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< COMMON RAIL SYSTEM >
Ⅰ .COMMON RAIL SYSTEM이란?
1500기압의 고압으로 연료를 분사하면 연료가 공기와 잘 섞여 완전연소가 가능해진다. 연료가 많이 뿜어져도 연료와 공기의 혼합이 잘되어 분진 발생이 적어진다.먼저 분사된 연료가 타면서 공기를 써버리면 뒤에 분사된 연료는 공기부족으로 불완전연소된다. 이 때문에 분진이 발생한다.
이런 단점을 해결하려면 연료를 고압으로 멀리까지 분사해 주면된다. 연료 분사압을 높일수록 분무입자가 작아지는 효과도 있다. 입자가 작을수록 연소가 잘된다.
종래의 분사압으로는 연료입자의 평균직경이 10미크론 정도지만,1400기압으로 뿜어주면 5미크론으로 작아진다. 경유는 휘발유에 비하여 점도가 높기 때문에 입자를 작게 만들기 더 어렵다.고압분사방식은 종래의 기계식 연료펌프 성능을 높이는 방식과 최신의 커먼레일 두가지가 있다.
기계식 분사펌프는 엔진출력으로 캠샤프트를 돌려 플런져를 왕복 운동 시킴으로써 압력을 높이는 방식. 분사압력은 인젝터의 니들을 누르고 있는 코일 스프링 압력과 스프링계수를 키워서 높인다.1000기압이 넘는 큰 압력을 만들기 위해서는 펌프의 구조를 완전히 바꾸어야한다. 캠과 맞닿는 롤러 사이의 속도차로 심한 마모가 생기는데, 이것은 링형태의 캠을 쓰고 플런저 롤러를 링 안쪽으로 오드록 설계해 해결할 수 있다. 이런 기계식 고압펌프는 도요다 랜드크루저100과 닛산 직분사엔진
에 이용되고 있다 .최근 유럽메이커들이 앞다퉈 쓰기 시작한 커먼레일 방식은 휘발유엔진의 연료공급장치처럼 고압연료 (휘발유는 디젤보다 훨씬 낮은 3기압에 불과하다.)를 각 실린더에 달린 전자식 분사밸브로 보내는 방식이다. 각 인젝터에 연료를 공급하는 관이름을 따라서 "커먼레일"이라고 부르는 것이다. 기계식과의 차이점은 연료의 압송과 분사를 개별적으로 전자제어한다는 점. 기계식도 전자제어기술을 이용하지만, 분사량과 분사시기에 한정된다. 또한 커먼레일식은 엔진회전수와 상관
없이 분사압을 조절한다.기계식은 엔진회전수가 낮아지면 연료압도 같이 떨어지는 단점이 있다.
Ⅱ. SYSTEM 의 개요
지금까지 사용되던 디젤연료 분사장치는 분사압력을 얻기 위하여 캠구동 장치를 사용했으며 그 원리는 분사압력이 속도증가와 함께 증가하고 이에 따라 분사 연료량이 증가하는 방식이었다. 이러한 장치는 분사압력이 매우 낮은 경우에만 실제로 사용할 수 있었다.
이러한 캠구동 방식과 달리 승용차나 상용차에 이용되고 있는 커먼 레일 분사(Common Rail Injection) 장치에서는 분사압력의 발생과 분사과정이 완전히 별개로 이루어진다.
이렇게 압력발생과 분사를 분리하기 위해서는 고압을 유지할 수 있는 고압 어큐뮬레이터(High-pressure Accumulator)나 레일(Rail)이 필요하게 된다.
이 시스템에서는 종래의 노즐홀더 위치에 솔레노이드가 부착된 노즐이 장착되고,
고압은 레디얼 피스톤 펌프(Radial Piston Pump)에 의해서 생성되는데, 일정한 범위내에서는 엔진 회전수와는 독립하여 자유롭게 회전속도를 조정할 수 있다.
커먼레일 시스템의 장점은 엔진 설계시 연료의 압력발생과 분사를 분리해서 생각할 수 있기 때문에 연소와 분사과정 설계를 자유롭게 할 수 있다.
즉, 엔진 맵을 이용하여 엔진 운전조건에 따라서 연료압력과 분사시기를 조정할 수 있기 때문에 엔진의 회전속도가 낮을 때도 고압분사가 가능해져서 완전 연소를 추구할 수 있다. 또한 파이롯트 분사하면 배기가스와 소음을 더욱 저감할 수 있으며, 연료분사 곡선은 유압제어로 노즐 니들에 의해 조절되므로 분사종료시까지 신속하게 조절 가능하다.
결국 커먼 레일 시스템으로 인해 디젤엔진은 획기적으로 배기가스를 저감하고, 연비를 향상시키는 것이 가능해졌다고 볼 수 있다.
Ⅲ. SYSTEM의 장점
·배출가스의 감소
커먼레일 장치는 분사연료를 완전연소에 가깝게 소모시켜 각 종 유해배출가스를 억제할 수 있다. 동일 NOx 수준을 유지하 면서 CO2 20%, CO 40%, HC 50% & 입자상 배출물을 60% 까지 줄일수 있고, EUROIII & US98를 만족하기 위하여 메인 인젝터 전/후에 분사를 함으로 인하여 NOx를 줄일수있다.
·연비향상
기존의 로타리 펌프를 사용하는 엔진에 비하여 A/F를 최대화하여 20% 정도 의 연비향상을 이룰수 있다.
·성능 향상
분사압력은 엔진속도 및 부하 조건과 무관하기에 저속에서 부하가 많이 걸릴 때는 고분사압력이 가능하므로 기존에 사용되는 일반적인 디젤엔진보다 저속에서 토크 50% 향상 및 출력 25%의 증가를 얻어낼수 있음.
·운전성 향상
지금까지 디젤엔진의 특징이라고 불리우던 진동,소음을 파이롯트 분사의 도입으로 인하여 획기적으로 줄임으로서 운전하는데 보다나은 안락감을 얻을수 있으며, 가솔린 엔진과 같은 느낌을 받을수 있음.
·컴팩트한 설계 & 경량화
인젝터를 컴팩트화 하여 2밸브 및 4밸브 적용가능하며 기존의 디젤엔진에 비하여 약 20Kg의 중량절감이 된다.
·모듈라 시스템
전자적으로 각 엔진 실린더별로분사가 가능하므로 시스템이 모듈화가 가능하며 3,4,5,6 실린더 엔진의 적용이 가능하다.
엔진의 큰 변경없이 컨벤셔널한 인젝션 장착을 커먼레일 시스템으로 대체가능하다.
Ⅳ. SYSTEM의 구성
고압 공급펌프에서 연료를 압송하여 커먼 레일에 연료를 채우고 커먼레일 내의 압력은 압력 센서로 감지되고, 엔진 회전수와 부하에 따라 설정된 값으로 제어된다.
커먼 레일내의 압력은 파이프를 통해 인젝터에 공급되고 3-웨이 밸브(Three way valve)에 보내지는 펄스에 따라 분사량, 분사율, 분사시기가 제어된다.
고압 공급 펌프( High pressure feed pump)
고압의 연료를 커먼 레일에 공급하는 기능이며, 구동방식은 기존 인라인 인젝션 펌프와 동일하다. 멀티 액션 캠( Multi- action cam)을 도입하여 펌프 기통수를 줄였다. 예로서 6기통 엔진에 3산 캠을 2 기통 펌프 적용으로 가능하다.
펌프 효율 향상 및 고압 연료 폐기의 손실방지를 위하여 토출량 제어방식을 채택하였다. 구동토크는 기존 인라인 인 Ъ?펌프의 1/2-1/3 수준이다.
연료 레일(Fuel Rail)
고압 공급 펌프로부터 공급되는 고압의 연료를 저장하고 인젝터로 매회 분사되는 양만큼의 연료를 보내주는 기능을 한다.
역류 방지를 위한 첵밸브 및 고압 센서가 부착되어 있고, 레일 안의 연료압력은 전자석식 압력 조절밸브에 의해 조정되고, 연료 압력은 항상 압력센서에 의해 모니터링 되고 연속적으로 엔진에서 요구하는 조건에 따라 조절하게 된다.
인젝터
커먼레일로부터 공급되는 연료를 ECU 로부터 보내진 신호에 따라 노즐을 통해 분사하는 기능이다.
ECU에서 보내지는 펄스 신호는 니들의 리프트를 제어하며, 펄스시기에 의해 분사시기가 정해지고 펄스 폭에 의해 분사량이 정해진다.
또한 원 웨이 오리피스(One-way orifice)의 반경에 따라 분사율 패턴이 달라진다.
3-웨이밸브는 연료 압력을 선택적으로 스위칭 하는 역할을 하고 초고압에서 고속의 응답성이 요구되므로 120MPa의 압력 하에서 0.4 ms이하의 속도로 작동 할 수 있다.
소비되는 파워는 아이들 시에 20W, 전부하(Full load)시에 50W이다.
따라서 각 기통에는 개별적으로 솔레노이드로 구동되는 인젝터가 노즐과 함께 장착되고, 분사개시는 ECU의 펄스신호가 인젝터의 솔레노이드로 전달되면서 시작되고, 분사 연료량은 레일내의 연료압력, 솔레노이드 밸브 개변시간, 노즐의 유체유동에 의해서 결정된다.
분사압력은 일반적으로 승용차용 엔진은 1350bar, 상용차용 엔진은 1400bar 정도가 된다.
Ⅴ. CONTROL SYSTEM
분사량 제어
분사량은 커먼 레일내 압력 Pc와 3 웨이 밸브에 보내지는 펄스 폭에 의해 제어된다.
분사량 계산은 엔진 조건에 따른 매회 목표 분사량의 결정되고, 펄스 와이드(Pulse width) 계산은 결정된 분사량에 맞는 펄스 폭으로 결정된다.
분사시기 제어
분사시기는 인젝터(3-웨이 밸브)에 보내지는 펄스의 시간에 의해 제어된다.
분사각도(Θfin) 계산은 엔진 회전속도와 부하에 의해 결정되는 Θbase 를 기준으로 흡기상태 및 냉각수 온도를 고려한 수정 값인 최종 분사시기 (。BTDC)로 결정된다.
분사시간(tc)계산은 결정된 Θfin값을 엔진 회전속도에 따라 시간값(tc)으로 환산한
다.
분사율 제어
델타 방식 : Gradual rise & Sharp cut
인젝터 내에 있는 원 웨이 오리피스의 단면경을 이용하여 분사량 증가 정도를 제한한다.
각 엔진에 맞는 최적 분사율 패턴은 커먼 레일 압력과 원 웨이 오리피스 단면경에 따라 선택 될 수 있다.
파이럿트 방식 : Small quantity before Main injection
매회 분사시 인젝터를 2번 구동시키고 하드웨어 성능은 파이롯트 인젝션량은 1mm3 /S 이하로 하고 파이롯트 인젝션 시간은 1ms 이하로 한다.
부트 형상 방식 : Shape like the toe of a boot
인젝터내의 원 웨이 오리피스 대싱 부트 밸브가 장착되며 특정 프리 리프트 포인트(Pre-lift point)에서 노즐 니들을 일시적으로 멈춘다.
프리 리프트량과 다양한 오리피스 단면경에 따라 다양한 부트 패턴을 얻을 수 있다.
분사압 제어
커먼레일의 고압센서로부터 신호를 감지하여 고압 공급펌프의 토출량을 변화시킴으로써 제어된다. 분사압(Pfin) 계산은 각 센서 신호를 바탕으로 최종 분사압을 결정한다.
펌프 컨트롤 밸브(Pump control valve) 구동시기 (tf) 계산은 Pfin을 실현하기 위하여 고압 공급 펌프의 펌프 컨트롤 밸브를 제어 구동 펄스의 시작 시간을 결정한다. 고압 공급펌프에 의한 연료 공급은 인젝터에서의 분사시기와 거의 일치하므로 연료소비와 공급이 균형을 이루고 고압 연료의 방출과 손실이 줄어든다.
Ⅵ. 특성
제어의 자유도 큼 : 엔진회전수에 관계없이 분사압, 분사량, 분사율, 분사시기를 전부 독립적으로 제어가 가능하다.
중량 및 구동토크 저감 : 기존 인 라인(In-line) 방식의 인젝션 펌프에 비하여 약 1/2-1/3의 중량이며 고압연료의 손실을 줄임으로써 구동 토크를 저감 할 수 있다.
기존 엔진에 적용용이 : 인젝터 및 고압 공급펌프 등을 기존 엔진에 큰 변경없이 교체가 가능하다.
Ⅶ. 업체별 SYSTEM 적용 사례
덴소
덴소는 디젤 커먼레일 시스템인 ECD-U2는 1995년 부터 대형 디젤엔진에 양산하기 시작한 세계최초의 회사이다.
이 시스템을 바탕으로 도요타와 합작으로 소형 승용차용으로 ECD-U2P를 개발하였다.
일반적인 디젤엔진의 연료분사펌프는 엔진회전에 따라 순차적으로 인젝터 노즐을 개방하여 압축된 연료를 만들었으며 따라서 연료분사압력, 양 그리고 분사시간이 엔진회전수에 의존하게 되었다.
커멘레일 시스템은 연료분사압력, 양 그리고 분사시간을 각각 독립적으로 전자제어 콘트롤이 가능하게 되어 저속에서도 충분히 큰 연료분사 압력을 만들수 있었으며, 분사시기의 정밀한 조정 그리고 기존의 일반 디젤엔진에서는 불가능했던 파일럿트 분사가 가능하게 되었다.
이 진보된 연료분사 시스템은 엔진의 소음뿐아니라 디젤의 Nox 배출가스도 획기적으로 줄일 수 있게 되었다.
따라서 저소음, 저 진동 그리고 연비 및 출력이 개선된 청정 디젤엔진이 실현되었다.
벤츠의 커먼레일 적용 엔진
CDI 엔진은 커먼레일 직분사(Common Rail Direct Injection)를 의미한다.
이시스템은 하나의 커먼레일을 통해 디젤엔진의 각 실린더안으로 연료를 직접 분사한다.
커먼레일 기술을 개발하는 과정에서 메르세데스-벤쯔의 엔지니어는 디젤 직분사 엔진에 적용했다.
그 이유는 CDI의 원리가 저연비와 저에미션을 가능하게 했기 때문이며 또한 일반 예연소엔진에 비해 안락하고 조용한 엔진이 가능했기 때문이다.
메르세데스-벤쯔의 커먼레일 엔진은 직분사 또는 비직분사 시스템을 사용하는 일반 디젤엔진에 비해 우수하다.
일반 직분사 디젤엔진은 매번 그리고 모든 분사 싸이클 마다 압력을 다시 발생시켜야 하는 반면, 메르세데스-벤쯔의 C클라스와 E클라스차량 엔진의 새로운 커먼레일 엔진은 분사순서에 관계없이 항상 일정한 압력을 유지한다.
이 압력은 연료라인을 따라 일정하게 유지되어 있다. 엔진의 전자 타이밍은 엔진속도와 부하에 따라 분사압력을 조정한다. 전자제어유닛은 캠 및 크랭크 센서로 부터 얻어진 데이타를 근거로 분사압력을 필요에 따라 정밀하게 재 조정하여 압축과 분사를 각각 독립적으로 발생할 수 있게 한다. 이 기술은 필요에 따라 연료를 분사할 수 있게 허용하기에 연료와 배출가스를 저감할 수 있다.
이를 위하여는 1350바 이상의 분사압력을 유지하기 위해 특수한 연소실을 필요로 한다. 이에 커먼 연료레일이 도입된 것이다. 연료의 분사시기와 양을 조정하는 고속 솔레노이드밸브의 끝단에 4개의 분사노즐이 연결되어 있다.
마이크로 컴퓨터는 밸브가 오픈하는 시간을 조정하며 즉, 엔진의 작동조건에 따라 분사되는 연료의 양과 얼마나 많은 출력이 필요한지를 결정한다. 솔레노이드밸브가 닫히는 순간 연료분사는 그 즉시 중단한다.
스월 유동을 위한 나선형상의 흡기포트
CDI엔진을 위한 알루미늄 실린더헤드가 새로 개발되어 졌다.
2개의 와류 형상의 흡기포트가 설계되었으며, 하나는 스월포트(swirl port)이고 나머지 하나는 충진포트(charge port)이다.
양 포트는 대칭 연소실과 함께 실린더내로 흡기가 들어가기전에 급속하게 스월링을 유도하기에 부분부하에서도 적정한 혼합을 이룰수 있다.
신개발된 인젝터 노즐은 연소실내에 연료의 균일한 분포를 위해 실린더의 중앙에 위치하고 있다.
배출가스 재순환을 위한 인테그레이티드 포트
또다른 하나의 특징은 실린더헤드내에 배출가스 재순환을 위한 인테그레이티드 포트이다.
일반적인 다른 디젤엔진은 배기가스를 엔진의 밖으로 유도를 하지만, 메르세데스
-벤쯔 엔지니어는 실린더헤드 자체내에서 배출가스를 유도하는 직접분사엔진을 위한 주물포트를 설계했다. 따라서 배출가스는 배기쪽에서 흡기쪽으로 직접 재순환 된다.
여기에는 세가지 장점이 있다. 하나는 진동을 유발할수 있는 외부의 파이프라인을 없앨수 있고 또하나는 실린더헤드내에서 배기가스를 재순환을 하면 배기가스에 의해 냉각수가 덥혀져 빠른 엔진 웜업이 가능하다.
마지막으로 재순환에 의해 배기가스를 냉각시킬 수가 있어 더 좋은 연소가 가능하다.
공연비 메트링에 의한 정밀한 타이밍제어
CDI엔진의 흡기시스템을 볼때 이 엔진의 고도의 엔지니어링 기술을 엿볼 수가 있다 그 예로, 핫필름 에어플로메터(hot-film mass air-flow meter)가 터보차져의 컴프레서 앞에 위치하고 있어 흡입되는 공기의 양을 정확하게 분석할 수 있다. 이 양은 온도와 대기압에 따라 보정된다. 이 메트링 시스템에 의해 엔진 타이밍을 조정하는 마이크로 컴퓨터는 보다 정밀한 데이터를 얻게된다. 따라서 엔진속도와 부하에 따라 배출가스 재순환을 조정하게되어 NOx와 입자상 배출물을 감소할 수가 있다.
터보차져로 부터 압축된 공기는 인터쿨러를 통해 흐르게 되며, 약 70도 정도까지 냉각된다. 이 냉각된 공기는 뜨거운 공기보다 부피가 작게 되어 엔진에 흡입되기에 터보챠저의 효과를 배가시킬 수 있다.
보조 믹싱 챔버(subordinate mixing chamber)에서 신기(fresh air)와 배출가스의 혼합비는 그순간의 엔진부하와 매칭되어 마이크로컴퓨터에 의해 결정된다.
이 믹싱챔버에는 배출가스재순환 밸브와 전자공압컨버터에 의해 조정되는 버터플라이밸브가 있다. 밸브 쓰로틀은 흡기와 배기사이의 압력분배를 증가시키며 따라서 성능관점에서 재순환된 배출가스의 효과를 증가시킨다.
흡기매니폴드에의 스월콘트롤 밸브
연소실로가는 도중에 압축 신기와 배출가스는 혼합되어 350mm의 긴 스윙 매니폴드를 따라 흘러간다.
실린더헤드 바로 직전의 흡기통로는 하나이나 그 뒤는 둘로 나뉘어 있다.
하나는 와류통로로서 혼합기를 스월링하며 다른 하나는 부분부하 작동하에서 전자공압으로 작동되는 밸브에 의한 충진통로로서 사용한다.
이러한 배열의 장점은 실린더내의 스월속도를 증가시키며 따라서 연소시 다른 직분엔진에 대비해 적은 입자상 배출물을 배출할 수 있다.
파이롯트 분사에 의한 소음저감
연소실내의 고압(145바 이상)그리고 연소 과정중에 이러한 고압이 내리치는 속도는 일반적인 예연소엔진에 비해 직분엔진이 보다 시끄럽다.
최신의 CDI엔진은 이러한 결점을 극복하였다.
그 비밀은 연료가 실제 분사되기 전 몇 밀리세컨드안에 실린더 내부로 작은량의 연료를 흐르게 한뒤 이를 점화시켜 연소실을 미리 덥히는 파이롯트 분사이다.
이는 실제의 연료분사를 위한 이상적인 조건을 만든다.
연료는 더 빠르게 점화되므로 온도와 압력이 급격하게 상승하지는 않으며 또한 실린더안의 빠이롯트 인젝션과 이에 따른 낮은 연소 온도는 엔진의 Nox도 또한 감소시킨다.
벤쯔 엔지니어들은 소음수준을 감소하기 위한 더 많은 방법을 찾았다.
그들 가운데 실린더헤드,인터쿨러를 위한 특수한 커버 그리고 오일팬, 타이밍기어 그리고 크랭크케이스에의 보강이다.
기저는 이러한 방법과 파이롯트 분사와 기인되어 C- and E-Classes용 CDI엔진에서 나타내는 소음수준은 일반 예연소엔진과 비교시 더 낮다.
더 강력해진 마이크로컴퓨터
좀더 강력한 마이크로컴퓨터는 많은 능력을 발휘한다.
최근의 메르세데스-벤쯔 디젤엔진에서 처럼 이 새로운 직분 디젤엔진은 CAN (Controller Area Network)데이타 버스를 통해 전자제어유닛의 보드상의 다른 콘트롤 장치와 연결된 마이크로컴퓨터에 의해 조정된다. 이러한 장치들은 상호 데이타를 교환한다. 엔진의 전자 콘트롤은 커먼레일 시스템의 중심요소이며 이전자제어 유닛은 각 실린더의 솔레노이드 밸브의 작동과 분사압력의 조정을 수행한다.
전자제어되는 배출가스재순환을 통한 Nox 저감방법외에 CDI엔진은 엔진 가까이 컨버터를 두고 있으며 언더바디에 는 배출가스콘트롤장(emission control devices)가 있다.
이장치는 좀더 높은 정화 효율에 기여한다. 배출가스 수준은 EU2 법규 규제치보다 50% 더 까다로운 독일의 D3규제를 만족한다. 메르세데스-벤쯔 엔지니어는 카탈리틱 컨버터에 백금(platinum), 산화알루미늄(aluminum oxide) 그리고 지오리쓰(Zeolith) 촉매로 구성된 새로운 코팅을 고안해 냈다. HC 및 Co의 산화작용 뿐 아니라 Nox도 또한 제거한다. 엔진근처의 컨버터는 바이패스 채널을 갖고있으며 잔량의 HC은 언더바디 에 있는 배출가스 콘트롤 장치를 통과한다.
이러한 잔량의 HC는 따라서 언더바디 장치안에서 똑같은 정화과정을 거친다.
엔진제원
1. E-CLASS
E270
5실린더 / DOHC 4밸브 / 2685cc / 88,0x88,4 / 18:1 / 169ps@4200 / 370Nm@1.600-2.800
E200/E220
4실린더 / DOHC 4밸브 / 2148cc / 88,0x88,4 / 18:1 / 143ps@4200 / 315Nm@1.800-2.600
2. C-CLASS
C200
4실린더 / DOHC 4밸브 / 2148cc / 88,0x88,4 / 19:1 / 102ps@4200 / 235Nm@1.500-2.600
C220
4실린더 / DOHC 4밸브 / 2148cc / 88,0x88,4 / 19:1 / 125ps@4200 / 300Nm@1.800-2.600
Ⅷ . HSDI
HSDI(High Speed Direct Injection) 디젤엔진이란 커먼레일에 저장된 연료를 일정 압력 이상의 고압 상태로 연소실로 초고압의 연료를 분사하는 방식의 엔진을 말한다.
종래의 기술로는 디젤엔진으로 가솔린 엔진과 같은 정도의 출력을 얻기 위해서는 배기량이 더 커져야 하고 따라서 엔진의 덩치가 커져 주로 트럭이나 버스와 같은 상용차에만 사용하였다. 그러나 이태리의 피아트나 독일의 벤츠같은 회사는 적은 배기량의 소형화된 디젤엔진을 개발하여 일찍부터 소형승용차에 적용하여 소형 디젤엔진 기술에서는 세계 최고의 기술을 가지고 있다.
기존의 디젤엔진은 분사압력이 800바(Bar) 정도로 낮아 최대출력이 낮을 수밖에 없었는데 HSDI 디젤엔진은 분사압력을 1350바로 높여 4천 rpm(분당 회전수)의 고회전을(일반 디젤엔진은 통상 2천 rpm 정도가 최고회전수) 실현하고 최대출력을 향상시켰다. 따라서 가솔린 엔진에 필적할 정도로 엔진의 크기를 소형화하고 고출력을 실현할 수 있게 된 것이다. 또한 SOHC 4밸브(valve) 방식을 적용하여 정숙성과 연비도 좋아진다.
연비 향상 정도를 보면, 기존의 디젤 엔진에 비하여 15% 정도 향상되고 가솔린 엔진에 비해서는 40%정도 유리해진다. 현대가 올(2천년) 하반기에 승용 계열 차종에 얹어 시판할 HSDI 디젤엔진은 소음과 배기가스 수준 모두 유럽 환경 규제를 통과하여 소음도 가솔린 차량의 소음에 비하여 크게 불리하지 않은 수준이다.
안녕하세요 양상규입니다.
이처럼 최신의 커먼레일 엔진은 기존의 디젤엔진과는 많은 차이를 보입니다.
하지만 관리적 측면에서 기존의 가솔린 엔진처럼 그렇게 관리를
해주시는 유저들이 얼마나 될런지..., 사실 일본과 미주시장이
하이브리드를 택할때 유럽은 디젤을 택한거지요 비약적 발전이
이루어지고 있습니다. 이로인해 소음과 진동 문제도 점점 개선되고
있지요 과연 디젤을 타시는 분들중 각종 부싱류와 마운트등을
주기적으로 교환 하고 커먼레일 시스템 고장의 1등 순위인
수분제거를 위한 수분제거제와 연료필터등의 교환에 얼마나
적극적이었는지 한번 돌아볼 필요가 있습니다. 디젤차에 모~! 하면서
그냥 넘기시진 않았는지 대부분 진동과 소음을 호소하는 차들의
면모를 보면 엔진내부던 하체든 정말 관리가 안되차들이
대부분이었습니다. 그런분들의 차는 최신의 엔진이라 하더라도
테드회원 표세원님의 써드카인 10년이 훨씬 넘어버린 갤로퍼 보다도
진동과 소음이 컸습니다. 유럽인들의 디젤차 관리 하는걸 보면
인젝터 크리닝 첨가제부터 수분제거제 검댕제거제 등등
수많은 디젤전용 크리닝제품과 주기적 부품의 교환등을
시행하면서 수십만 키로를 운행해도 크게 떨어진 성능을 보이지
않는걸 보면 역시 젤 중요한건 관리가 아닌가 생각합니다.
Ⅰ .COMMON RAIL SYSTEM이란?
1500기압의 고압으로 연료를 분사하면 연료가 공기와 잘 섞여 완전연소가 가능해진다. 연료가 많이 뿜어져도 연료와 공기의 혼합이 잘되어 분진 발생이 적어진다.먼저 분사된 연료가 타면서 공기를 써버리면 뒤에 분사된 연료는 공기부족으로 불완전연소된다. 이 때문에 분진이 발생한다.
이런 단점을 해결하려면 연료를 고압으로 멀리까지 분사해 주면된다. 연료 분사압을 높일수록 분무입자가 작아지는 효과도 있다. 입자가 작을수록 연소가 잘된다.
종래의 분사압으로는 연료입자의 평균직경이 10미크론 정도지만,1400기압으로 뿜어주면 5미크론으로 작아진다. 경유는 휘발유에 비하여 점도가 높기 때문에 입자를 작게 만들기 더 어렵다.고압분사방식은 종래의 기계식 연료펌프 성능을 높이는 방식과 최신의 커먼레일 두가지가 있다.
기계식 분사펌프는 엔진출력으로 캠샤프트를 돌려 플런져를 왕복 운동 시킴으로써 압력을 높이는 방식. 분사압력은 인젝터의 니들을 누르고 있는 코일 스프링 압력과 스프링계수를 키워서 높인다.1000기압이 넘는 큰 압력을 만들기 위해서는 펌프의 구조를 완전히 바꾸어야한다. 캠과 맞닿는 롤러 사이의 속도차로 심한 마모가 생기는데, 이것은 링형태의 캠을 쓰고 플런저 롤러를 링 안쪽으로 오드록 설계해 해결할 수 있다. 이런 기계식 고압펌프는 도요다 랜드크루저100과 닛산 직분사엔진
에 이용되고 있다 .최근 유럽메이커들이 앞다퉈 쓰기 시작한 커먼레일 방식은 휘발유엔진의 연료공급장치처럼 고압연료 (휘발유는 디젤보다 훨씬 낮은 3기압에 불과하다.)를 각 실린더에 달린 전자식 분사밸브로 보내는 방식이다. 각 인젝터에 연료를 공급하는 관이름을 따라서 "커먼레일"이라고 부르는 것이다. 기계식과의 차이점은 연료의 압송과 분사를 개별적으로 전자제어한다는 점. 기계식도 전자제어기술을 이용하지만, 분사량과 분사시기에 한정된다. 또한 커먼레일식은 엔진회전수와 상관
없이 분사압을 조절한다.기계식은 엔진회전수가 낮아지면 연료압도 같이 떨어지는 단점이 있다.
Ⅱ. SYSTEM 의 개요
지금까지 사용되던 디젤연료 분사장치는 분사압력을 얻기 위하여 캠구동 장치를 사용했으며 그 원리는 분사압력이 속도증가와 함께 증가하고 이에 따라 분사 연료량이 증가하는 방식이었다. 이러한 장치는 분사압력이 매우 낮은 경우에만 실제로 사용할 수 있었다.
이러한 캠구동 방식과 달리 승용차나 상용차에 이용되고 있는 커먼 레일 분사(Common Rail Injection) 장치에서는 분사압력의 발생과 분사과정이 완전히 별개로 이루어진다.
이렇게 압력발생과 분사를 분리하기 위해서는 고압을 유지할 수 있는 고압 어큐뮬레이터(High-pressure Accumulator)나 레일(Rail)이 필요하게 된다.
이 시스템에서는 종래의 노즐홀더 위치에 솔레노이드가 부착된 노즐이 장착되고,
고압은 레디얼 피스톤 펌프(Radial Piston Pump)에 의해서 생성되는데, 일정한 범위내에서는 엔진 회전수와는 독립하여 자유롭게 회전속도를 조정할 수 있다.
커먼레일 시스템의 장점은 엔진 설계시 연료의 압력발생과 분사를 분리해서 생각할 수 있기 때문에 연소와 분사과정 설계를 자유롭게 할 수 있다.
즉, 엔진 맵을 이용하여 엔진 운전조건에 따라서 연료압력과 분사시기를 조정할 수 있기 때문에 엔진의 회전속도가 낮을 때도 고압분사가 가능해져서 완전 연소를 추구할 수 있다. 또한 파이롯트 분사하면 배기가스와 소음을 더욱 저감할 수 있으며, 연료분사 곡선은 유압제어로 노즐 니들에 의해 조절되므로 분사종료시까지 신속하게 조절 가능하다.
결국 커먼 레일 시스템으로 인해 디젤엔진은 획기적으로 배기가스를 저감하고, 연비를 향상시키는 것이 가능해졌다고 볼 수 있다.
Ⅲ. SYSTEM의 장점
·배출가스의 감소
커먼레일 장치는 분사연료를 완전연소에 가깝게 소모시켜 각 종 유해배출가스를 억제할 수 있다. 동일 NOx 수준을 유지하 면서 CO2 20%, CO 40%, HC 50% & 입자상 배출물을 60% 까지 줄일수 있고, EUROIII & US98를 만족하기 위하여 메인 인젝터 전/후에 분사를 함으로 인하여 NOx를 줄일수있다.
·연비향상
기존의 로타리 펌프를 사용하는 엔진에 비하여 A/F를 최대화하여 20% 정도 의 연비향상을 이룰수 있다.
·성능 향상
분사압력은 엔진속도 및 부하 조건과 무관하기에 저속에서 부하가 많이 걸릴 때는 고분사압력이 가능하므로 기존에 사용되는 일반적인 디젤엔진보다 저속에서 토크 50% 향상 및 출력 25%의 증가를 얻어낼수 있음.
·운전성 향상
지금까지 디젤엔진의 특징이라고 불리우던 진동,소음을 파이롯트 분사의 도입으로 인하여 획기적으로 줄임으로서 운전하는데 보다나은 안락감을 얻을수 있으며, 가솔린 엔진과 같은 느낌을 받을수 있음.
·컴팩트한 설계 & 경량화
인젝터를 컴팩트화 하여 2밸브 및 4밸브 적용가능하며 기존의 디젤엔진에 비하여 약 20Kg의 중량절감이 된다.
·모듈라 시스템
전자적으로 각 엔진 실린더별로분사가 가능하므로 시스템이 모듈화가 가능하며 3,4,5,6 실린더 엔진의 적용이 가능하다.
엔진의 큰 변경없이 컨벤셔널한 인젝션 장착을 커먼레일 시스템으로 대체가능하다.
Ⅳ. SYSTEM의 구성
고압 공급펌프에서 연료를 압송하여 커먼 레일에 연료를 채우고 커먼레일 내의 압력은 압력 센서로 감지되고, 엔진 회전수와 부하에 따라 설정된 값으로 제어된다.
커먼 레일내의 압력은 파이프를 통해 인젝터에 공급되고 3-웨이 밸브(Three way valve)에 보내지는 펄스에 따라 분사량, 분사율, 분사시기가 제어된다.
고압 공급 펌프( High pressure feed pump)
고압의 연료를 커먼 레일에 공급하는 기능이며, 구동방식은 기존 인라인 인젝션 펌프와 동일하다. 멀티 액션 캠( Multi- action cam)을 도입하여 펌프 기통수를 줄였다. 예로서 6기통 엔진에 3산 캠을 2 기통 펌프 적용으로 가능하다.
펌프 효율 향상 및 고압 연료 폐기의 손실방지를 위하여 토출량 제어방식을 채택하였다. 구동토크는 기존 인라인 인 Ъ?펌프의 1/2-1/3 수준이다.
연료 레일(Fuel Rail)
고압 공급 펌프로부터 공급되는 고압의 연료를 저장하고 인젝터로 매회 분사되는 양만큼의 연료를 보내주는 기능을 한다.
역류 방지를 위한 첵밸브 및 고압 센서가 부착되어 있고, 레일 안의 연료압력은 전자석식 압력 조절밸브에 의해 조정되고, 연료 압력은 항상 압력센서에 의해 모니터링 되고 연속적으로 엔진에서 요구하는 조건에 따라 조절하게 된다.
인젝터
커먼레일로부터 공급되는 연료를 ECU 로부터 보내진 신호에 따라 노즐을 통해 분사하는 기능이다.
ECU에서 보내지는 펄스 신호는 니들의 리프트를 제어하며, 펄스시기에 의해 분사시기가 정해지고 펄스 폭에 의해 분사량이 정해진다.
또한 원 웨이 오리피스(One-way orifice)의 반경에 따라 분사율 패턴이 달라진다.
3-웨이밸브는 연료 압력을 선택적으로 스위칭 하는 역할을 하고 초고압에서 고속의 응답성이 요구되므로 120MPa의 압력 하에서 0.4 ms이하의 속도로 작동 할 수 있다.
소비되는 파워는 아이들 시에 20W, 전부하(Full load)시에 50W이다.
따라서 각 기통에는 개별적으로 솔레노이드로 구동되는 인젝터가 노즐과 함께 장착되고, 분사개시는 ECU의 펄스신호가 인젝터의 솔레노이드로 전달되면서 시작되고, 분사 연료량은 레일내의 연료압력, 솔레노이드 밸브 개변시간, 노즐의 유체유동에 의해서 결정된다.
분사압력은 일반적으로 승용차용 엔진은 1350bar, 상용차용 엔진은 1400bar 정도가 된다.
Ⅴ. CONTROL SYSTEM
분사량 제어
분사량은 커먼 레일내 압력 Pc와 3 웨이 밸브에 보내지는 펄스 폭에 의해 제어된다.
분사량 계산은 엔진 조건에 따른 매회 목표 분사량의 결정되고, 펄스 와이드(Pulse width) 계산은 결정된 분사량에 맞는 펄스 폭으로 결정된다.
분사시기 제어
분사시기는 인젝터(3-웨이 밸브)에 보내지는 펄스의 시간에 의해 제어된다.
분사각도(Θfin) 계산은 엔진 회전속도와 부하에 의해 결정되는 Θbase 를 기준으로 흡기상태 및 냉각수 온도를 고려한 수정 값인 최종 분사시기 (。BTDC)로 결정된다.
분사시간(tc)계산은 결정된 Θfin값을 엔진 회전속도에 따라 시간값(tc)으로 환산한
다.
분사율 제어
델타 방식 : Gradual rise & Sharp cut
인젝터 내에 있는 원 웨이 오리피스의 단면경을 이용하여 분사량 증가 정도를 제한한다.
각 엔진에 맞는 최적 분사율 패턴은 커먼 레일 압력과 원 웨이 오리피스 단면경에 따라 선택 될 수 있다.
파이럿트 방식 : Small quantity before Main injection
매회 분사시 인젝터를 2번 구동시키고 하드웨어 성능은 파이롯트 인젝션량은 1mm3 /S 이하로 하고 파이롯트 인젝션 시간은 1ms 이하로 한다.
부트 형상 방식 : Shape like the toe of a boot
인젝터내의 원 웨이 오리피스 대싱 부트 밸브가 장착되며 특정 프리 리프트 포인트(Pre-lift point)에서 노즐 니들을 일시적으로 멈춘다.
프리 리프트량과 다양한 오리피스 단면경에 따라 다양한 부트 패턴을 얻을 수 있다.
분사압 제어
커먼레일의 고압센서로부터 신호를 감지하여 고압 공급펌프의 토출량을 변화시킴으로써 제어된다. 분사압(Pfin) 계산은 각 센서 신호를 바탕으로 최종 분사압을 결정한다.
펌프 컨트롤 밸브(Pump control valve) 구동시기 (tf) 계산은 Pfin을 실현하기 위하여 고압 공급 펌프의 펌프 컨트롤 밸브를 제어 구동 펄스의 시작 시간을 결정한다. 고압 공급펌프에 의한 연료 공급은 인젝터에서의 분사시기와 거의 일치하므로 연료소비와 공급이 균형을 이루고 고압 연료의 방출과 손실이 줄어든다.
Ⅵ. 특성
제어의 자유도 큼 : 엔진회전수에 관계없이 분사압, 분사량, 분사율, 분사시기를 전부 독립적으로 제어가 가능하다.
중량 및 구동토크 저감 : 기존 인 라인(In-line) 방식의 인젝션 펌프에 비하여 약 1/2-1/3의 중량이며 고압연료의 손실을 줄임으로써 구동 토크를 저감 할 수 있다.
기존 엔진에 적용용이 : 인젝터 및 고압 공급펌프 등을 기존 엔진에 큰 변경없이 교체가 가능하다.
Ⅶ. 업체별 SYSTEM 적용 사례
덴소
덴소는 디젤 커먼레일 시스템인 ECD-U2는 1995년 부터 대형 디젤엔진에 양산하기 시작한 세계최초의 회사이다.
이 시스템을 바탕으로 도요타와 합작으로 소형 승용차용으로 ECD-U2P를 개발하였다.
일반적인 디젤엔진의 연료분사펌프는 엔진회전에 따라 순차적으로 인젝터 노즐을 개방하여 압축된 연료를 만들었으며 따라서 연료분사압력, 양 그리고 분사시간이 엔진회전수에 의존하게 되었다.
커멘레일 시스템은 연료분사압력, 양 그리고 분사시간을 각각 독립적으로 전자제어 콘트롤이 가능하게 되어 저속에서도 충분히 큰 연료분사 압력을 만들수 있었으며, 분사시기의 정밀한 조정 그리고 기존의 일반 디젤엔진에서는 불가능했던 파일럿트 분사가 가능하게 되었다.
이 진보된 연료분사 시스템은 엔진의 소음뿐아니라 디젤의 Nox 배출가스도 획기적으로 줄일 수 있게 되었다.
따라서 저소음, 저 진동 그리고 연비 및 출력이 개선된 청정 디젤엔진이 실현되었다.
벤츠의 커먼레일 적용 엔진
CDI 엔진은 커먼레일 직분사(Common Rail Direct Injection)를 의미한다.
이시스템은 하나의 커먼레일을 통해 디젤엔진의 각 실린더안으로 연료를 직접 분사한다.
커먼레일 기술을 개발하는 과정에서 메르세데스-벤쯔의 엔지니어는 디젤 직분사 엔진에 적용했다.
그 이유는 CDI의 원리가 저연비와 저에미션을 가능하게 했기 때문이며 또한 일반 예연소엔진에 비해 안락하고 조용한 엔진이 가능했기 때문이다.
메르세데스-벤쯔의 커먼레일 엔진은 직분사 또는 비직분사 시스템을 사용하는 일반 디젤엔진에 비해 우수하다.
일반 직분사 디젤엔진은 매번 그리고 모든 분사 싸이클 마다 압력을 다시 발생시켜야 하는 반면, 메르세데스-벤쯔의 C클라스와 E클라스차량 엔진의 새로운 커먼레일 엔진은 분사순서에 관계없이 항상 일정한 압력을 유지한다.
이 압력은 연료라인을 따라 일정하게 유지되어 있다. 엔진의 전자 타이밍은 엔진속도와 부하에 따라 분사압력을 조정한다. 전자제어유닛은 캠 및 크랭크 센서로 부터 얻어진 데이타를 근거로 분사압력을 필요에 따라 정밀하게 재 조정하여 압축과 분사를 각각 독립적으로 발생할 수 있게 한다. 이 기술은 필요에 따라 연료를 분사할 수 있게 허용하기에 연료와 배출가스를 저감할 수 있다.
이를 위하여는 1350바 이상의 분사압력을 유지하기 위해 특수한 연소실을 필요로 한다. 이에 커먼 연료레일이 도입된 것이다. 연료의 분사시기와 양을 조정하는 고속 솔레노이드밸브의 끝단에 4개의 분사노즐이 연결되어 있다.
마이크로 컴퓨터는 밸브가 오픈하는 시간을 조정하며 즉, 엔진의 작동조건에 따라 분사되는 연료의 양과 얼마나 많은 출력이 필요한지를 결정한다. 솔레노이드밸브가 닫히는 순간 연료분사는 그 즉시 중단한다.
스월 유동을 위한 나선형상의 흡기포트
CDI엔진을 위한 알루미늄 실린더헤드가 새로 개발되어 졌다.
2개의 와류 형상의 흡기포트가 설계되었으며, 하나는 스월포트(swirl port)이고 나머지 하나는 충진포트(charge port)이다.
양 포트는 대칭 연소실과 함께 실린더내로 흡기가 들어가기전에 급속하게 스월링을 유도하기에 부분부하에서도 적정한 혼합을 이룰수 있다.
신개발된 인젝터 노즐은 연소실내에 연료의 균일한 분포를 위해 실린더의 중앙에 위치하고 있다.
배출가스 재순환을 위한 인테그레이티드 포트
또다른 하나의 특징은 실린더헤드내에 배출가스 재순환을 위한 인테그레이티드 포트이다.
일반적인 다른 디젤엔진은 배기가스를 엔진의 밖으로 유도를 하지만, 메르세데스
-벤쯔 엔지니어는 실린더헤드 자체내에서 배출가스를 유도하는 직접분사엔진을 위한 주물포트를 설계했다. 따라서 배출가스는 배기쪽에서 흡기쪽으로 직접 재순환 된다.
여기에는 세가지 장점이 있다. 하나는 진동을 유발할수 있는 외부의 파이프라인을 없앨수 있고 또하나는 실린더헤드내에서 배기가스를 재순환을 하면 배기가스에 의해 냉각수가 덥혀져 빠른 엔진 웜업이 가능하다.
마지막으로 재순환에 의해 배기가스를 냉각시킬 수가 있어 더 좋은 연소가 가능하다.
공연비 메트링에 의한 정밀한 타이밍제어
CDI엔진의 흡기시스템을 볼때 이 엔진의 고도의 엔지니어링 기술을 엿볼 수가 있다 그 예로, 핫필름 에어플로메터(hot-film mass air-flow meter)가 터보차져의 컴프레서 앞에 위치하고 있어 흡입되는 공기의 양을 정확하게 분석할 수 있다. 이 양은 온도와 대기압에 따라 보정된다. 이 메트링 시스템에 의해 엔진 타이밍을 조정하는 마이크로 컴퓨터는 보다 정밀한 데이터를 얻게된다. 따라서 엔진속도와 부하에 따라 배출가스 재순환을 조정하게되어 NOx와 입자상 배출물을 감소할 수가 있다.
터보차져로 부터 압축된 공기는 인터쿨러를 통해 흐르게 되며, 약 70도 정도까지 냉각된다. 이 냉각된 공기는 뜨거운 공기보다 부피가 작게 되어 엔진에 흡입되기에 터보챠저의 효과를 배가시킬 수 있다.
보조 믹싱 챔버(subordinate mixing chamber)에서 신기(fresh air)와 배출가스의 혼합비는 그순간의 엔진부하와 매칭되어 마이크로컴퓨터에 의해 결정된다.
이 믹싱챔버에는 배출가스재순환 밸브와 전자공압컨버터에 의해 조정되는 버터플라이밸브가 있다. 밸브 쓰로틀은 흡기와 배기사이의 압력분배를 증가시키며 따라서 성능관점에서 재순환된 배출가스의 효과를 증가시킨다.
흡기매니폴드에의 스월콘트롤 밸브
연소실로가는 도중에 압축 신기와 배출가스는 혼합되어 350mm의 긴 스윙 매니폴드를 따라 흘러간다.
실린더헤드 바로 직전의 흡기통로는 하나이나 그 뒤는 둘로 나뉘어 있다.
하나는 와류통로로서 혼합기를 스월링하며 다른 하나는 부분부하 작동하에서 전자공압으로 작동되는 밸브에 의한 충진통로로서 사용한다.
이러한 배열의 장점은 실린더내의 스월속도를 증가시키며 따라서 연소시 다른 직분엔진에 대비해 적은 입자상 배출물을 배출할 수 있다.
파이롯트 분사에 의한 소음저감
연소실내의 고압(145바 이상)그리고 연소 과정중에 이러한 고압이 내리치는 속도는 일반적인 예연소엔진에 비해 직분엔진이 보다 시끄럽다.
최신의 CDI엔진은 이러한 결점을 극복하였다.
그 비밀은 연료가 실제 분사되기 전 몇 밀리세컨드안에 실린더 내부로 작은량의 연료를 흐르게 한뒤 이를 점화시켜 연소실을 미리 덥히는 파이롯트 분사이다.
이는 실제의 연료분사를 위한 이상적인 조건을 만든다.
연료는 더 빠르게 점화되므로 온도와 압력이 급격하게 상승하지는 않으며 또한 실린더안의 빠이롯트 인젝션과 이에 따른 낮은 연소 온도는 엔진의 Nox도 또한 감소시킨다.
벤쯔 엔지니어들은 소음수준을 감소하기 위한 더 많은 방법을 찾았다.
그들 가운데 실린더헤드,인터쿨러를 위한 특수한 커버 그리고 오일팬, 타이밍기어 그리고 크랭크케이스에의 보강이다.
기저는 이러한 방법과 파이롯트 분사와 기인되어 C- and E-Classes용 CDI엔진에서 나타내는 소음수준은 일반 예연소엔진과 비교시 더 낮다.
더 강력해진 마이크로컴퓨터
좀더 강력한 마이크로컴퓨터는 많은 능력을 발휘한다.
최근의 메르세데스-벤쯔 디젤엔진에서 처럼 이 새로운 직분 디젤엔진은 CAN (Controller Area Network)데이타 버스를 통해 전자제어유닛의 보드상의 다른 콘트롤 장치와 연결된 마이크로컴퓨터에 의해 조정된다. 이러한 장치들은 상호 데이타를 교환한다. 엔진의 전자 콘트롤은 커먼레일 시스템의 중심요소이며 이전자제어 유닛은 각 실린더의 솔레노이드 밸브의 작동과 분사압력의 조정을 수행한다.
전자제어되는 배출가스재순환을 통한 Nox 저감방법외에 CDI엔진은 엔진 가까이 컨버터를 두고 있으며 언더바디에 는 배출가스콘트롤장(emission control devices)가 있다.
이장치는 좀더 높은 정화 효율에 기여한다. 배출가스 수준은 EU2 법규 규제치보다 50% 더 까다로운 독일의 D3규제를 만족한다. 메르세데스-벤쯔 엔지니어는 카탈리틱 컨버터에 백금(platinum), 산화알루미늄(aluminum oxide) 그리고 지오리쓰(Zeolith) 촉매로 구성된 새로운 코팅을 고안해 냈다. HC 및 Co의 산화작용 뿐 아니라 Nox도 또한 제거한다. 엔진근처의 컨버터는 바이패스 채널을 갖고있으며 잔량의 HC은 언더바디 에 있는 배출가스 콘트롤 장치를 통과한다.
이러한 잔량의 HC는 따라서 언더바디 장치안에서 똑같은 정화과정을 거친다.
엔진제원
1. E-CLASS
E270
5실린더 / DOHC 4밸브 / 2685cc / 88,0x88,4 / 18:1 / 169ps@4200 / 370Nm@1.600-2.800
E200/E220
4실린더 / DOHC 4밸브 / 2148cc / 88,0x88,4 / 18:1 / 143ps@4200 / 315Nm@1.800-2.600
2. C-CLASS
C200
4실린더 / DOHC 4밸브 / 2148cc / 88,0x88,4 / 19:1 / 102ps@4200 / 235Nm@1.500-2.600
C220
4실린더 / DOHC 4밸브 / 2148cc / 88,0x88,4 / 19:1 / 125ps@4200 / 300Nm@1.800-2.600
Ⅷ . HSDI
HSDI(High Speed Direct Injection) 디젤엔진이란 커먼레일에 저장된 연료를 일정 압력 이상의 고압 상태로 연소실로 초고압의 연료를 분사하는 방식의 엔진을 말한다.
종래의 기술로는 디젤엔진으로 가솔린 엔진과 같은 정도의 출력을 얻기 위해서는 배기량이 더 커져야 하고 따라서 엔진의 덩치가 커져 주로 트럭이나 버스와 같은 상용차에만 사용하였다. 그러나 이태리의 피아트나 독일의 벤츠같은 회사는 적은 배기량의 소형화된 디젤엔진을 개발하여 일찍부터 소형승용차에 적용하여 소형 디젤엔진 기술에서는 세계 최고의 기술을 가지고 있다.
기존의 디젤엔진은 분사압력이 800바(Bar) 정도로 낮아 최대출력이 낮을 수밖에 없었는데 HSDI 디젤엔진은 분사압력을 1350바로 높여 4천 rpm(분당 회전수)의 고회전을(일반 디젤엔진은 통상 2천 rpm 정도가 최고회전수) 실현하고 최대출력을 향상시켰다. 따라서 가솔린 엔진에 필적할 정도로 엔진의 크기를 소형화하고 고출력을 실현할 수 있게 된 것이다. 또한 SOHC 4밸브(valve) 방식을 적용하여 정숙성과 연비도 좋아진다.
연비 향상 정도를 보면, 기존의 디젤 엔진에 비하여 15% 정도 향상되고 가솔린 엔진에 비해서는 40%정도 유리해진다. 현대가 올(2천년) 하반기에 승용 계열 차종에 얹어 시판할 HSDI 디젤엔진은 소음과 배기가스 수준 모두 유럽 환경 규제를 통과하여 소음도 가솔린 차량의 소음에 비하여 크게 불리하지 않은 수준이다.
안녕하세요 양상규입니다.
이처럼 최신의 커먼레일 엔진은 기존의 디젤엔진과는 많은 차이를 보입니다.
하지만 관리적 측면에서 기존의 가솔린 엔진처럼 그렇게 관리를
해주시는 유저들이 얼마나 될런지..., 사실 일본과 미주시장이
하이브리드를 택할때 유럽은 디젤을 택한거지요 비약적 발전이
이루어지고 있습니다. 이로인해 소음과 진동 문제도 점점 개선되고
있지요 과연 디젤을 타시는 분들중 각종 부싱류와 마운트등을
주기적으로 교환 하고 커먼레일 시스템 고장의 1등 순위인
수분제거를 위한 수분제거제와 연료필터등의 교환에 얼마나
적극적이었는지 한번 돌아볼 필요가 있습니다. 디젤차에 모~! 하면서
그냥 넘기시진 않았는지 대부분 진동과 소음을 호소하는 차들의
면모를 보면 엔진내부던 하체든 정말 관리가 안되차들이
대부분이었습니다. 그런분들의 차는 최신의 엔진이라 하더라도
테드회원 표세원님의 써드카인 10년이 훨씬 넘어버린 갤로퍼 보다도
진동과 소음이 컸습니다. 유럽인들의 디젤차 관리 하는걸 보면
인젝터 크리닝 첨가제부터 수분제거제 검댕제거제 등등
수많은 디젤전용 크리닝제품과 주기적 부품의 교환등을
시행하면서 수십만 키로를 운행해도 크게 떨어진 성능을 보이지
않는걸 보면 역시 젤 중요한건 관리가 아닌가 생각합니다.
