기술 부서: 피에조 연료 인젝터 설명

Jun 12, 2023

누군가가 어두운 방에서 Wint-O-Green Life Savers를 씹어 먹으면 불꽃이 튀는 것을 본 적이 있다면 다음 현상을 목격했을 것입니다. 설탕과 같은 특정 결정질 물질은 쥐었을 때 미세한 양의 전기를 생성합니다. 압력으로 인해 발생하는 전기를 나타내는 "압전"이라는 단어도 있습니다. 그러나 이 과정은 가역적이기도 합니다. 동일한 물질에 전기가 가해지면 약간 팽창하기 때문입니다. 자동차에는 압전 팽창이 유용할 수 있는 곳이 많이 있습니다.

예를 들어, 현대의 연료 공급에 필요한 정확한 계량을 생각해 보십시오. 특히 Bosch, Continental 및 Delphi는 일반적인 전자석이 아닌 피에조 재료를 팽창시키는 독특한 특성을 활용하여 연료 분사기 노즐을 열고 가솔린 엔진과 디젤 엔진 모두에 연료를 정확하게 분사합니다. 그러나 이러한 장치를 작동시키는 것은 쉽지 않습니다.

한 가지 이유는 압전 결정체의 팽창이 미미하기 때문입니다. 200분의 1인치 두께의 피에조 재료 조각은 대략 140볼트의 전기에 닿으면 약 0.00002인치만 팽창합니다. 20만분의 1인치는 노즐을 밀봉하고 연료를 분사하기 위해 열어야 하는 부분인 인젝터의 핀틀을 움직이는 데 거의 충분하지 않습니다.

Continental 인젝터에는 수백 개의 작은 피에조 슬라이스가 서로 쌓여 있어 결합된 확장으로 전체 동작이 증가합니다. 스택은 0.004인치의 움직임을 생성합니다. 이는 연료를 분사할 수 있을 만큼 핀틀을 멀리 움직일 수 있을 만큼 충분합니다. 그러나 이 움직임은 잘못된 방향(위가 아닌 아래)이기 때문에 두 개의 작은 레버를 추가하면 피에조 스택이 확장되어 핀틀이 올라가고 연료 분사가 시작됩니다. 주입이 완료되면 전압이 차단되고 압전 스택이 수축되며 스프링이 핀틀을 닫습니다.

피에조 인젝터에는 이러한 모든 귀찮은 일을 정당화하는 몇 가지 주요 이점이 있습니다. 우선, 기존 인젝터보다 훨씬 빠르게 열리고 닫힙니다. 이를 통해 엔진에 분사되는 연료의 양을 결정하는 분사 간격을 더욱 정밀하게 제어할 수 있습니다. 또한 피에조 장치는 활성화하는 데 사용되는 전기의 미세한 변동을 생성하여 피드백을 제공합니다. 예를 들어, 엔진 제어 컴퓨터가 0.5초의 인젝터 개방 시간을 요구하고 인젝터 응답이 단지 0.496초 동안만 열린 것으로 나타나면 컴퓨터는 보상을 위해 다음 분사 주기에 약간의 시간을 추가할 수 있습니다. 이러한 정밀한 연료 계량을 통해 연소가 개선되어 연비가 향상되고 배기가스 배출이 감소합니다.

피에조 인젝터는 기존의 솔리드 인젝터보다 더 정확할 뿐만 아니라 이전 제품의 기능을 완전히 뛰어넘는 몇 가지 트릭을 수행할 수도 있습니다. 우선, 전기를 조금 더 적게 적용하면 압전 결정이 덜 팽창하여 인젝터가 중간에 열릴 수 있습니다. 개구부가 작을수록 분사 시간이 길어지며, 이는 자동차가 타력 주행에 가까워질 때와 같이 소량의 연료를 정확하게 분사하려고 할 때 유리합니다. 피에조 인젝터는 매우 빠르게 작동하기 때문에 단일 연소 사이클 동안 여러 번(일부 디젤의 경우 최대 7회) 분사할 수도 있습니다. 이러한 유연성은 모든 엔진의 배기가스를 줄이고 디젤 엔진의 그을음을 제한할 수 있습니다.

이러한 이점으로 인해 많은 최신 디젤 및 직접 분사 가솔린 엔진에 피에조 인젝터가 장착될 수 있게 되었습니다. 그리고 Continental은 자사의 피에조 장치가 성능이 떨어지는 기존 장치보다 비용이 더 많이 들지 않는다고 말합니다. 피에조 인젝터는 앞으로 수년간 이러한 성가신 전기 스타트업에 맞서 내연기관의 경쟁력을 유지할 핵심 장치 중 하나입니다.

Csaba Csere는 1980년에 Car and Driver에 합류한 후 한 번도 떠나지 않았습니다. 그는 기술 편집자 및 이사로 재직한 후 1993년부터 2008년 현역에서 은퇴할 때까지 편집장을 역임했습니다. 그는 계속해서 자동차 저널리즘과 LeMons 경주에 손을 대고 있으며 1965년 Jaguar E-type, 2017년에도 사역을 하고 있습니다. 콜로라도에 있는 그의 집 근처에서 스키나 하이킹을 하지 않을 때는 포르쉐 911과 세 대의 오토바이를 탔습니다.