커먼레일 디젤 분사 시스템 구조와 장점

요즘 디젤 엔진에서 보편적으로 사용되는 커먼레일 엔진은 연료의 압력 발생이 커먼 레일 분사 시스템에서 분리되어 있으며, 연료의 분사 압력은 엔진의 회전 속도와 분사되는 연료량에 독립적으로 생성된다. 연료의 분사량과 분사시기는 ECU에 의해 계산되어 분사 유닛을 통과하여 인젝터 솔레노이드 밸브를 통해 각각의 실린더에 분사한다.

커먼레일 디젤 분사 시스템의 장점으로는 연료가 고압으로 분사되어 분무상태가 되는데 무화된 연료는 연소효율이 뛰어나 연비가 높고, 배기가스의 질소산화물이 크게 줄어든다. 또한 아이들링 시 소음과 진동도 낮출 수 있다. 그밖에 연료 분사 패턴을 저속, 고속 등 속도에 따라 제어할 수 있어서 저속 회전 영역에서도 연료 분사압력을 높일 수 있다.

 

커먼레일 디젤 기관의 연료 분사 시스템이 구성요소로는 저압 연료 펌프, 연료 필터, 고압 펌프, 고압 어큐뮬레이터, 인젝터 등이 있다. 저압 연료 펌프는 전기식으로 고압 펌프에 연료를 압송한다. 연료 필터는 연료의 오염 물질을 깨끗하게 여과한다. 고압펌프는 엔진의 캠축에 의해 구동되며, 저압 펌프에서 공급된 연료를 고압으로 형성하여 커먼 레일에 송출한다. 최고 압력은 1420 bar이고 설정 압력은 1350 bar이다. 코암 어큐물레이터는 고압 펌프에서 공급된 연로를 높은 압력으로 압축하여 저장된다. 인젝터는 ECU에 의해 제어되며 고압의 연료를 연소실에 분사한다.

커먼레일 엔진을 제어하는 ECU는 각종 센서로부터 측정값을 입력받아 커먼레일 연료 분사 시스템을 제어하는데 여기에 사용되는 센서 정보의 종류는 레일 압력 센서, 공기 유량 센서, 흡기 온도 센서, 액셀레이터 포지션 센서, 연료 온도 센서, 냉각수온 센서, 크랭크 포지션 센서, 캠 포지션 센서, 차속 센서, 노킹 센서, 대기압 센서가 있다.

각 센서들이 제공하는 정보를 확인해보자면 레일 압력 센서는 피에조 압전 소자로 커먼 레일의 연료 압력을 측정하며, 연료량 및 분사시기를 조정하는 신호로 사용된다. 흡입공기 유량 센서는 핫 필름 방식으로 기능은 EGR 피드백 컨트롤 제어와 스로그리미트 부스트 압력 컨트롤 제어용으로 사용된다. 흡기 온도 센서는 부특성 서미스터로 연료 분사량, 분사시기, 시동 시 연료량 제어 등에 보정 신호로 사용된다. 액셀레이터 포지션 센서는 연료분사량과 분사시기 및 차량의 급출발을 방지하기 위한 센서다.

연료 온도 센서는 부특성 서미스터로 연료 온도에 따른 연료 분사량의 보정 신호로 이용된다. 냉각수온 센서는 냉각 수온의 변화에 따라 연료량을 보정하는 신호로 이용되며, 엔진이 기준치보다 뜨거워졌을 때 냉각팬 제어 신호로 이용된다. 크랭크 포지션 센서는 마그네틱 인덕티브 방식으로 크랭크 축의 각도, 피스톤의 위치, 엔진 회전수 등을 검출하며, 피스톤의 위치는 연료 분사시기를 결정하며 센서 고장 시 엔진을 정지시킨다. 캠 포지션 센서는 홀 센서 방식으로 1번 실린더의 압축 상사점을 검출하여 연료 분사 순서를 결정한다. 고장 시에도 엔진은 시동이 걸린다. 차속 센서는 타코미터 차속 표시용 신호, 공회전 보정 듀티 범위 제한, 냉각팬 제어, 최대 차속 초과 시 연료분사 중지, 차량의 울렁거림 제어, 트랙션 컨트롤 제어 시에 이용된다. 노킹 센서는 엔진의 이상 연소 유무를 파악하여 엔진의 진동을 감지한다. 공회전시 안정성 제어 및 인젝터 손상 여부를 파악하여 경고등을 점등시키며, 센서 고장 시 엔진 회전수, 공기량, 냉각 수온 등 맵핑 값에 따라 점화시기를 보정한다. 대기압 센서는 ECU 내에 설치되어 있으며 대기압에 따라 분사시기 설정 및 연료 분사량을 보정하며, EGR 금지 등을 결정한다.