기화기
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1. 개요
기화기는 내연기관에 사용되는 장치로, 공기와 연료를 혼합하여 엔진에 공급하는 역할을 한다. 1826년 사무엘 모레이가 최초로 발명했으며, 카를 벤츠가 1888년에 기화기에 대한 특허를 획득했다. 초기에는 휘발유 표면 위로 공기를 통과시키는 표면 기화기 형태였으나, 이후 분무 노즐을 사용한 플로트식 기화기가 개발되었다. 기화기는 엔진 회전 속도와 부하에 따라 공기와 연료의 혼합비를 조절하며, 초크, 아이들 회로, 가속 펌프 등 다양한 구성 요소를 갖는다. 연료 공급 방식, 벤츄리 방식, 벤츄리 수 및 방향에 따라 여러 종류로 나뉘며, 항공기 엔진에서는 결빙, 자동차에서는 런온, 오버플로우 등의 문제점이 발생할 수 있다. 주요 제조사로는 대한민국, 유럽, 미국 등 여러 국가의 기업들이 있다.
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| 기화기 | |
|---|---|
| 개요 | |
 | |
| 유형 | 연료-공기 혼합 장치 |
| 용도 | 내연기관에서 연료와 공기를 혼합하여 엔진에 공급 |
| 대체 기술 | 연료 분사 장치 |
| 작동 원리 | |
| 기본 원리 | 벤투리 효과를 이용, 공기 흐름 속도 증가시켜 압력 감소, 연료 흡입 |
| 주요 구성 요소 | 연료 저장실 (float chamber) 벤투리 (Venturi) 스로틀 밸브 (throttle valve) 초크 밸브 (choke valve) 노즐 (nozzle) |
| 작동 방식 | |
| 시동 시 | 초크 밸브를 닫아 공기 유입량 줄이고 연료 농도를 높여 시동 용이하게 함 |
| 아이들링 시 | 스로틀 밸브 약간 열어 최소한의 공기와 연료 공급 |
| 정상 작동 시 | 스로틀 밸브 개방 정도에 따라 공기와 연료 공급량 조절 |
| 가속 시 | 가속 펌프 작동, 추가 연료 분사하여 엔진 반응성 향상 |
| 장점 및 단점 | |
| 장점 | 구조 간단하고 유지 보수 용이 연료 분사 장치에 비해 저렴 |
| 단점 | 연료 효율성이 연료 분사 장치보다 낮음 환경 오염 물질 배출량 많음 고도 변화, 온도 변화에 민감 |
| 역사 | |
| 개발 | 19세기 후반 카를 벤츠, 고틀리프 다임러에 의해 개발 |
| 사용 | 20세기 초 자동차 산업 발전과 함께 널리 사용 |
| 대체 | 1980년대 이후 전자 제어 연료 분사 장치로 대체되는 추세 |
| 기타 | |
| 적용 분야 | 소형 엔진 (예: 잔디 깎이, 오토바이) 구형 자동차 항공기 |
| 관련 용어 | 기화 혼합기 흡기 매니폴드 스로틀 바디 |
2. 역사
최초의 기화기는 1826년 사무엘 모레이가 발명했다. 1888년 카를 벤츠는 내연기관 및 관련 부품들을 개발하면서 기화기 특허를 받았다.[47][48] 초기 기화기는 휘발유 표면 위로 공기를 통과시켜 연료와 혼합하는 표면 기화기 형태였다.[49]
1885년 빌헬름 마이바흐와 고틀리프 다임러는 분무 노즐을 사용한 최초의 플로트식 기화기 디자인을 '할아버지 시계 엔진'에 선보였다.[25] 1888년 영국에서 제작된 버틀러 페트롤 사이클 자동차도 플로트식 기화기를 사용했다.[26][27] 1893년 헝가리 엔지니어 야노스 존카와 도나트 반키는 고정식 엔진용 기화기 특허를 받았다.[28][29][30]
1952년 로체스터 4GC와 카터 기화기 WCFB가 최초의 4배럴 기화기로 여러 제너럴 모터스 모델에 도입되었다. 올즈모빌은 "쿼드리-제트"(원래 철자)[31], 뷰익은 "에어파워"라고 불렀다.[32]
미국에서는 1980년대 후반까지 미국산 가솔린 엔진에 기화기가 사용되었으나, 이후 연료 분사 방식이 선호되었다.[33] NASCAR는 2011 NASCAR 스프린트 컵 시리즈 이후 전자 연료 분사로 전환했지만,[34] NASCAR Xfinity 시리즈에서는 여전히 4배럴 기화기를 사용한다.
유럽에서는 1970년대부터 고급 자동차와 스포츠카에 연료 분사가 사용되었지만, 1980년대 후반에 기화기가 대부분 연료 분사로 대체되었다. 1992년 12월 이후 EEC 회원국에서 판매 및 생산되는 모든 차량에 촉매 변환기 장착이 의무화되었기 때문이다. 이 법은 오랫동안 준비되었으며, 많은 자동차가 1990년경부터 촉매 변환기 또는 연료 분사와 함께 출시되었다.
2. 1. 초기 역사
최초의 기화기는 1826년 사무엘 모레이가 발명했다.[17][18] 1888년 카를 벤츠는 내연기관 및 관련 부품들을 개발하면서 기화기 특허를 받았다.[47][48]초기 기화기는 표면 기화기 형태로, 휘발유 표면 위로 공기를 통과시켜 연료와 혼합하는 방식이었다.[49] 1875년 독일 엔지니어 지크프리트 마르쿠스는 최초의 휘발유 엔진(최초의 마그네토 점화 시스템도 선보임)으로 구동되는 자동차를 생산했다.[19][20][21] 1885년 카를 벤츠는 단기통 4행정 엔진으로 구동되는 벤츠 페이턴트-모터바겐을 선보였다.[22][23] 이 세 엔진 모두 연료가 담긴 용기 위로 공기를 이동시켜 작동하는 표면 기화기를 사용했다.[24]
분무 노즐을 사용한 최초의 플로트식 기화기 디자인은 1885년 독일 엔지니어 빌헬름 마이바흐와 고틀리프 다임러가 그들의 '할아버지 시계 엔진'에서 선보였다.[25] 1888년 영국에서 제작된 버틀러 페트롤 사이클 자동차도 플로트식 기화기를 사용했다.[26][27]
고정식 엔진용 최초의 기화기는 1893년 헝가리 엔지니어 야노스 존카와 도나트 반키가 특허를 받았다.[28][29][30]
2. 2. 발전 과정
최초의 기화기는 1826년 사무엘 모레이에 의해 발명되었다.[47] 1888년 카를 벤츠는 내연기관 및 관련 부품들을 개발하면서 기화기에 대한 특허를 획득했다.[48]초기 기화기는 표면 기화기 형태로, 휘발유 표면 위로 공기를 통과시켜 연료와 혼합하는 방식이었다.[49] 같은 해, 미국의 엔지니어 새뮤얼 모레이는 터펜틴과 공기를 혼합하는 기화기를 갖춘 "가스 또는 증기 엔진"에 대한 특허를 받았다.[17][18] 그러나 이 설계는 생산으로 이어지지 못했다.
1875년 독일의 엔지니어 지크프리트 마르쿠스는 최초의 휘발유 엔진(최초의 마그네토 점화 시스템도 선보임)으로 구동되는 자동차를 생산했다.[19][20][21] 1885년 카를 벤츠는 단기통 4행정 엔진으로 구동되는 벤츠 페이턴트-모터바겐을 선보였다.[22][23] 이 엔진들은 모두 연료가 담긴 용기 위로 공기를 이동시켜 작동하는 표면 기화기를 사용했다.[24]
분무 노즐을 사용한 최초의 플로트식 기화기 디자인은 1885년 독일 엔지니어 빌헬름 마이바흐와 고틀리프 다임러가 그들의 '할아버지 시계 엔진'에서 선보였다.[25] 1888년 영국에서 제작된 버틀러 페트롤 사이클 자동차도 플로트식 기화기를 사용했다.[26][27] 고정식 엔진용 최초의 기화기는 1893년 헝가리 엔지니어 야노스 존카와 도나트 반키에 의해 특허를 받았다.[28][29][30]
최초의 4배럴 기화기는 1952년 여러 제너럴 모터스 모델에 도입된 카터 기화기 WCFB와 동일한 로체스터 4GC였다. 올즈모빌은 이 새로운 기화기를 "쿼드리-제트"(원래 철자)[31]라고 불렀고 뷰익은 "에어파워"라고 불렀다.[32]
미국에서는 1980년대 후반까지 미국산 가솔린(휘발유) 엔진의 연료 공급 방식으로 기화기가 사용되었으나, 이후 연료 분사 방식이 선호되었다.[33] 기화기를 마지막으로 사용한 모터스포츠 중 하나는 NASCAR였는데, 2011 NASCAR 스프린트 컵 시리즈 이후 전자 연료 분사로 전환했다.[34] NASCAR는 여전히 NASCAR Xfinity 시리즈에서 4배럴 기화기를 사용한다.
유럽에서는 1970년대부터 고급 자동차와 스포츠카에서 연료 분사가 점점 더 많이 사용되었지만, 1980년대 후반에 기화기가 대부분 연료 분사로 대체되었다. EEC 법에 따라 1992년 12월 이후 회원국에서 판매 및 생산되는 모든 차량에 촉매 변환기가 장착되어야 했기 때문이다. 이 법은 오랫동안 준비되어 왔으며, 많은 자동차가 1990년경부터 촉매 변환기 또는 연료 분사와 함께 출시되었다.
3. 어원
"기화기"라는 용어는 "탄소와 결합하다"를 의미하는 동사 "carburet"에서 유래되었으며,[6] "가스를 탄소 또는 탄화수소와 결합하여 농축하다"를 의미한다.[7] 기화기는 흡입 공기와 휘발유 또는 자동차용 액화 석유 가스(LPG)와 같은 탄화수소 기반 연료를 혼합한다.[8]
이름은 미국 영어에서는 "carburetor"로, 영국 영어에서는 "carburettor"로 표기한다.[1][2] 영국과 북미에서는 "carb", 호주에서는 "carby"가 구어체 약어로 사용된다.[9]
4. 작동 원리
기화기는 베르누이의 원리를 기반으로 작동한다. 흡입 공기의 정압은 속도가 높아짐에 따라 감소하여 더 많은 연료를 기류로 끌어들인다. 대부분의 경우(''가속 펌프'' 제외) 운전자가 스로틀 페달을 밟는 것은 엔진에 들어가는 연료를 직접적으로 증가시키지 않는다. 대신 기화기를 통과하는 공기 흐름이 증가하여 흡기 혼합물로 끌어들여지는 연료의 양이 증가한다.[37]
액체 연료용 기화기에서 연료 탱크에서 보내진 연료는 '''연료 챔버'''(fuel chamber영어)라고 불리는 방에 일시적으로 저장된다. 저장된 연료에 한쪽 끝이 잠기도록 '''제트'''라고 불리는 얇은 관이 설치되어 있으며, 다른 쪽 끝은 엔진의 흡입 공기가 통과하는 벤츄리로 개방되어 있다. 벤츄리는 흡입 공기의 유로 중간을 좁게 조인 구조로, 흡입 공기가 벤츄리를 통과할 때 유속이 증가한다. 유속이 증가한 흡입 공기는 베르누이의 정리에 의해 정압이 저하되는 반면, 연료 챔버 내는 대기압으로 유지되기 때문에 연료 챔버에서 벤츄리로 연료가 빨려 들어간다. 제트의 출구는 작은 구멍 또는 홈 모양이며, 빨려 들어간 연료는 흡입 공기 속으로 안개 형태로 분사되어 증발하면서 확산되어 혼합기가 된다.[37]
기체 연료에 사용되는 기화기는 흡기관에 생기는 부압으로 작동하는 다이어프램 액추에이터에 의해 연료 유로의 밸브를 개폐하여 흡기관으로 보내는 연료의 양을 조절한다.[38]
기화기의 기본 구조 중 하나인 "제트"는 기능에 따라 다른 위치와 직경의 것이 갖춰져 있으며, "아이들링 계통"이나 "스로틀 계통" 등으로 구분된다. 일부 기구는 스로틀 개도에 따라 작동하도록 링크 기구와 흡입 부압을 사용한 다이어프램 액추에이터로 작동하며, 전자 제어 기화기에서는 서보 기구에 의해 작동한다.
혼합기 내 공기와 연료의 비율은 '''공연비'''라고 불리며, 예를 들어 가솔린의 경우 14.7이 이론 공연비이지만, 환경 조건에 따라 다른 공기 밀도에 맞춰 연료 공급량을 조정하거나, 운전 조건에 따라 이론 공연비와 다른 공연비의 혼합기를 공급할 필요가 있다. 기화기에서는 연료와 공기의 유로를 조정하여 상황에 따라 공연비를 조정할 수 있다.
5. 구성 요소 및 종류
기화기(캐브레터)는 "탄화수소를 혼합하다"라는 뜻의 동사 "carburet"에 행위자를 나타내는 접미사 "-or" 또는 "-er"를 붙여 만든 단어이다.[37] 가솔린처럼 상온 상압에서 액체인 연료에 사용되는 것과 액화 석유 가스(LPG 자동차)나 압축 천연 가스(천연 가스 자동차)처럼 기체 연료에 사용되는 것은 구조가 다르다.
액체 연료용 기화기에서 연료 탱크로부터 보내진 연료는 '''연료 챔버'''(fuel chamber영어)라는 방에 일시적으로 저장된다. 저장된 연료에 한쪽 끝이 잠기도록 '''제트'''라는 가는 관이 설치되어 있으며, 다른 쪽 끝은 엔진의 흡입 공기가 통과하는 벤츄리에 열려 있다. 벤츄리는 흡입 공기 통로 중간을 좁게 만든 구조로, 흡입 공기가 벤츄리를 통과할 때 유속이 증가한다. 유속이 증가한 흡입 공기는 베르누이의 정리에 의해 정압이 낮아지는 반면, 연료 챔버 안은 대기압으로 유지되기 때문에 연료 챔버에서 벤츄리로 연료가 빨려 들어간다. 제트의 출구는 작은 구멍이나 홈 모양이며, 빨려 들어간 연료는 흡입 공기 속으로 안개 형태로 분사되어 증발하면서 확산되어 혼합기가 된다.
기체 연료용 기화기는 흡기관에 생기는 부압으로 작동하는 다이어프램 액추에이터에 의해 연료 유로의 밸브를 열고 닫아 흡기관으로 보내는 연료의 양을 조절한다.[38]
연료 분사 장치는 기화기보다 정밀하게 엔진 부하 상황에 맞는 공기 연료비를 만들 수 있다. 연비와 배출 가스 억제에 대한 성능 요구 사항이 높아짐에 따라 자동차와 오토바이에서는 기화기를 대신하여 연료 분사 장치(퓨얼 인젝션)를 채택하는 차종이 주류가 되었다. 왕복 엔진을 탑재한 항공기에서는 기화기와 연료 분사 장치가 모두 사용되고 있으며, 민간 소형기에서는 기화기가 오랫동안 사용되었고, 연료 분사 장치로 전환된 것은 최근의 일이다. 체인톱이나 예초기 등의 엔진에서는 연료 분사 장치에 비해 전기가 필요 없고 구성 부품이 적으며, 부품 비용이 낮은 기화기가 사용되고 있다.
5. 1. 연료 공급 방식
기화기는 '플로트 챔버' 또는 '플로트 볼'이라고 하는 연료 저장소를 포함하고 있어 항상 적절한 연료 공급을 보장한다. 연료 펌프에 의해 플로트 챔버로 연료가 공급된다. 플로팅 인렛 밸브는 플로트 챔버로 들어가는 연료를 조절하여 연료 수위를 일정하게 유지한다.
연료 분사식 엔진과는 달리, 기화기 엔진의 연료 시스템은 가압되지 않는다. 기화기를 통과하는 흡입 공기가 가압되는 엔진(예: 기화기가 과급기의 하류에 위치하는 경우)의 경우, 전체 기화기는 작동하기 위해 기밀 가압 박스 안에 포함되어야 한다. 그러나 기화기가 과급기의 상류에 위치하는 경우에는 이것이 필요하지 않다.
연료 비등 및 베이퍼록 문제는 기화기 엔진, 특히 더운 기후에서 발생할 수 있다. 플로트 챔버는 엔진 근처에 위치해 있기 때문에, 엔진의 열(엔진을 끄고 몇 시간 후 포함)로 인해 연료가 기화될 정도로 가열될 수 있다. 이는 연료 내에 공기 방울을 발생시켜 연료 흐름을 방해하며, 이를 '베이퍼록'이라고 한다.
플로트 챔버를 가압하지 않기 위해 통풍 튜브는 공기가 플로트 챔버로 들어가고 나가도록 한다. 이 튜브는 일반적으로 기화기 흡입구로 뻗어 있어 연료가 밖으로 튀어나와 기화기로 들어가는 것을 방지하도록 배치된다.
만약 엔진이 기화기가 수직이 아닌 상태(예: 체인톱이나 비행기)에서 작동해야 한다면, 플로트 챔버와 중력으로 작동하는 플로트 밸브는 적합하지 않다. 대신, 일반적으로 다이어프램 챔버가 사용된다. 이것은 연료 챔버 한쪽에 있는 유연한 다이어프램으로 구성되며, 챔버로 들어가는 연료를 조절하는 니들 밸브에 연결되어 있다. 챔버 내 공기의 유량(스로틀 밸브/버터플라이 밸브에 의해 제어됨)이 감소하면, 다이어프램은 안쪽(아래쪽)으로 움직여 니들 밸브를 닫아 연료 유입량을 줄인다. 챔버 내 공기의 유량이 증가하면, 다이어프램은 바깥쪽(위쪽)으로 움직여 니들 밸브를 열어 더 많은 연료가 들어가게 하여 엔진이 더 많은 출력을 낼 수 있게 한다. 안정된 상태가 달성되어, 어떤 방향에서도 일정하게 유지되는 안정적인 연료 저장소 수준을 만든다.
5. 2. 벤츄리 방식
기화기는 베르누이의 원리를 기반으로 작동한다. 흡입 공기의 정압은 속도가 높아짐에 따라 감소하여 더 많은 연료를 기류로 끌어들인다. 벤투리 관에서의 압력 감소는 흡입 공기 속도의 제곱에 비례하는 경향이 있다. 연료 분사구는 훨씬 작고 연료 흐름은 주로 연료의 점성에 의해 제한되므로 연료 흐름은 압력 차이에 비례하는 경향이 있다. 따라서 최대 출력을 위해 크기가 조정된 분사구는 저속 및 부분 스로틀에서 엔진을 기아 상태로 만드는 경향이 있다. 가장 일반적으로 이것은 여러 개의 분사구를 사용하여 수정되었다. SU 기화기 및 기타 가변 분사구 기화기에서는 분사구 크기를 변경하여 수정되었다.[37]
액체 연료용 기화기에서 연료 탱크에서 보내진 연료는 '''연료 챔버'''(fuel chamber영어)라고 불리는 방에 일시적으로 저장된다. 저장된 연료에 한쪽 끝이 잠기도록 '''제트'''라고 불리는 얇은 관이 설치되어 있으며, 다른 쪽 끝은 엔진의 흡입 공기가 통과하는 벤츄리로 개방되어 있다. 벤추리는 흡입 공기의 유로 중간을 좁게 조인 구조로, 흡입 공기가 벤추리를 통과할 때 유속이 증가한다. 유속이 증가한 흡입 공기는 베르누이의 정리에 의해 정압이 저하되는 반면, 연료 챔버 내는 대기압으로 유지되기 때문에 연료 챔버에서 벤추리로 연료가 빨려 들어간다. 제트의 출구는 작은 구멍 또는 홈 모양이며, 빨려 들어간 연료는 흡입 공기 속으로 안개 형태로 분사되어 증발하면서 확산되어 혼합기가 된다.[38]
5. 3. 벤츄리 수 및 방향
기화기의 기본 설계는 벤츄리 1개로 구성되지만(싱글 배럴), 2개 또는 4개의 벤츄리(각각 2구식 및 4구식 기화기, 멀티 배럴)를 갖춘 설계도 매우 흔하다. 일반적으로 배럴은 낮은 부하 상황에 사용되는 "1차" 배럴과 더 높은 부하에서 추가적인 공기/연료를 공급하기 위해 필요한 경우 활성화되는 "2차" 배럴로 구성된다. 1차 및 2차 벤츄리는 종종 크기가 다르며 사용되는 상황에 맞게 다양한 기능을 통합한다.[16]V8 엔진에서 저속 엔진 속도에서 연료를 절약하면서도 고속에서 적절한 공급을 제공하기 위해 2개의 1차 배럴과 2개의 2차 배럴을 사용하는 4구식 기화기가 많이 사용되었다.[16]
여러 개의 기화기(예: 각 실린더 또는 실린더 쌍에 대한 기화기)를 사용하면 흡입 공기가 여러 개의 벤츄리를 통과하게 된다.[16] 일부 고성능 엔진은 여러 개의 2구식 또는 4구식 기화기를 사용했는데, 예를 들어 페라리 V12 엔진에는 6개의 2구식 기화기가 사용되었다.[16]
액체 연료용 기화기는 벤츄리의 수와 방향, 기능 외에도 연료 챔버 방식에 따라 분류된다.
벤츄리가 1개인 경우 '''싱글 배럴''', 여러 개인 경우 '''멀티 배럴''' ('''2 배럴''', '''4 배럴''') 등으로 부른다. 엔진 부하에 따라 2종류의 벤츄리가 단계적으로 작동하는 '''스테이지드 기화기''' ('''2 스테이지 기화기''')와 엔진 부하의 전 영역을 하나의 벤츄리로 처리하는 '''싱글 스테이지 기화기'''로 나뉜다.[16]
예를 들어, 직렬 4기통 엔진에 싱글 스테이지 2 배럴 기화기 2개가 탑재되거나, V형 8기통 엔진에 싱글 스테이지 4 배럴 기화기 2개가 탑재되는 경우가 있다.[16]
스테이지드 기화기는 스로틀 개도에 따라 메인 배럴(프라이머리 배럴)과 이차 배럴(세컨더리 배럴)이 단계적으로 작동한다. 이차 배럴은 메인 배럴과 동일한 직경이거나 더 작으며, 링크 기구 또는 다이어프램 액추에이터에 의해 작동한다. 메인 배럴과 이차 배럴을 2조 갖춘 2 스테이지 4 배럴 기화기도 있다. 보어 직경 차이, 초크 밸브 유무 등으로 싱글 스테이지 2 배럴과 구별 가능하다. 액셀 개도가 작을 때는 메인 배럴만 열어 벤츄리를 통과하는 공기 유속을 증가시켜 높은 벤츄리 효과를 확보하고, 액셀 개도가 클 때는 이차 배럴도 열어 더 많은 혼합기를 공급하여 넓은 범위에서 적절한 혼합기를 형성한다. 야마하 V-MAX의 V 부스트 시스템도 스테이지드 기화기의 일종이다.[16]
흡입 공기 흐름 방향에 따라 호리존탈 드래프트(사이드 드래프트), 업 드래프트, 다운 드래프트로 불린다.[16]
; 호리존탈 드래프트(사이드 드래프트)
: 흡입 공기가 기화기 측면에서 들어가 반대쪽으로 혼합기가 보내진다. 오토바이와 선박용 선외기에서도 이 형식이 많다.[16]
; 업 드래프트
: 흡입 공기가 기화기 하부에서 들어가 위쪽으로 혼합기가 보내진다. 1930년대 이전의 사이드 밸브 엔진 자동차에서 많이 이용되었다. 당시에는 엔진 옆 낮은 위치에 기화기를 놓고 높은 위치의 탱크에서 펌프 없이 연료를 중력 공급하는 방식이 많았고, 사이드 밸브 엔진의 인테이크에 혼합기를 보내는 레이아웃에 업 드래프트 방식이 적합했기 때문이다. 기화 효율과 응답성이 떨어져 1940년대 이후 자동차용으로는 쇠퇴했지만, 일부 항공기용 엔진에서는 사용된다.[16]
; 다운 드래프트
: 흡입 공기가 기화기 상부에서 들어가 하부로 혼합기가 보내진다. 기화기는 엔진 바로 위나 측면 높은 위치에 배치되며, 연료 펌프가 필요하지만 효율과 응답성이 뛰어나 V형 8기통 엔진과 OHV 방식이 보급된 1940년대 이후 미국 승용차에 널리 채용되어 20세기 후반 자동차용 기화기의 주류가 되었다. 1980년대 이후 연료 분사 장치가 일반화되면서 사라졌지만, 경차의 저가형 등급에서는 1990년대 중반까지, 소형 일반 자동차의 극히 일부 상용차에서는 2000년대 초반까지 기화기 사양이 존재했다.[16]
5. 4. 연료 회로
주 계량 회로는 좁아지기 전에 다시 넓어져 벤투리(일명 "배럴")를 형성하는 파이프로 구성된다. 연료는 벤투리관의 가장 좁은 부분에서 작은 튜브(''메인 제트'')를 통해 공기 흐름에 유입되며, 이 부분에서 공기는 가장 높은 속도로 흐른다.[10]
벤투리관 하류에는 스로틀 밸브(일반적으로 버터플라이 밸브)가 있으며, 이 밸브는 기화기에 유입되는 공기의 양을 조절하는 데 사용된다. 자동차의 경우, 이 스로틀은 차량의 스로틀 페달에 연결되어 엔진 속도를 변화시킨다.
스로틀 개방이 작을 때 벤투리관을 통과하는 공기 속도는 연료 흐름을 유지하기에 충분하지 않으므로, 기화기의 아이들 및 오프-아이들 회로에서 연료를 공급한다.
스로틀 개방이 클수록 벤투리관을 통과하는 공기 속도가 증가하여 공기 압력이 낮아지고 더 많은 연료가 기류로 유입된다.[11] 동시에 매니폴드 진공 감소로 인해 아이들 및 오프-아이들 회로를 통한 연료 흐름은 줄어든다.
5. 5. 기타 구성 요소
기화기(캐브레터)는 "탄화수소를 혼합하다"라는 뜻의 동사 "carburet"에 행위자를 나타내는 접미사 "-or" 또는 "-er"를 붙여 만든 단어이다.[37] 가솔린과 같이 상온 상압에서 액체인 연료에 사용되는 것과 액화 석유 가스(LPG 자동차)나 압축 천연 가스(천연 가스 자동차)처럼 기체 연료에 사용되는 것은 구조가 다르다.액체 연료용 기화기에서 연료 탱크로부터 보내진 연료는 '''연료 챔버'''(fuel chamber영어)라는 방에 일시적으로 저장된다. 저장된 연료에 한쪽 끝이 잠기도록 '''제트'''라는 가는 관이 설치되어 있으며, 다른 쪽 끝은 엔진의 흡입 공기가 통과하는 벤츄리에 열려 있다. 벤츄리는 흡입 공기 통로 중간을 좁게 만든 구조로, 흡입 공기가 벤츄리를 통과할 때 유속이 증가한다. 유속이 증가한 흡입 공기는 베르누이의 정리에 의해 정압이 낮아지는 반면, 연료 챔버 안은 대기압으로 유지되기 때문에 연료 챔버에서 벤츄리로 연료가 빨려 들어간다. 제트의 출구는 작은 구멍이나 홈 모양이며, 빨려 들어간 연료는 흡입 공기 속으로 안개 형태로 분사되어 증발하면서 확산되어 혼합기가 된다.
기체 연료에 사용되는 기화기는 흡기관에 생기는 부압으로 작동하는 다이어프램 액추에이터에 의해 연료 유로의 밸브를 열고 닫아 흡기관으로 보내는 연료의 양을 조절한다.[38]
기화기보다 정밀하게 엔진의 부하 상황에 맞는 공기 연료비를 만들 수 있는 연료 분사 장치가 보급되었고, 연비와 배출 가스 억제에 대한 성능 요구 사항이 높아짐에 따라 자동차와 오토바이에서는 기화기를 대신하여 연료 분사 장치(퓨얼 인젝션)를 채택하는 차종이 주류가 되었다. 왕복 엔진을 탑재한 항공기에서는 기화기와 연료 분사 장치가 모두 사용되고 있으며, 민간 소형기에서는 기화기가 오랫동안 사용되었고, 연료 분사 장치로 전환된 것은 최근의 일이다. 체인톱이나 예초기 등의 엔진에서는 연료 분사 장치에 비해 전기가 필요 없고 구성 부품이 적으며, 부품 비용이 낮은 기화기가 사용되고 있다.
; 고정 벤츄리식
: 스로틀 조작에 관계없이 벤츄리의 개구 면적이 항상 일정한 방식이다. 자동차용으로는 고성능 엔진용 웨버(Weber)나 소렉스(Solex)를 비롯하여 많은 미국차와 일본차의 일부 다운드래프트 기화기에서 볼 수 있다. 오늘날에는 이 타입의 기화기를 제조하는 회사는 줄었지만, 일본 국내에서는 오이에르(OER)가 구형 소렉스 등의 교체를 위해 이 타입의 기화기 제조 판매를 계속하고 있다. 오토바이에서는 할리데이비슨(Harley-Davidson)이 1989년까지 이 형식의 기화기를 계속 사용했다. 전쟁 전부터 전쟁 직후까지 사용된 린카트(Linkart) 기화기는 일본제 리쿠오(陸王)에서도 일본 기화기의 라이선스 생산품이 탑재되었다. 그러나 리쿠오가 도산한 1960년대부터는 일본제 오토바이에서는 이 형식의 기화기가 채용되는 일은 없어졌다. (사륜에서는 고정 벤츄리식, 이륜에서는 가변 벤츄리식이 일반적)
; 가변 벤츄리식
: 벤츄리의 개구 면적을 자동으로 변화시키는 방식으로, 엔진 회전의 전 영역에 걸쳐 적절한 흡기 유속을 얻을 수 있다. 오늘날까지 남아있는 것으로는 VM형과 CV형의 2가지 방식으로 크게 나뉜다. 자동차에서는 히타치(日立), 제니스・스트롬버그를 시작으로 하는 사이드 드래프트・SU 기화기가 가장 일반적으로 사용되었다.
:; 피스톤 밸브식(VM형)
:: VM(Villiers Monoblock 또는 Variable Manifold)형에서는 피스톤 밸브가 스로틀이 되어, 공기의 유량 조정과 동시에 벤츄리의 개구 면적을 변화시킨다. 날카로운 엔진 반응을 얻을 수 있는 한편, 엔진이 요구하는 혼합기 흡입량을 넘어 스로틀 밸브를 열면 공기의 유속이 저하되어 제트에서 연료 분출량이 적어진다. 이 때문에 운전자의 능력에 따라 엔진 성능이 좌우된다. 또한, 부압식에 대해 피스톤 밸브식을 '''강제 개폐식'''이라고 통칭하는 것이 일반적이지만, 본래의 강제 개폐식은 스로틀을 열리는 쪽뿐만 아니라 닫히는 쪽도 케이블로 당기는 2개 당김 스로틀의 것이며, 오히려 부압식에서 일반적이다. 그러나 현재에는 피스톤 밸브식을 가리키는 용어로 여겨지는 경우가 많다.
:; 부압식(CV형)
:: CV(Constant Velocity 또는 Constant Vacuum)형에서는 스로틀은 고정 벤츄리식과 마찬가지로, 공기의 유량을 조정하는 버터플라이 밸브를 조작한다. 벤츄리는 진공 피스톤에 의해 개구 면적이 자동적으로 변화하고, 그 하단에는 구멍이 뚫려 있다. 진공 피스톤에는 다이어프램식에서는 막이 붙어 있으며, 막의 한쪽에는 흡기관에 생기는 부압이 걸리고, 반대쪽은 대기에 개방되어 있다. 진공 피스톤은 스프링으로 지지되며, 스프링의 힘과 부압의 균형으로 벤츄리의 개구 면적이 유량에 따라 자동적으로 정해지며, 유량이 변하지 않으면 유속이 거의 일정하게 되도록 자동 조절된다. 이 구조 때문에 흡입 부압이 작은 2행정 엔진에는 적합하지 않다. 벤츄리의 개구 면적은 스로틀 조작에 직접적으로 영향을 받지 않으므로, 엔진 출력의 스로틀에 대한 반응은 다른 방식보다 완만하다. 과도 특성이 조종성에 크게 영향을 주는 오토바이에서는 인젝션이 보급되기 전까지는 2행정차, 경기용차, 및 원동기 등 소배기량차를 제외하면 일반적인 존재였다.
; 기타
: 상기 2 형식에 해당하지 않는 것으로, 포드(Ford)가 개발한 VV(Variable Venturi)형이 있다. 이 형식은 고정 벤츄리형 다운드래프트 기화기를 기반으로, 스로틀 포지션 센서로 스로틀 밸브의 개도를 감시하면서, 미터링 로드가 달린 가동식 벤츄리를 서보 모터로 움직여 벤츄리 직경을 항상 변화시켜 간다.[39]「MOTORCRAFT.VV」의 상품명으로 알려져, 1977년부터 1991년까지, 주로 픽업트럭이나 대형 화물자동차를 중심으로 탑재되었다. 스테이지드 멀티배럴 기화기가 주류였던 미국에서도 포드의 일부 차종에만 채용되어 끝났다.
연료 챔버는 제트기에 안정적인 연료 공급을 유지하기 위해 일시적으로 연료를 저장하는 구조이다. 연료 저장량을 조절하는 방식에는 부유체(플로트)를 사용하여 액면을 유지하는 '''플로트 챔버'''와 다이어프램을 사용하여 챔버 내 연료를 일정하게 유지하는 '''다이어프램 챔버'''가 있다.
; 플로트 챔버
: 연료 챔버 안에는 황동, 수지, 또는 코르크 등으로 만들어진 플로트가 내장되어 있으며, 챔버 내에 채워진 연료의 액면(유면)에 따라 상하로 움직인다. 플로트에는 '''플로트 밸브'''라고 불리는 밸브가 연동되어 움직이도록 장착되어 있으며, 연료 탱크에서 공급되는 유로를 개폐한다. 연료가 챔버 내에 채워지면 플로트가 상승하여 플로트 밸브를 밀어 올리고, 연료가 유입되는 유로를 닫는다. 연료가 소비되어 챔버 내의 유면이 내려가면 플로트가 하강하여 플로트 밸브가 열린다. 이 일련의 동작에 의해 챔버 내의 유면 높이가 일정하게 유지된다. 플로트 챔버 내는 대기압이 되도록 외부와의 통기성이 확보되어 있으며, 통기구에는 '''에어 벤트 튜브'''가 갖춰져 있는 경우도 있다. 플로트 챔버 내 유면은 조정 가능하며, 플로트의 암을 구부리거나, 플로트의 고정 나사를 조정하는 등의 방법으로 플로트 밸브가 닫히는 유면 높이를 변경할 수 있다. 금속 플로트의 부식에 의한 구멍이나 수지 플로트의 연료 스며듦으로 인해 부력이 저하되어 혼합기가 과농이 되거나 연료 오버플로우가 발생할 수 있다. 이 경우 플로트를 교체해야 하지만, 챔버를 분해해야 발견할 수 있기 때문에 이상을 알아차리기 어렵다.
; 다이어프램 챔버
: 체인톱이나 예초기 등의 손으로 잡는 엔진 기기에서는, 기기를 잡는 각도에 따라 기화기가 크게 기울어지는 경우가 있다. 플로트 챔버는 원리상 크게 기울어진 상태에서는 정상적으로 동작하지 않기 때문에, 이러한 기기에서는 다이어프램 챔버가 사용된다. 다이어프램은 유연성이 높은 재질로 만들어진 막 모양의 부품으로, 연료 탱크에서 연료를 빨아들이는 펌핑 다이어프램과 연료 챔버로의 유입 경로를 개폐하는 메터링 다이어프램이 있다. 펌핑 다이어프램은 엔진이 시동되면 흡입 부압의 맥동에 의해 굴곡을 반복하여 연료를 챔버로 보낸다. 메터링 다이어프램은 연료 챔버의 격막으로 조립되어 한쪽은 대기압으로 유지된다. 메터링 다이어프램에는 메터링 레버를 통해 챔버 유입 경로를 개폐하는 인렛 니들이 연동되도록 장착되어 있다. 엔진 정지 중에는 스프링의 힘에 의해 인렛 니들이 닫히고 챔버로 유입되는 연료를 막고 있지만, 엔진이 시동되어 챔버 내의 연료가 소비되면 대기압에 밀린 다이어프램 밸브가 인렛 니들을 열고 챔버 내의 연료를 보충한다. 이렇게 챔버 내의 유량이 일정하게 유지된다. 펌핑 다이어프램은 엔진이 정지 중에는 연료를 보낼 수 없기 때문에, 기종에 따라 비어있는 연료 챔버에 수동으로 연료를 보내는 '''프라이밍 펌프'''를 갖추고 있는 경우가 있다.[40]
자동차나 오토바이에 사용되는 기화기는 넓은 범위의 엔진 회전 속도, 또는 넓은 범위의 부하에 대응하기 위해 복잡한 기능이 요구된다. 스로틀 개도에 따라 적절한 양의 혼합기를 생성할 뿐만 아니라, 엔진의 부하와 상태에 따라 공기와 연료의 혼합비(공연비)를 적절하게 조정하는 기구가 내장된다. 또한, 배출 가스 규제가 적용되면서 배출 가스 중 유해 성분의 농도를 억제하도록 보정하는 기능도 추가되었다.
기화기의 기본 구조 중 하나인 "제트"는 기능에 따라 다른 위치와 직경의 것이 갖춰져 있으며, "아이들링 계통"이나 "스로틀 계통" 등으로 구분된다. 일부 기구는 스로틀 개도에 따라 작동하도록 링크 기구와 흡입 부압을 사용한 다이어프램 액추에이터로 작동하며, 전자 제어 기화기에서는 서보 기구에 의해 작동한다.
메인 계통은 스로틀 계통이라고도 불리며, 중속 회전(부분 부하 영역)부터 고속 회전(고부하 영역)에서 연료를 공급하는 경로로, 메인 제트, 니들 제트 홀더(메인 에어 블리드와 일체), 제트 니들, 니들 제트 및 메인 에어 제트로 구성된다. 제트 니들은 가느다란 원뿔 모양의 부품으로, 원통형 니들 제트 홀더에 꽂혀 있다. 스로틀 밸브의 개폐에 따라 제트 니들이 상하로 움직여 니들 제트 홀더와의 틈새가 변화하고, 공급되는 연료의 양이 달라진다.
기화기에 따라서는 1개 이상의 소경의 '''부스터 벤츄리(추가 벤츄리)'''가 메인 벤츄리 내부에 설치되어, 스로틀 밸브 미세 조작 시 메인 벤츄리 유속 변화의 둔함을 보완한다.
스로틀 계통이라고도 불리며, 아이들링 등의 저속 회전 시 연료를 공급하는 경로로, 슬로 제트(아이들링 제트, 파일럿 제트), 슬로 제트 홀더, 바이패스 포트, 아이들 포트, 슬로 에어 제트로 구성된다. 스로틀 밸브가 완전히 닫힌 위치에서 약간 열릴 때, 스로틀 밸브의 하류에 고속의 기류가 발생하므로, 슬로 제트는 이 위치에 설치된다.
슬로 제트의 유로 면적은 변화하지 않지만, 스로틀 밸브가 열리면 슬로 제트 부근의 유속이 저하되어, 연료가 빨려 나오는 작용이 작아진다. 즉, 중고속 회전에서는 아이들링 계통은 작동하지 않는다.
스로틀 밸브를 아이들링에 적합한 개도로 고정하기 위한 기구로, '''아이들링 조절 나사'''라고 불리는 나사가 장착되어 있다. 이 나사를 조임으로써 스로틀 밸브는 더 열리고(아이들링 회전수가 올라감), 풀면서 스로틀 밸브는 더 닫힌다(아이들링 회전수가 내려감).
파워 제트(파워 밸브)는 고회전 고부하 시 메인 제트로부터의 연료 공급을 보조하는 기구이다. 스로틀 밸브 전개 부근의 영역에서 공연비를 진하게 하여 출력을 높인다. 동시에, 공연비를 높이면 혼합기의 비열비가 작아지고, 연료의 기화열이 증가하므로 연소실의 과열을 방지한다(연료 냉각이라고 한다). 이로 인해 노킹과 데토네이션을 방지하는 작용을 한다. 파워 제트는 흡기관 내의 압력과 스프링으로 개폐 제어되는 밸브로, 흡기관 내의 부압이 강할 때는 닫혀 있으며, 스로틀 밸브가 열리고 부압이 약해지면 열리도록 되어 있다.
파워 제트는 해당 엔진의 특성에 따라 보정하는 연료량이 엄밀하게 설정되기 때문에, 오토바이용 기화기 등의 경우에는 미리 설정이 고정되어 있으며, 일부 시판 레이서 차량[43]을 제외하고 조정이 불가능한 경우가 많다.
초기의 2행정 엔진에 사용된 파워 제트 중에는, 4행정 엔진의 파워 제트와는 반대로, 흡기관 내에 강한 부압 상태일 때 열리고, 약해지면 닫히는 설정의 것이 사용되는 기화기가 존재했다. 이는 전개 영역에서 혼합비가 약간 얇아지면서, 더욱 고회전까지 회전이 늘어나는 2행정 엔진의 특성을 살린 것이다. 이와 같은 동작을 하는 기화기의 경우에는, 상용 회전 영역에서는 항상 파워 제트로부터 연료가 공급되기 때문에, 메인 제트는 파워 제트가 없는 동일 사이즈의 기화기보다 약간 얇은 번호가 선택된다. 그러나, 엔진 고회전 영역에서 과도하게 파워 제트로부터의 연료 공급을 줄이면 엔진 소착의 리스크가 커진다. 근년의 2행정 엔진의 파워 제트는 더 심플한 구성이며, 밸브는 없고, 플로트실에서 상류측 천장 부분에 바이패스가 설치되어 있을 뿐이다. 이로 인해, 흡입 부압이 커졌을 때만, 연료가 빨려 나온다.
몇몇 고정 벤츄리형 기화기에서는 파워 제트를 대신하는 고회전 고부하 시의 증량 기구로, 가변 벤츄리형의 제트 니들과 같은 '''미터링 로드'''나 '''스텝 업 로드'''라고 불리는 기구를 사용하는 것도 있다. 미터링 로드는 전체가 테이퍼 형상으로 가공된 막대이며, 메인 제트에 있는 연료 통로 구멍에 꽂혀 있다. 메인 제트의 유로 면적은 불변이므로, 미터링 로드를 드나들게 하면 연료 통로의 단면적을 변화시킬 수 있다. 미터링 로드는 흡입 부압에 의해 상하하는 배큠 피스톤(다이어프램) 혹은 스로틀 린키지에 부착되어 있으며, 스로틀 밸브를 열면 메인 제트에서 강제적으로 뽑혀 나와, 메인 제트의 연료 유량을 점차 증가시켜 간다.
파워 제트가 고회전 영역에서 전반적인 연료 증가 보정을 수행하는 데 반해, 가속 펌프는 가속 시 등 스로틀 밸브가 급격히 열릴 때 보정한다.
시동 계통이라고도 하며, 엔진 시동 시 공기 연료비를 농후하게 하는 기구이다. 초크 대신 티클러가 사용되는 경우도 있다. 자동차용 기화기에서는 오토 초크 기구가 내장되어 있는 경우도 있으며, 오토 초크를 작동시키는 조작으로서 엔진을 시동하기 전에 액셀을 몇 번 밟는 것이 사용자 매뉴얼에 기재되어 있다.
6. 항공기 엔진에서의 문제점
항공기 엔진에서 기화기 내부에 얼음이 형성되는 것은 중요한 문제이다. 기화기 내부의 공기 온도는 벤투리 내의 감소된 공기압과 증발하는 연료의 잠열의 조합으로 인해 최대 40°C까지 감소할 수 있다.[35] 특히 착륙을 위해 강하할 때는 엔진이 스로틀이 닫힌 상태에서 장기간 아이들 상태로 작동되기 때문에 결빙이 발생하기 쉽다. 결빙은 순항 고도에서도 발생할 수 있다.
기화기 결빙을 방지하기 위해 기화기 열 시스템이 사용되는 경우가 많다.[35] 이 시스템은 배기구를 우회하여 통과하는 보조 공기 흡입구로 구성되어 있어 공기가 기화기로 들어가기 전에 가열된다. 일반적으로 조종사가 필요에 따라 흡입 공기가 가열된 흡입 경로를 통해 이동하도록 수동으로 전환하여 작동한다. 기화기 열 시스템은 가열된 공기의 밀도가 낮기 때문에 출력 출력을 감소시키고 흡입 공기 필터를 우회하게 하므로, 결빙 위험이 있을 때만 사용된다.[35]
엔진이 아이들 RPM으로 작동하는 경우, 결빙을 방지하는 또 다른 방법은 스로틀을 주기적으로 여는 것이다. 그러면 기화기 내부의 공기 온도가 상승한다.[35]
7. 특유의 문제점
항공기 엔진에서 기화기 내부에 얼음이 형성되는 현상(아이싱)은 중요한 문제 중 하나다. 기화기 내부의 공기 온도는 벤투리 내의 감소된 공기압과 증발하는 연료의 잠열 때문에 최대 40°C까지 감소할 수 있다.[35] 특히 착륙을 위한 강하 중에는 엔진이 스로틀이 닫힌 상태에서 장기간 아이들 상태로 작동되기 때문에 결빙에 더욱 취약하다. 결빙은 순항 고도에서도 발생할 수 있다.
이러한 기화기 결빙을 방지하기 위해 기화기 열 시스템이 사용되는 경우가 많다.[35] 이 시스템은 배기구를 우회하여 통과하는 보조 공기 흡입구를 통해 공기가 기화기로 들어가기 전에 가열되도록 한다. 보통 조종사가 필요에 따라 흡입 공기가 가열된 흡입 경로를 통해 이동하도록 수동으로 전환하여 작동한다. 기화기 열 시스템은 가열된 공기의 밀도가 낮아 출력 출력을 감소시키고 흡입 공기 필터를 우회하게 하므로, 결빙 위험이 있을 때만 사용된다.[35]
엔진이 아이들 RPM으로 작동하는 경우, 결빙을 방지하는 또 다른 방법은 스로틀을 주기적으로 여는 것이다. 이를 통해 기화기 내부의 공기 온도를 상승시킬 수 있다.[35]
기화기 결빙은 다른 적용 분야에서도 발생하며, 이를 해결하기 위해 다양한 방법이 사용되었다. 직렬 엔진의 경우 흡입 및 배기 매니폴드는 헤드의 같은 쪽에 있어, 배기구의 열이 흡입 매니폴드와 기화기를 데우는 데 사용된다. V형 구성의 경우 배기 가스가 한 헤드에서 다른 헤드로 흡입 크로스 오버를 통해 전달된다. 흡입 가열을 위한 크로스 오버에서 배기 흐름을 조절하는 한 가지 방법은 히트 라이저로, 아이들 상태에서는 닫혀 있고 배기 흐름이 증가하면 열리는 가중된 편심 버터플라이 밸브이다. 일부 차량은 배기 매니폴드 주변에 열 스토브를 사용하기도 했다. 이는 튜빙을 통해 공기 필터 흡입구에 연결되어 공기 필터에 따뜻한 공기를 공급했다. 흡기 혼에 진공 제어 버터플라이 밸브 예열 튜브가 있어 엔진 부하가 증가하면 더 차가운 공기가 유입되도록 열린다.
; 런온(run-on)
: 연소실 내에 그을음이 축적된 엔진에서는 메인 스위치를 꺼도 엔진의 운전이 계속되는 현상인 '''런온'''이 발생할 수 있다. 점화 플러그로의 전력 공급을 멈춰도 연소실 내에서 계속 타는 그을음이 불씨가 되어 혼합기에 점화하고, 기화기는 흡입 공기가 벤츄리로 흐르는 한 연료를 계속 공급하므로, 연료 챔버가 비워질 때까지 엔진의 운전이 계속된다. 점화 플러그에 의하지 않는 폭발이므로 '''디젤링''' (dieseling)이라고도 불린다.
; 오버플로우 (overflow)
: 플로트 챔버를 이용한 기화기에서는, 연료 챔버에서 넘쳐 외부나 벤츄리로 연료가 흘러나오는 현상인 '''오버플로우'''가 발생하기도 한다. 플로트 밸브의 높이가 적절하게 조정되지 않은 경우나, 플로트나 플로트 축 등 플로트 밸브의 동작과 관련된 부품에 이상이 있는 경우에, 플로트 챔버에 유입되는 연료가 과잉되어 넘쳐 흐른다. 또는, 오토바이 등에서 전도 시, 연료 챔버에서 벤츄리로 연료가 과도하게 흘러 들어가는 경우도 있다. 심각한 오버플로우는 실린더 내에 연료가 쌓이게 한다.
; 아이싱 (icing)
: 겨울철이나 상공 비행 중 등, 환경 온도가 낮을 때에는 공기 중의 수분이 동결되어 기화기의 기능을 저해하는 경우가 있다. 연료가 기화할 때의 기화열이 주변의 공기나 부품에서 열을 빼앗아 온도가 저하되어 결빙한다. 얼음은 제트류를 막아 분무가 불가능하게 되거나, 스로틀 밸브에 달라붙어 엔진 회전을 낮출 수 없게 되는 경우도 있다. 이를 방지하기 위해, 인테이크 매니폴드의 기화기 바로 아래에 배기 매니폴드를 일체화시켜 배기열을 이용하거나, 엔진으로 데워진 냉각수나 전열기로 기화기 본체를 데우는 대책을 채택하고 있는 경우도 있다.
; 퍼컬레이션(percolation)
: 주변 온도가 높은 상황 등에서 연료 탱크, 연료 펌프, 배관, 기화기 등의 온도가 높아지면, 연료 계통의 어딘가에서 가솔린 증기가 발생하여 기포가 되는 '''퍼컬레이션'''이 발생한다. 퍼컬레이션이 일어나면 혼합기가 희박해지고, 엔진이 숨쉬기를 일으켜 운전을 계속할 수 없게 된다. 일단 일어나면 연료 계통의 온도를 낮추는 것 외에는 회피할 방법이 없다.
; 가속도 방향에 따른 불량
: 기화기의 동작은 중력 등의 가속도에 의존하고 있다. 설계상 예상과 다른 방향으로 가속도가 걸리면 연료 공급이 끊어지기 때문에, 항공기에서는 배면 비행에 제한 시간이 있다. 해결책으로는 영국 로열 에어크래프트 에스타블리쉬먼트의 베아트리스 실링이 고안한 미스 실링의 오리피스 탑재나, 연료 분사 장치로의 교체 등이 있다.
8. 주요 기화기 제조사
| 회사명 | 주요 납품처 및 제품 |
|---|---|
| 아이산 공업 | 주로 도요타 (소렉스 등 특수품 제외 전량) |
| 닛키(구 일본 기화기 제작소) | 링커트식 카브레이터 (미국 Linkert(https://en.wikipedia.org/wiki/Linkert_carburetor)의 라이선스 생산품, 리쿠오 OEM용) |
| 케이힌 | FCR-MX 모토크로스・엔듀로용, FCR, PE / PJ / PWK / PWM 2사이클 엔진, PD, PC, PB, NCV 소형 이륜차용 CV 카브레터, CV CVK 중·대형 이륜차용 CV 카브레터, CVHD/할리 데이비슨 OEM (⌀32, ⌀30), 고정 벤츄리, KEIHIN H-D(1989년까지의 할리 데이비슨 OEM) |
| 미쿠니 | TM, TMR, VM, BW / BV 산업용·범용, BS / BST / BSR 이륜·ATV용, BN 플로트리스 수상 바이크용, 미쿠니 소렉스(자동차용 고정 벤츄리 카브레터) |
| 요시무라 (미쿠니제나 케이힌제를 개조) | TM-MJN(⌀28, ⌀26, ⌀24), TMR-MJN, FCR-MJN(⌀39, ⌀28) |
| 히타치 제작소(현 히타치 오토모티브 시스템즈) | 주로 일본차용 SU 카브레터 제조 |
| 테이케이 기화기 | TK 카브레터 상품명으로 오토바이와 자동차 순정 카브레터 제조 |
| [http://www.oer.co.jp/ 오이아르](OER) | 현재도 자동차용 고정 벤츄리 캡 제조 판매 |
| 피어버그 | 볼보, 폭스바겐, 아우디의 순정 기화기를 제조. |
| Villiers Ltd|빌리어스영어 | 영국의 오토바이 및 소형 엔진용 기화기 제조사 |
| 웨버 | 이탈리아의 제조사. 현재는 스페인에서 제조. 마그네티 마렐리 산하 |
| Amal (motorcycle)|아말영어 | 영국의 오토바이용 기화기 제조사 |
| Zenith Carburetters|제니스영어 | 영국의 제조사. 스트롬버그식 기화기의 원조. |
| 스키너즈 유니온 | 영연방 및 유럽권에서 폭넓게 사용된 SU식 기화기의 본가 |
| 델로르토 | 이탈리아의 제조사. 이탈리아제 자동차 및 오토바이에 널리 채용 |
| 소렉스 | 프랑스의 제조사. 일본에서는 고성능 기화기의 대명사였지만, 현재는 소멸. |
| Edelbrock|에델브록영어 | 고성능 기화기를 자체 개발하는 튜닝 제조사 |
| 로체스터 | 웨버, 마니에티 마렐리의 하위 라이선스하에 제너럴 모터스용 기화기를 제조 |
| 카터 | 크라이슬러, 포드, GM, IHC, 아메리칸 모터스, 스터드베이커 등 다수의 제조사의 순정 기화기를 제조 |
| 벤딕스 | 카터와 마찬가지로 미국의 다수의 제조사의 순정 기화기를 제조 |
| Bing Power Systems|빙 파워 시스템de | 오토바이, 모페드, 보트, 항공기용 기화기를 제조하는 제조사 |
| Tecumseh Products|테컴세 프로덕츠영어 | 예초기, 제설기 등의 소형 엔진용 기화기 제조 |
| Briggs & Stratton|브릭스 앤 스트래튼영어 | 예초기, 제설기 등의 소형 엔진용 기화기 제조 |
| Walbro|왈브로 앤 틸롯슨영어 | 소형 엔진용 기화기 제조 |
| 홀리 | 포드와 올즈모빌에 기화기를 공급한 미국의 유서 깊은 제조사 |
| Demon Carburetion | 고성능 다운드래프트 기화기를 제조하는 제조사 |
| [http://www.lectronfuelsystems.com/ Lectron Fuel Systems] | 자체 플랫 밸브 기화기[45]를 제조하는 제조사 |
| Autolite | 1967년부터 1973년까지 포드에 기화기를 공급 |
| 아르젤라이트 | 홀리 및 마그네티 마렐리의 하위 라이선스를 받아 아르헨티나 시장에 기화기를 출하하는 제조사[1] |
8. 1. 대한민국
대한민국에서는 가솔린 엔진을 사용하는 자동차와 오토바이에 예전에는 기화기가 사용되었지만, 자동차 배출가스 규제와 성능 향상 요구로 인해 연료 분사 장치가 도입되었다. 선진국에서 판매되는 대부분의 신차는 전자 제어 연료 분사 방식을 사용하며, 기화기는 더 이상 가솔린 엔진 자동차의 주류가 아니다.대한민국에서 마지막으로 기화기를 탑재한 경차는 스즈키 캐리(10대째 첫 해인 DA52T까지)였고, 일반차(광의의)는 2002년 12월까지 생산된 미쓰비시 리베로 카고(CB1V·CB2V)였다. 오토바이는 자동차보다 늦게 연료 분사 장치가 도입되었으며, 배기량이 큰 차종은 연료 분사 장치가 주류가 되었지만, 개발도상국을 위한 소배기량 차종에는 여전히 기화기가 사용되는 경우가 많다. 대한민국에서는 원동기 부착 자전거를 포함한 오토바이도 2006년부터 배출 가스 규제 대상이 되어 연료 분사 장치로 전환이 진행되었다.
자동차 및 오토바이 제조 시 탑재되는 순정 기화기 외에, 순정품과 교체하여 사용하는 애프터마켓 제품도 있다. 애프터마켓 제품은 구성 부품을 교환하여 메인 제트나 슬로우 제트 등을 세밀하게 조정할 수 있지만, 순정품은 대부분 차종별 전용으로 설계되어 조정용 교환 부품이 없거나, 있더라도 조정 가능한 항목과 폭이 제한적이다.
자동차에서는 "트윈 캡"이나 "6연 캡" 등의 용어를 사용하여 차량의 소구력을 높이기도 하는데, 이는 탑재되는 기화기의 수를 의미한다. 예를 들어, 직렬 4기통 엔진에 싱글 스테이지 2 배럴 기화기 2개를 탑재하면 "트윈 캡", 6기통 엔진에 싱글 배럴 기화기 6개를 탑재하면 "6연 캡"이라고 한다. 오토바이에서는 각 기통마다 하나의 기화기를 탑재하는 것이 일반적이어서 이러한 용어가 사용되지 않는다.
대한민국의 기화기 제조 회사는 다음과 같다.
| 회사명 | 주요 납품처 및 제품 |
|---|---|
| 아이산 공업 | 주로 도요타 (소렉스 등 특수품 제외 전량) |
| 닛키(구 일본 기화기 제작소) | 링커트식 카브레이터 (미국 Linkert(https://en.wikipedia.org/wiki/Linkert_carburetor)의 라이선스 생산품, 리쿠오 OEM용) |
| 케이힌 | FCR-MX 모토크로스・엔듀로용, FCR, PE / PJ / PWK / PWM 2사이클 엔진, PD, PC, PB, NCV 소형 이륜차용 CV 카브레터, CV CVK 중·대형 이륜차용 CV 카브레터, CVHD/할리 데이비슨 OEM (⌀32, ⌀30), 고정 벤츄리, KEIHIN H-D(1989년까지의 할리 데이비슨 OEM) |
| 미쿠니 | TM, TMR, VM, BW / BV 산업용·범용, BS / BST / BSR 이륜·ATV용, BN 플로트리스 수상 바이크용, 미쿠니 소렉스(자동차용 고정 벤츄리 카브레터) |
| 요시무라 (미쿠니제나 케이힌제를 개조) | TM-MJN(⌀28, ⌀26, ⌀24), TMR-MJN, FCR-MJN(⌀39, ⌀28) |
| 히타치 제작소(현 히타치 오토모티브 시스템즈) | 주로 일본차向け SU 카브레터 제조 |
| 테이케이 기화기 | TK 카브레터 상품명으로 오토바이와 자동차 순정 카브레터 제조 |
| [http://www.oer.co.jp/ 오이아르](OER) | 현재도 자동차向け 고정 벤츄리 캡 제조 판매 |
8. 2. 유럽
- 피어버그(볼보, 폭스바겐, 아우디의 순정 기화기를 제조했다.)
- 빌리어스(영국의 오토바이 및 소형 엔진용 기화기 제조사)
- 웨버(이탈리아의 제조사. 현재는 스페인에서 제조. 마그네티 마렐리 산하)
- 아말(영국의 오토바이용 기화기 제조사)
- 제니스(영국의 제조사. 스트롬버그식 기화기의 원조이기도 하다)
- 스키너즈 유니온(영연방 및 유럽권에서 폭넓게 사용된 SU식 기화기의 본가)
- 델로르토(이탈리아의 제조사. 이탈리아제 자동차 및 오토바이에 널리 채용)
- 소렉스(프랑스의 제조사. 일본에서는 고성능 기화기의 대명사였지만, 현재는 소멸)
8. 3. 미국
- 에델브록(Edelbrock) (고성능 기화기를 자체 개발하는 튜닝 제조사)
- 로체스터 (웨버, 마니에티 마렐리의 하위 라이선스하에 제너럴 모터스용 기화기를 제조)
- 카터 (크라이슬러, 포드, GM, IHC, 아메리칸 모터스, 스터드베이커 등 다수의 제조사의 순정 기화기를 제조)
- 벤딕스 (카터와 마찬가지로 미국의 다수의 제조사의 순정 기화기를 제조)
- 왈브로 (소형 엔진용 기화기 제조)
- 홀리 (포드와 올즈모빌에 기화기를 공급한 미국의 유서 깊은 제조사)
- Demon Carburetion (고성능 다운드래프트 기화기를 제조하는 제조사)
- [http://www.lectronfuelsystems.com/ Lectron Fuel Systems] (자체 플랫 밸브 기화기[45]를 제조하는 제조사)
- Autolite (1967년부터 1973년까지 포드에 기화기를 공급)
8. 4. 기타
아르젤라이트는 홀리 및 마그네티 마렐리의 하위 라이선스를 받아 아르헨티나 시장에 기화기를 출하하는 제조사이다.[1]참조
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