기 매니폴드 분사방식의 인텍터와 같습니다. 그러나 직접 분사를 위해 고압 인젝터에는 연소실의 높은 열 부하와 고압을 견뎌낼 높은 강성 및 내열성이 요구됩니다. 또한 분무형상에 따라서 배기 배출물(Emission)에 영향을 줄 수 있기 때문에 정밀한 홀(Hole) 가공이 필요합니다.

GDI용 연료 압력 센서

가솔린 직분사(GDI) 엔진은 고압 펌프에 의해 고압화된 연료를 고압 인젝터(연료 분사기)를 통해 실린더 안에 직접 분사합니다. 연료 압력 센서는 연료 공급 라인에 설치되어, 고압 펌프에 의해 상승된 연료의 압력을 측정하는 센서로써, 검출된 압력은 엔진 ECU에 입력되어 인젝터 구동 시간을 보정하는 신호로 이용됩니다. 엔진 ECU는 연료 압력 센서의 출력값에 따라 엔진 운전상태에 맞는 최적의 연료 압력으로 조절되도록 명령을 내립니다.

승용차용 점화 코일

가솔린 엔진 내부에서는 가솔린 혼합기(가솔린과 공기의 혼합물)가 연소하여 힘이 발생됩니다. 스파크 플러그는 가솔린 혼합기를 점화할 불꽃을 일으키기 위해 고전압 방전을 이용하는데, 점화 코일은 이러한 고전압을 발생시키는 장치입니다. 엔진의 각 실린더마다 스파크 플러그와 점화 코일을 장착하는 것이 일반적이며, 점화 코일은 그 형상이 막대기와 같아 스틱 코일(Stick Coil)이라고도 합니다.

이리듐 스파크 플러그

가솔린 엔진 내부에서는 가솔린 혼합기(가솔린과 공기의 혼합물)가 연소하여 힘이 발생됩니다. 스파크 플러그는 가솔린 혼합기를 점화할 불꽃을 일으키는 장치로써, 고전압에 의한 방전을 이용하고 있습니다. 방전 전극 재료로 융점이 높은 이리듐을 사용하여 제품의 수명을 늘린 것을 이리듐 스파크 플러그라고 합니다.

캠각 센서

캠각 센서란, 엔진 캠샤프트의 회전 위치를 검출하는 센서입니다.
크랭크각 센서의 신호와 함께 엔진 ECU가 엔진 기통 판별을 실시하고, 연료의 분사시기 및 점화시기를 제어하는데 이용됩니다. 또한, 가변 밸브 타이밍(CVVT)이 탑재된 엔진에 있어서는 캠각 센서가 CVVT의 진각/지각량을 제어하는데 사용됩니다.

크랭크각 센서

크랭크각은 엔진의 점화시기를 결정하는데 중요한 파라미터입니다. 크랭크각 센서는 엔진의 회전수와 회전하는 크랭크샤프트의 각도 또는 회전 위치를 검출하는 센서이다. 이 정보는 엔진 ECU(컴퓨터)가 최적의 연료 분사량 및 분사 타이밍과 최적의 점화 타이밍을 계산하는데 쓰여집니다.

노크 센서

노크 센서는 엔진의 노킹(이상 점화로 인해 연소실 벽을 빠른 속도로 두드리는 것 같은 소리나 그 소리를 발생시키는 현상)을 감지하고, 진동의 크기를 전기 신호(전압)로 변환하여 엔진 ECU에 보냅니다. 이 신호를 기반으로 엔진 ECU는 노킹 해소를 위해 점화시기를 보정하게 됩니다.

산소 센서

산소 센서는 배기가스의 잔여 산소량을 모니터링 합니다. 배기가스는 대기로 방출되기 전에 가스의 유해 성분을 정화하는 촉매를 통과합니다. 촉매의 정화율을 높이기 위해서는 분사된 연료가 엔진에 흡입되는 공기 중의 산소와 과부족 없이 적합한 비율로 대응(연소)하도록 정밀하게 제어되어야 합니다. 엔진 ECU(컴퓨터)는 산소 센서에서 제공한 정보를 활용하여 실제 공연비와 이상적인 공연비의 차이를 감지하여 연료 분사량을 조절합니다.

공연비 센서

공연비(공기-연료비) 센서는 배기가스의 산소 함량(농도)을 모니터링 합니다. 배기가스는 대기로 방출되기 전에 가스의 유해 성분을 정화하는 촉매를 통과합니다. 촉매의 정화율을 높이기 위해서는 분사된 연료와 엔진에 흡입되는 공기 중의 산소의 연소가 적합한 비율로 정밀하게 제어되어야 합니다. 엔진 ECU(컴퓨터)는 공연비 센서와 산소 센서에서 제공한 정보를 활용하여 연료가 이상적인 상태와 비교해 많은지 적은지를 검출하여 연료 분사량을 보정합니다. 산소 센서만 단독으로 사용하는 시스템에 비해, 공연비 센서를 사용하는 시스템은 보다 정밀하고 빠른 제어가 가능합니다.

박형 육각 모노리스 담체

모노리스 담체는 가솔린 엔진의 배기가스 중에 있는 유해물질을 화학반응을 통해 무해한 물질로 정화시켜 대기로 배출하는 3원촉매를 보관하는 벌집 모양의 통입니다. 배기가스 중의 유해물질은 일산화탄소, 탄화수소, 질소산화물(NOx) 등으로, 이는 촉매 정화를 통해 이산화탄소, 물, 질소로 변환됩니다. 일반적으로 세라믹 재질의 담체를 많이 사용하고 있으며, 특히 박형 육각 모노리스 담체는 그 구조적 특징으로 화학반응의 주성분이 되는 귀금속의 코팅량을 줄이는 효과가 있습니다.

콤비네이션 밸브