전자제어 커먼레일 시스템

디젤엔진 출력 성능 향상·배기가스 저감 효과
파일럿·메인·포스트 3단계 연료분사

디젤엔진은 공기를 압축 착화해 연소하는 기관으로 열효율과 연비가 좋지만 회전속도가 낮으며 소음과 진동이 많이 발생한다.

이러한 디젤엔진의 단점인 소음과 진동, 고속화, 연료의 경제성, 매연 저감을 위해서는 디젤 연료분사를 적절한 시간에 알맞은 분사량과 정확한 분사압력으로 제어하는 장치가 필요하다.

최적의 디젤 연료 분사 조건을 갖추기 위해서 가솔린 연료 분사 장치와 같은 전자제어 디젤 연료 분사 시스템을 도입한 것이 전자제어 커먼레일 시스템(Common Rail Direct Injection:CRDI)이다. 보통 ‘CRDI’라고 표현을 하며, 자동차에도 부착한다.

전자제어 커먼레일 시스템은 고압펌프에서 발생된 고압의 연료를 커먼레일이라는 축압기에 저장해 ECU가 엔진의 상태를 감지하기 위한 각종 센서로부터 자료를 입력받아 초고압 연료 분사 장치인 고압 인젝터를 통해 연소실에 분사하는 장치이다.

이러한 커먼레일 시스템은 디젤엔진의 출력성능 향상과 배기가스 저감, 연료소비율의 개선, 연소의 안정성과 승차감 향상, 저소음·진동을 구현하기 위해서 이상적인 공기와 연료의 비를 형성하고 완전 연소를 이루는 약 1천350~2천bar의 고압으로 연료를 연소실내에 분사하고 분사시기와 분사량을 최적 제어한다.

이와 같이 커먼레일 시스템에서 고압 분사가 필요한 이유는 분사시의 높은 분사 에너지가 연소실내에서 공기와의 혼합을 활성화시켜서 분무의 당량비가 균일하며, 과하게 농후한 혼합기가 줄어들기 때문에 고출력 및 매연의 대폭 저감이 이뤄진다.

또한 연소효율을 높이기 위해 디젤 연소의 특성에 맞춰 연료 분사는 기존의 기계식에 없는 연료를 분할해 분사하는 다단분사를 실시해 열효율을 좋게 하고 매연과 질소산화물을 동시에 저감시킨다.

커먼레일 시스템의 연료 분사는 3단계로 이뤄지며 연소초기의 착화성을 좋게 하고 급격한 폭발에 따른 소음 저감을 위한 예비분사인 파일럿(pilot)분사, 최적제어 연료 분사로 출력을 상승시키는 주분사인 메인(main)분사, 연소말기에 배기온도를 상승시켜 촉매의 활성화로 배기가스 저감을 위한 포스트(post)분사가 있다.

이러한 전자제어 커먼레일 시스템의 도입은 디젤엔진의 획기적인 발전이라고 할 수 있다.
<제공: 김연수 교수 한국폴리텍대학 달성캠퍼스 자동차학과(자동차정비기능장)>

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