공용레일

Common rail
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MAN V8 디젤 엔진에 장착된 디젤 연료 인젝터

커먼 레일 직접 연료 분사 시스템은 저압 연료 펌프 공급 장치 인젝터(또는 펌프 노즐)와 반대로 고압(2,000bar 이상, 200MPa 또는 29,000psi) 연료 레일 공급 솔레노이드 밸브 주위에 구축된 직접 연료 분사 시스템이다. 고압주입은 이전의 저압 연료주입에 비해 연료가 더 많은 수의 작은 물방울로 주입되어 부피 대비 표면적 비율이 훨씬 높아짐으로써 전력 및 연료소비효익을 제공한다.[citation needed] 이것은 연료 방울 표면으로부터 향상된 기화를 제공하며, 따라서 대기 산소와 기화 연료의 결합이 더 효율적이어서 더 완전한 연소를 제공한다.

일반 레일 주입은 디젤 엔진에 널리 사용된다. 그것은 또한 가솔린 엔진에 사용되는 가솔린 직접 분사 시스템의 기본이다.

역사

볼보 트럭 엔진의 커먼 레일 연료 시스템

비커스는 잠수함 엔진에서 공동 레일 주입의 사용을 선도했다. 공동 레일 연료 시스템을 갖춘 비커즈 엔진은 1916년 G급 잠수함에서 처음 사용되었다. 이 엔진은 4개의 플런저 펌프를 사용하여 90° 회전 시마다 최대 3,000파운드(210bar, 21 MPa)의 압력을 전달하여 레일에서 연료 압력을 적절히 일정하게 유지했다. 개별 실린더로의 연료 공급은 인젝터 라인의 밸브에 의해 차단될 수 있다.[1] Doxford Engineers는 1921년부터 1980년까지 반대편인 해양 엔진에 공통 레일 시스템을 사용했는데, 여기서 다발기통 왕복 연료 펌프는 약 600bar(60 MPa; 8700psi)의 압력을 발생시켰고, 연료는 축열조 병에 저장되었다.[2] 압력 제어는 조절식 펌프 배출 스트로크와 "스필 밸브"에 의해 달성되었다. 캠축 작동식 기계 타이밍 밸브를 사용하여 스프링이 장착된 브레이스/CAV/루카스 인젝터를 공급했으며, 이 인젝터는 실린더 측면을 통해 피스톤 사이에 형성된 챔버로 주입되었다. 초기 엔진은 한 쌍의 타이밍 캠을 가지고 있었는데, 하나는 전진용이고 다른 하나는 별표용이었다. 이후 엔진에는 실린더당 2개의 인젝터가 장착되었고, 최종 시리즈인 연속 터보차지 엔진에는 실린더당 4개의 인젝터가 장착되었다. 이 시스템은 디젤 및 중연료 오일(130°C에 가까운 온도로 가열된 600cSt)을 모두 주입하는 데 사용되었다.

일반 철도 엔진은 한동안 해양 및 기관차 용도에 사용되어 왔다. 쿠퍼-베세머 GN-8(Circa 1942)은 유압식으로 작동하는 공용 레일 디젤 엔진의 예로서, 개조된 공용 레일이라고도 한다.

자동차 엔진용 공동 레일 시스템 프로토타입은 1960년대 후반 스위스의 로버트 휴버(Robert Huber)에 의해 개발되었으며, 이 기술은 오베레게리의 간서-하이드로마그 AG(1995년) 이후 취리히의 스위스연방기술연구소의 마르코 간서 박사에 의해 더욱 발전되었다.

생산차량의 첫 번째 성공적인 사용은 1990년대 중반까지 일본에서 시작되었다. 일본의 자동차 부품 제조업체인 덴소 코퍼레이션의 이토 쇼헤이와 미야키 마사히코 박사는 중형차용 공용 레일 연료 시스템을 개발하여 히노 레인저 트럭에 탑재된 자신들의 ECD-U2 공용 레일 시스템에 실용적으로 사용하고 1995년에 일반용으로 판매했다.[3] 덴소는 1995년 최초의 상업용 고압 공동철도 시스템을 주장하고 있다.[4]

현대의 공동 레일 시스템은 동일한 원리에 따라 작동하지만, 각 인젝터를 기계적으로보다는 전기적으로 개방하는 엔진 제어 장치에 의해 관리된다. 이것은 마그네티 마렐리, 센트로 리코르체 피아트, 엘라시스와의 협업을 통해 1990년대에 광범위하게 시제품화되었다. 이 디자인은 피아트그룹의 연구개발을 거쳐 독일 기업 로버트 보쉬 GmbH가 대량 생산을 위한 개발 완료와 정교화를 위해 인수했다. 나중에 보면, 이 신기술이 높은 수익성이 입증되었기 때문에, 이 매각은 피아트에게는 전략적인 오류로 보였다. 당시 자금 사정이 좋지 않았고 자체 개발을 완료할 자원이 부족했기 때문에 보쉬의 면허를 팔 수밖에 없었다.[5] 1997년에 그들은 승용차에 대한 그것의 사용을 연장했다. 공용 레일 시스템을 처음 사용한 승용차는 2.4L JTD 엔진을 장착한 1997년형 알파 로미오 156호였으며,[6] 같은 해 말 메르세데스-벤츠가 W202 모델에서 선보였다.

적용들

공동 레일 시스템은 시내 자동차(피아트 팬더 등)부터 집행용 자동차(아우디 A8 등)에 이르기까지 디젤 엔진이 탑재된 모든 종류의 로드카에 적합하다. 현대 공통철도 시스템의 주요 공급사는 로버트 보쉬 GmbH, 델파이, 덴소, 지멘스 VDO(현재의 컨티넨탈 AG 소유)이다.[7]

사용된 두문자어 및 브랜드

Volvo 트럭 엔진의 Bosch 커먼 레일 디젤 연료 인젝터

자동차 제조업체는 자체 브랜드 이름으로 공통 철도 엔진을 지칭한다.

원칙

공통 레일 시스템 다이어그램

솔레노이드 또는 압전 밸브는 연료 분사 시간과 양에 대한 미세한 전자 제어를 가능하게 하며, 공통 레일 기술이 제공하는 높은 압력은 더 나은 연료 분자를 제공한다. 엔진 소음을 낮추기 위해 엔진의 전자 컨트롤 유닛은 주 분사 이벤트("시범" 분사) 직전에 소량의 디젤을 주입할 수 있어 폭발성과 진동을 줄일 수 있으며, 연료 품질의 변화, 냉간 시동 등에 대해 분사 타이밍과 양을 최적화할 수 있다. 일부 진보된 커먼 레일 연료 시스템은 스트로크당 최대 5회의 주입을 수행한다.[8]

공통 레일 엔진은 주변 온도에 따라 난방 시간이 매우 짧거나 전혀 필요하지 않으며, 구형 시스템보다 엔진 소음과 배기 가스 배출량이 낮다.[9]

디젤 엔진은 역사적으로 다양한 형태의 연료 분사 방식을 사용해 왔다. 두 가지 일반적인 유형은 장치 주입 시스템과 분배기/인라인 펌프 시스템을 포함한다. 이러한 구형 시스템은 정확한 연료량과 분사 타이밍 제어를 제공하지만 다음과 같은 몇 가지 요인에 의해 제한된다.

  • 캠 구동식이며, 분사 압력은 엔진 속도에 비례한다. 이는 일반적으로 가장 높은 분사 압력이 가장 높은 엔진 속도에서만 달성될 수 있으며, 엔진 속도가 감소함에 따라 달성 가능한 최대 분사 압력이 감소함을 의미한다. 이 관계는 모든 펌프, 심지어 공통 레일 시스템에 사용되는 펌프에도 적용된다. 장치나 배전기 시스템을 사용하는 경우, 주입 압력은 축전지가 없는 단일 펌핑 이벤트의 순간 압력에 묶여 있으므로 관계가 더욱 두드러지고 골치 아픈 것이다.
  • 단일 연소 이벤트 중에 명령할 수 있는 분사 이벤트의 수와 타이밍이 제한된다. 이러한 오래된 시스템에서는 여러 주입 이벤트가 가능하지만, 달성하기가 훨씬 어렵고 비용이 많이 든다.
  • 일반적인 분배기/인라인 시스템의 경우, 주입 시작은 미리 결정된 압력(흔히 팝 압력이라고 함)에서 발생하며 미리 결정된 압력으로 끝난다. 이러한 특성은 실린더 헤드의 "덤프" 인젝터가 인젝터의 플런저에 가해지는 스프링 프리로드에 의해 결정되는 압력으로 열리고 닫히면서 발생한다. 인젝터의 압력이 미리 정해진 레벨에 도달하면 플런저가 상승하고 주입이 시작된다.

공용 레일 시스템에서 고압 펌프는 연료 저장소를 2,000bar(200MPa, 29,000psi) 이상 고압으로 저장한다. "공통레일"이란 모든 연료 인젝터가 고압으로 연료를 저장하는 압력 축전지에 지나지 않는 공통 연료 레일에 의해 공급되는 것을 말한다. 이 축전지는 여러 개의 연료 인젝터에 고압 연료를 공급한다. 이는 (기계적 또는 전자적으로 제어되는) 목표 압력을 유지하기만 하면 된다는 점에서 고압 펌프의 목적을 단순화한다. 연료 인젝터는 일반적으로 엔진 컨트롤 유닛(ECU)에 의해 제어된다. 연료 인젝터가 전기적으로 작동하면 유압 밸브(노즐과 플런저의 결합)가 기계적으로 또는 유압적으로 개방되어 원하는 압력으로 실린더에 연료가 분사된다. 연료 압력 에너지는 원격으로 저장되고 인젝터가 전기적으로 작동하기 때문에 주입 시작과 종료 시 주입 압력은 축전지(레일) 내 압력에 매우 근접하여 사각 분사 속도를 생성한다. 축열조, 펌프, 배관의 크기가 적절한 경우 주입 압력과 속도는 다중 주입 이벤트 각각에 대해 동일할 것이다.

3세대[vague] 커먼 레일 다이젤은 이제 정밀도를 높이기 위해 압전 인젝터를 장착하고 연료 압력은 최대 2,500bar(250MPa, 36,000psi)에 이른다.[10]

참고 항목

참조

  1. ^ Cummins, C. Lyle (2007). Diesels for the First Stealth Weapon. Carnot Press. pp. 196–198. ISBN 978-0-917308-06-2.
  2. ^ "Doxford Engine Reference". Archived from the original on 2007-12-20.
  3. ^ "240 Landmarks of Japanese Automotive Technology - Common rail ECD-U2". Jsae.or.jp. Archived from the original on 2009-09-08. Retrieved 2009-04-29.
  4. ^ "Diesel Fuel Injection". DENSO Global. Archived from the original on 2011-08-07. Retrieved 2011-08-03.
  5. ^ "Fiat Rebirth of a carmaker". economist.com. 2008-04-24. Archived from the original on 2009-09-08. Retrieved 2008-05-01.
  6. ^ "New Powertrain Technologies Conference". autonews.com. Archived from the original on 2013-07-03. Retrieved 2008-04-08.
  7. ^ "Denso targets French, US automakers : World's No. 4 supplier will grow organically, not by acquisitions". Europe.autonews.com. 2005-10-17. Retrieved 16 May 2018.
  8. ^ (멀티스트로크 주입) 3 시리즈는 BMW 2009 브로셔 참조
  9. ^ "Archived copy". www.carservicesalisbury.com. Archived from the original on 14 May 2018. Retrieved 15 January 2022.{{cite web}}: CS1 maint: 타이틀로 보관된 사본(링크)
  10. ^ "DENSO Develops a New Diesel Common Rail System With the World's Pressure Highest Injection News DENSO Global Website". DENSO Global Website. Archived from the original on 2017-10-13. Retrieved 2017-12-14.

외부 링크