엔진 개론

- 주요 구성품

자동차용 엔진자동차용 엔진

Al h E i 1 3 / 1 5 / 1 6Al h E i 1 3 / 1 5 / 1 6 B t E i 1 6 / 1 8 / 2 0B t E i 1 6 / 1 8 / 2 0Alpha Engine ; 1.3 / 1.5 / 1.6 literAccent/Verna/Avante 탑재

Alpha Engine ; 1.3 / 1.5 / 1.6 literAccent/Verna/Avante 탑재

Beta Engine ; 1.6 / 1.8 / 2.0 liter Avante / Tiburon 탑재

Beta Engine ; 1.6 / 1.8 / 2.0 liter Avante / Tiburon 탑재

자동차용 엔진자동차용 엔진

Epsilon Engine ; 0.8 / 1.0 liter

Atoz 탑재

Epsilon Engine ; 0.8 / 1.0 liter

Atoz 탑재

Delta Engine ; 2.0 / 2.5 liter V6

EF Sonata /XG 탑재

Delta Engine ; 2.0 / 2.5 liter V6

EF Sonata /XG 탑재

자동차용 엔진자동차용 엔진

Sigma Engine ; 3.0/3.5 liter V6 XG / ECUUS 탑재

Sigma Engine ; 3.0/3.5 liter V6 XG / ECUUS 탑재

엔진의 구조엔진의 구조

Air CleanerAir CleanerIntake ManifoldIntake ManifoldIntake ManifoldIntake Manifold

Cylinder HeadCylinder Head

Exhaust ManifoldExhaust Manifold

CatalystCatalystWater PumpWater Pump

yy

엔진의 구조엔진의 구조

AlternatorAlternator

Cylinder Cylinder BlockBlock

Front CFront CCaseCase

Oil PanOil PanOil PanOil Pan

엔진의 구조엔진의 구조

실린더 블록, 헤드실린더 블록, 헤드

흡기, 배기시스템흡기, 배기시스템

Fuel Fuel Throttle BodyThrottle Body

Air CleanerAir Cleaner

RailRail

InjectorInjector

yy

AirAir

CleanerElementCleanerElement

jj

Intake M if ldIntake M if ld Air

CleanerAir CleanerManifoldManifold

Exhaust Exhaust

CatalystCatalystManifoldManifold

밸브시스템밸브시스템

CamshaftCamshaft

CamshaftSprocketCamshaftSprocket Valve Valve

Timing BeltTiming BeltIntake &Intake &

SpringSpring

Intake &ExhaustValve

Intake &ExhaustValveCrankshaft

SprocketCrankshaftSprocketSprocketSprocket

IdlerIdler

구동시스템구동시스템

PistonPiston

Piston RingPiston Ring

Con-RodCon-Rod

CrankshaftCrankshaft

FlywheelFlywheel

CrankshaftCrankshaft

FlywheelFlywheelDamper PulleyDamper Pulley

Main BearingMain Bearing

냉각시스템냉각시스템

ThermostatThermostat

ThermostatThermostatWater Water ThermostatHousingThermostatHousing

PumpPump

ToToTo RadiatorTo Radiator

EngineEngine

엔진(Engine) 본체( g )

엔진의 구조엔진의 구조

엔진의 구조엔진의 구조

• 실린더 블록은 엔진의 기초가 되는 부분으로 자동차 엔진에서는 보통• 실린더 블록은 엔진의 기초가 되는 부분으로 자동차 엔진에서는 보통4~12개의 실린더가 있다. 실린더는 피스톤이 왕복운동을 하는 부분으로 피스톤 행정의 약 2배의 길이이고 진원통으로 가공되어 있으며, 실린더의 직경과 길이에 따라 엔진의 배기량이 달라진다.린더의 직경과 길이에 따라 엔진의 배기량이 달라진다.

• 실린더 헤드(cylinder head)는 실린더 블록 위에 설치되며, 실린더헤드와 블록사이로 가스나 물이 새는 것을 방지하기 위한 가스켓이 실린더헤드와 블록사이에 있다 헤드의 안쪽은 피스톤 및 실린더와 함린더헤드와 블록사이에 있다. 헤드의 안쪽은 피스톤 및 실린더와 함께 반구형이나 쐐기형(pent roof)의 연소실을 형성하고 있으며, 헤드의 위쪽은 캠축과 밸브의 개폐기구가 설치되어 있고 그 외부에는 흡배기 매니폴드 및 점화 플러그 등이 부착되어 있다.배기 매니폴드 및 점화 플러그 등이 부착되어 있다.

엔진의 구조엔진의 구조

오일 팬은 강판을 프레스로 가공하여 만든 엔진 오일통으로 가스• 오일 팬은 강판을 프레스로 가공하여 만든 엔진 오일통으로, 가스켓과 함께 실린더 블록의 크랭크 케이스실에 장착된다.

• 로커 커버는 실린더 헤드 윗 부분에 가스켓과 함께 장착되어 로커암축 및 밸브 개폐기구를 보호하는 커버로서 로커 커버의 윗 부분암축 및 밸브 개폐기구를 보호하는 커버로서, 로커 커버의 윗 부분에는 오일을 주입할 수 있는 오일 주입구 및 오일 필러 캡이 있고,브리더 호스가 연결되는 튜브와 블로바이가스를 제어하는PCV(Positive Crankcase Ventilation)밸브가 로커 커버의 측면에PCV(Positive Crankcase Ventilation)밸브가 로커 커버의 측면에부착되어 있다.

CylinderCylinder

CylinderCylinder

• 구조– 실린더 내벽• Dry type : 냉각수와 직접 접촉하지 않는다Dry type : 냉각수와 직접 접촉하지 않는다.

• Wet type : 물 재킷과 한쪽이 직접 접촉

건식 습식

CylinderCylinder• 구조– 연소실

• 반구형 연소실

체적당 표면적이 작아 열손실이 적다– 체적당 표면적이 작아 열손실이 적다

– 화염전파 거리가 최소

– 체적 효율이 좋다체적 효율이 좋다

CylinderCylinder– 연소실

• 쐐기형 연소실

– 고압축비를 얻을 수 있다.

혼합기의 와류작용이 좋다– 혼합기의 와류작용이 좋다.

• L-헤드형 연소실

CylinderCylinder

• 디젤엔진– 연소실

CylinderCylinder

• 배열• 배열

CylinderCylinder

• 배열• 배열– In line

CylinderCylinder

배열• 배열– V type yp

CylinderCylinder

• 배열– Flat, pancake, horizontally-opposed type

CylinderCylinder

• 행정 안지름비– 자동차용으로는 출력의 향상을 위해 엔진 높이를

낮출 수 있는 스퀘어 엔진이나 단스트로크 엔진이

많이 사용된다.

Crank caseCrank case

• 구조• 구조

PistonPiston

• 작용 및 구조

PistonPiston

• 작용 및 구조• 작용 및 구조

-헤드부– 링부

– 스커트부스커트부• 열팽창을 고려하여 헤드부보다 지름을 크게

PistonPiston

• 형상형상– Cone piston

Cam ground piston

li i– Split piston

Piston ringPiston ring

압축링• 압축링

• 오일링

Piston pinPiston pin

• 작용

Piston pinPiston pin

• 결합방법• 결합방법– 고정식 : 핀을 피스톤 보스 양쪽에 고정

– 반부동식 : 핀과 커넥팅 로드가 일체반부동식 : 핀과 커넥팅 로드가 일체

– 전부동식 : 어느 쪽에도 고정되지 않는다.

Connecting rodConnecting rod

• 구조• 구조

– Small end

– Big end

▷ 커넥팅 로드

▷ 캠 축▷ 캠 축

Crank shaftCrank shaft

작용 및 구조• 작용 및 구조

Crank shaftCrank shaft

• 형상• 형상– 4실린더 크랭크축

Firing orderFiring order

• 4실린더 엔진의 점화순서– 1-2-4-3

– 1-3-4-2

• 6실린더 엔진의 점화순서

Firing orderFiring order

• 8실린더 엔진• 8실린더 엔진

FlywheelFlywheel

• 구조 및 작동• 구조 및 작동

– 회전속도의 변동 (팽창 행정시에만 동력)

회전속도를 고르게

– 엔진 작동을 원할하게

– 가운데는 얇고

주위는 두껍게주위는 두껍게

ValveValve

작용 및 구조• 작용 및 구조

ValveValve

• 밸브 시스템– Overhead valve type

ValveValve

• 밸브 시스템• 밸브 시스템– Overhead cam shaft type

ValveValve

• 밸브 시스템• 밸브 시스템– Side valve type

ValveValve

• 밸브시스템• 밸브시스템– Valve clearance

• Timing gearTiming gear

ValveValve

• 밸브 개폐시기밸브 개폐시기

밸브밸브

• 밸브(Valve)는 동력행정에 필요한 혼합기를 연소실 안으로 흡입시키고 연소가스를 외부로 배출하기 위해 1개의 실린더에 흡배기시키고 연소가스를 외부로 배출하기 위해 1개의 실린더에 흡배기밸브를 각각 1개씩(알파 엔진은 흡기 2개와 배기 1개, DOHC 엔진은 흡기 2개와 배기 2개)설치되어 있다.

• 4사이클 엔진의 캠 축은 크랭크 축 2회전마다 1회전하도록 스프로킷의 기어비가 구성되어 있으며 캠 축의 회전에 따라 로커 암축에 설치된 로커 암이 작동되고 이 로커암의 운동은 밸브를 개폐시킨다.

냉각장치냉각장치

• 목적 : 과열이나 실린더목적 과 이나 더의 변형, 윤활이 불량을막기 위해 엔진의 적당한온도를 유지시킴

• 종류종류

• 공냉식

수냉식• 수냉식

냉각장치냉각장치

냉각장치 각부의 구조냉각장치 각부의 구조

• 워터재킷

• 라디에터라디에터

• 냉각팬과 팬 벨트

• 워터펌프

• 서모스탯(thermostat)

냉각장치 각부의 구조냉각장치 각부의 구조

• 라디에터라디에터

냉각장치 각부의 구조냉각장치 각부의 구조

• 서모스탯(thermostat)

냉각장치냉각장치

• 냉각장치는 엔진을 냉각하여 파열을 방지하고 적당한 온도를 유지하는장치이다

실린더 안의 연소가스 온도는 2000 2500℃에 이르며 이 열의 상당한• 실린더 안의 연소가스 온도는 2000~2500℃에 이르며, 이 열의 상당한양이 실린더 벽, 실린더 헤드, 피스톤 밸브 등에 전도된다. 이러한 부분의온도가 너무 높아지면 부품의 강도가 저하되어 고장이 생기거나 수명이단축되고 연소상태도 나빠져 노킹이나 조기점화 등으로 엔진의 출력이단축되고 연소상태도 나빠져 노킹이나 조기점화 등으로 엔진의 출력이저하된다.

냉각장치냉각장치

• 너무 냉각되면 냉각으로 손실되는 열량이 크기 때문에 엔진 효율이 낮아• 너무 냉각되면 냉각으로 손실되는 열량이 크기 때문에 엔진 효율이 낮아지고, 연료 소비량이 증가하는 등의 문제가 생기므로, 엔진의 온도를 약80~90℃로 유지시키는 것이 냉각장치의 기능이다.

라디에터 캡

내부와 외기를 차단하는 것에 의해 온도차를 크게 하고, 냉각효과를 높이기위해 수 을 ℃ 이상 만 장치기위해 수온을 100℃ 이상으로 만드는 장치

냉각수와 부동액(不凍液)

• 냉각수는 0℃이하가 될때 빙결 하기 때문에 빙점이 낮은 에틸렌그리콜등의 첨가제를 혼입한 부동액을 이용

• 사계절용 : 에틸렌글리콜에 방식(防食)·방청제(녹방지제)를 첨가한 라이프 쿨런트(long life coolant , 약칭 LLC)를 많이 이용

엔진 냉각회로엔진 냉각회로

냉각장치의 목적

냉각장치는 엔진을 냉각하여 파열을 방지하고 또 적당한 온도를 유지하는 장치. 연소가스 온도는2000~2500℃에 이르며 이러한 부분의 온도가 너무2000~2500℃에 이르며, 이러한 부분의 온도가 너무높아지면 부품의 강도가 저하되어 고장이 생기거나수명이 단축되고 연소상태도 나빠져 노킹이나 조기명 축 상 킹점화 등으로 엔진의 출력 저하초래. 엔진의 온도를약 80~90℃로 유지시키는 것이 냉각장치의 기능

윤활장치

윤활(lubrication)유윤활(lubrication)유

• 목적과 활동– 각부의 운동부분에서의 마찰을 줄이기 위함

– 금속과 금속사이에는 윤활유에 의한 유막생성

역할• 역할– 마찰을 적게하여 마모를 감소

마찰에 의한 열을 외부로 방출하고 냉각시킴– 마찰에 의한 열을 외부로 방출하고 냉각시킴

– 외부의 공기나 습기로부터 금속의 부식을 방지

– 유막에 의한 소음의 발생 방지와 완충작용유막에 의한 소음의 발생 방지와 완충작용

– 점성이 큰 오일은 가스의 샘 방지

– 방진 작용을 함

윤활장치윤활장치

• 윤활장치는 엔진 내부의 각 윤활부에 오일을 공급하여마찰을 감소시키고 또 마모를 방지 시키며, 마찰부분의열이나 피스톤의 열을 식혀주는 작용을 한다열이나 피스톤의 열을 식혀주는 작용을 한다.

• 마찰의 감소(마모방지):윤활을 유지하여 마찰이 가장작은 상태가 되게 하고 또 한계 상 밀봉작용-실린더 윤작은 상태가 되게 하고 또 한계 상 밀봉작용 실린더 윤활에서와 같이 피스톤 링과 함께 고압가스의 누설을방지한다.

• 냉각작용 :발열부분의 열을 흡수

• 청정작용:윤활부에서 발생하는 카본 및 금속 등의 불순물을 흡수한 후 오일필터에 저장시켜 윤활부를 깨끗순물을 흡수한 후 오일필터에 저장시켜 윤활부를 깨끗하게 한다.

윤활장치윤활장치

• 방청작용:윤활면에 수분이 침투하면 녹이 발생되고 부식이 일어나므로 수분 등이 침투하지 못하도록 윤활막식이 일어나므로 수분 등이 침투하지 못하도록 윤활막을 형성한다.

• 응력 분산 작용:윤활부에는 국부적으로, 또는 순간적으로 큰 압력이 걸려 유막을 파괴하여 고착을 일으키게로 큰 압력이 걸려 유막을 파괴하여 고착을 일으키게하는 일이 생긴다. 이 때에 윤활유는 액체의 성질로 국부 압력을 액 전체로 분산시키는 작용을 한다.부 압력을 액 전체 분산시키는 작용을 한다

• 윤활경로:가솔린 엔진의 윤활장치는 오일 팬, 오일 스크린, 오일 펌프, 릴리프 밸브 및 오일 압력 스위치 등으로 구성되어 있다으로 구성되어 있다.

▷ 엔진 오일의 조건▷ 엔진 오일의 조건

청정성이 좋을 것산화 안정성이 좋을 것부식 방지성이 좋을 것기포 발생이 적을 것기포 발생이 적을 것점도 지수가 높은 것응고점이 낮을 것응고점이 낮을 것

오일의 첨가제

청정 분산제산화 방지제부식 방지제기포 방지제점도 지수 향상제점도 지수 향상제유동점 강화제유성 향상유성 향상형광 염료 등을 첨가하여 그 성능을 발휘한다.

윤활유에 관한 성질윤활유에 관한 성질

적절한 점도( i i )가 있고 온도에 의한 변화• 적절한 점도(viscocity)가 있고, 온도에 의한 변화가 적을 것

• 유성(油性)이 좋을 것• 유성(油性)이 좋을 것• 열전도가 좋을 것• 인화점이 높고, 기화하기 어려울 것인화점이 높고, 기화하기 어려울 것• 응고점이 낮을 것• 규격은 SAEOO번으로 표기• 일반적으로 여름철용-40번, • 겨울철용-20번 사용• 사계절용-<SAE10W-30>인 멀티그레이드 오링

을 사용함.

자동차용 윤활유의 종류자동차용 윤활유의 종류

엔지 오일(engine oil) SAE분류 API분류• 엔지 오일(engine oil) - SAE분류, API분류

• 기어오일(gear oil)

• 그리스(grease) – 반고체상의 윤활유

• 작동유

– 자동변속기유

– 브레이크유– 브레이크유

• 윤활장치란

– 가솔린엔진의 각 운동부분으로 윤활유를 보내는 장치

SAE ( Society of Automobile Engineers, 미국 자동차 기술자 협회)

( 미 의 석 협회)API ( 미국의 석유협회)

NLGI ( National Lubricating Grease Institude, 미국 그리스 협회 )

윤활방식 (여과 방식)윤활방식 (여과 방식)

▷분류식 : 분류식(分流式, By-pass filter)은 오일펌프에서 압송된 오일을 각 윤활부에 직접 공급하고, 일부의 오일을 오일필터로 보내어 여과시킨 다음 오일팬으로 되돌아 가게 하는 방식▷전류식 : 전류식(全流式:Full-flow filter)은 오일펌프에서 압송한 오류식 류식( 流式 ) 에서 송일이 오일 필터를 거쳐 각 윤활부로 공급되는 형식▷복합식 : 입자의 크기가 다른 두 종류의 필터를 사용하여 입자가 큰필터를 거친 오일은 오일 팬으로 복귀시키고 입자가 작은 필터를 거친필터를 거친 오일은 오일 팬으로 복귀시키고 입자가 작은 필터를 거친오일은 각 윤활부에 직접 공급

• 윤활방법(펌핑 방법)• 윤활방법(펌핑 방법)– 압송식(force-feed lubrication)

– 습식윤활(wet sump lubrication)습식윤활(wet sump lubrication)

– 건식윤활(dry sump lubrication)

오일펌프오일펌프

윤활경로윤활경로

주요 윤활부주요 윤활부

피스톤 실린더밸브리프터밸브 스템피스톤, 실린더

콘 로드 캠축 저널 캠

밸브 스템

실린더 헤드크랭크 축

릴리프 밸브릴리프 밸브

오일 필터400kPa릴리프 밸브

오리 펌프Pa

100kPa

오일스트레이너

오일 팬

오일 압력조종기 필터 etc오일 압력조종기,필터,etc

• 오일 압력조정기 (Oil pressure regulator )

• 오일필터 – 불순물을제거

• 그밖의 기기– 오일 레벨 게이지(oil

l l )level gauge)

– 오일 압력 게이지(oil pressure gauge)pressure gauge)

– 오일 쿨러(oil cooler)

연료 장치

연료펌프연료펌프

인젝터(I j t )인젝터(Injector)

연료장치연료장치

• 전자제어 연료분사장치의 연료공급은 흡입필터를 통해 연료 펌프에서 압송되며, 파이프(Pipe), 고압 필터, 딜리버리(Delivery) 파이프를 거쳐 각 인젝터에 분배된다. 인젝터에 걸리는 연료의 압력은 압력조절기(Pressure regulator)에 의해 이루어지고, 이 때의압력은 흡기다기관 내의 압력보다 항상 3.35kg/㎠ 더 높은 압력이 일정하게 유지되도록 되어 있고, 규정압력 이상 여분의 연료는이 일정하게 유지되도록 되어 있고, 규정압력 이상 여분의 연료는리턴 파이프를 통하여 연료탱크로 되돌아간다.

연료의 종류와 성질연료의 종류와 성질

(• 원유의 주성분 – 탄화수소(탄소원자와 수소 원자의 수나 연결모양)

• 끓는점의 차이에 따라LPG(-42℃∼-1℃), 휘발유(30℃∼180℃), 등유(170℃∼25 0℃), 경유(240℃∼350℃), B-C유, 윤활유(350℃ 이상)

가솔린의 성질가솔린의 성질

상온에선 기화하기 쉽다• 상온에선 기화하기 쉽다.• 무색투명하고 일종의 향기가 있음

비중이 작다 (0 60 0 74)• 비중이 작다.(0.60~0.74)• 인화점이 낮고, 발열량이 크다.

기름과 고무를 용해한다• 기름과 고무를 용해한다.• 연소 후의 잔류 탄소분이 적다.

점도(粘度)가 매우 작다• 점도(粘度)가 매우 작다

※ 베이퍼 록 (V l k) : 기화성이 너무 좋을 경※ 베이퍼 록 (Vapor lock) : 기화성이 너무 좋을 경우 관내에서 증발하여 기포가 생겨 연료가 흐리지않게 되는 현상않게 되는 현상

혼합기와 혼합비혼합기와 혼합비• 혼합비 - 공기와의 혼합비율

• 이론혼합비 – 1 : 14.7

• 큰 혼합비 – 희박혼합비(lean mixture)

• 작은 혼합비 – 농후혼합비(rich mixture)

• 가연한계 혼합비 - 1 : 8~20 범위

엔진의 운전상태 혼 합 비

차가워진 엔진을 시동할 때 1 1차가워진 엔진을 시동할 때 1:1

공회전으로 회전할 때 1:5

최대출력을 얻고 싶을때 1:12~13

이론 혼합비 1:14 7이론 혼합비 1:14.7

경제운전을 희망할 때 1:16~23

연소과정 과 이상연소연소과정 과 이상연소

• 조기 점화 – 정규의 점화기간보다도 앞에서의 혼합기가발화하여 연소

• 노크 or 노킹(Knocking) – 미연소 가스의 자연발화 때문

• 현상 - 운전 중에 실린더벽에서 날카로운 타음이 발생, 출력 저하력 저하

• 방지 방법

① 노크가 발생하기 어려운 연료이용① 노크가 발생하기 어려운 연료이용

② 연소속도를 빨리해서 미연소 부분의 가스가 자연발화하기전에 연소전에 연소

③ 연소실의 개량, 압축화, 점화시기등 개선

• 옥탄가 - 앤티노크성을 수치로 나타낸 것

수치가 높을수록 발생하기 어려움• 수치가 높을수록 발생하기 어려움

• 옥탄가를 높이기 위해 가솔린에 알킬납을 혼합 하였지만, 알킬납의 독성 때문에 무연화가 발전 (혼합하지 않고도 85알킬납의 독성 때문에 무연화가 발전 (혼합하지 않고도 85이상의 무연 가솔린 시판(엷은 붉은색)

• LPG 옥탄가는 가솔린보다 높아 90 이상LPG 옥탄가는 가솔린보다 높아 90 이상

연료 장치연료 장치

연료탱크 연료필터 연료펌프연료

기화기공기 에어 클리너 연소실혼합기기화기공기 에어 클리너 연소실기

기화기기화기

운전상태에 있는 가솔린과 공기와의 혼• 운전상태에 있는 가솔린과 공기와의 혼합기를 만드는 장치

• 언제나 적절한 혼합기를 만든 것

연료를 미립화하여 기화하기 쉽도록 하• 연료를 미립화하여 기화하기 쉽도록 하고 공기와 서로 잘 섞이도록 하는 것

• 엔진출력의 급속한 변화에 잘 대응하는것것

기화기의 원리기화기의 원리

분무기의 원리• 분무기의 원리

• 공기가 좁은 벤튜리를통과할 때 압력이 낮아통과할 때 압력이 낮아져 기체상태의 가솔린을 빨아내서 혼합을 빨아내서 혼합

• 벤튜리(Venturi) – 물이나 공기 같은 유체가이나 공기 같은 유체가넘치는 관로의 일부를죄고 있는 형상죄고 있는 형상

• Q=A1ν1=A2ν2

연료분사 장치(Fuel injection system)(Fuel injection system)

• 국내 승용차 대부분의 연료장치는 "전자 제어 연료 분사장치"(EFI : electronic fuel injection)

디젤 엔진의 연료분사 장치디젤 엔진의 연료분사 장치

직접분사실식(di i j i )• 직접분사실식(direct injection type)

• 예연소실식(pre-conmbustion chamber type)

• 와류실식(whirl chamber type)

• 공기실식(air cell type)

연소실 형상연소실 형상

연소실 내의 공기유동

– 스월(swirl) ; 연소실 축과 평행한 회전유동

압축기간 내내 연소실내에 존재하여 혼합기 성층화를 이룸

– 텀블(Tumble) ; 연소실 축과 수직한 회전유동( )

압축말기에 강한 난류를 형성하여 연소를 촉진

– 주요 유동제어 인자 ; 평균유동(mean flow) 및 유동안정성,주 유동제어 자 평 유동( ) 및 유동 정성,

시간적 난류변화, 스파크플러그 주위의 유동평균속도 등

– 균질연소의 경우 일반적으로 높은 난류강도와 낮은 평균속균질연소의 경우 일반적으로 높은 난류강도와 낮은 평균속도 유동이 요구되며, 성층연소의 경우 높은 유동속도와 적은 난류가 요구됨

디젤 엔진의 연소실디젤 엔진의 연소실

연소실의 종류디젤엔진에 적용되고 있는 연소실의 종류는 다음과 같과 같다.

1 직접분사식(Direct Injection Type)

구조가 가장 간단한 형식으로 종래에는 주

1. 직접분사식(Direct Injection Type)

로 중.대형 디젤엔진에 많이 사용되었으나최근에는 열효율이 높기때문에 고속형 소형엔진에도 채용이 확산되고 있다.엔진에도 채용이 확산되고 있다.분사압력을 획기적으로 높여 저연비.고출

력을 이룰 수 있는 커먼레일 디젤엔진이 유럽의 벤츠를 선두로 개발되어 향후의 주력럽의 벤츠를 선두로 개발되어 향후의 주력엔진으로 전망되고 있다. 여기서는 종래의 직분사 디젤엔진에 대해언급한다 종래의 직접분사식 연소실의 구언급한다. 종래의 직접분사식 연소실의 구조는 실린더헤드와 피스톤헤드 사이에 마련된 연소실안에 연료를 분사하여 연소하도록되어 있다 따라서 연료를 완전 연소시키되어 있다. 따라서, 연료를 완전 연소시키기 위해 구멍형 노즐을 사용하여 150∼300kg/㎠의 고압으로 분사한다.

2 예연소식(Precombustion Chamber Type)

주연소실 윗부분에 예연소실이 있

2. 예연소식(Precombustion Chamber Type)

주연 실 윗부분에 예연 실이 있어 그 속에 연료를 분사하여 연료의일부를 연소시키면 이때 발생한 압력에 의해 남은 연료를 주 연소실로분출하여 주연소실의 공기와 잘 혼합해 연소시키는 것이다합해 연소시키는 것이다. 예연소실식은 2단계 연소가 되며,

연료와 공기의 혼합은 예연소실에서와 공기의 예 실에서분출된 기류를 이용하는것이 특징이다. 일반적 예연 실의 용적 용일반적으로 예연소실의 용적은 용

적비(전 압축용적에 대한 예연소실용적의 비율)가 30∼40%이다용적의 비율)가 30∼40%이다.

3 와류실식(Swirl Chamber Type)

와류실식은 실린더 헤드에 와류실을

3. 와류실식(Swirl Chamber Type)

와류실식은 실린더 헤드에 와류실을만든 것으로, 압축행정시 와류실안의공기에 소용 돌이를 일으켜 여기에 연공기에 용 돌이를 일 켜 여기에 연료를 분사하여 연소시키는 것이다. 즉, 예연소실식에서는 연료를 부분

적으로 연소시키지만 와류실안에서는적으로 연소시키지만 와류실안에서는전부를 완전히 연소하도록 되어 있다. 따라서, 와류실의 용적은 전 연소용적의 70∼80%를 차지하고 실린더로 통하는 통로는 하나이다. 와류실식은 직접분사식과 예연소실와류실식은 직접분사식과 예연소실

의 중간적 특성을 가졌다고 할 수 있다.

4 공기실식(Air Chamber Type)4. 공기실식(Air Chamber Type)

공기실식은 주연소실외에 공기실이 있는데, 연료를 주연소실안에 분사하면 그 일부가 공기실로 들어가 연소되고 이 연소로 인해 공기의 분출에너지를 크게 해 연소를 향상 시키는 것과 공기실 안에는 연료를 분사하지를 향상 시키는 것과, 공기실 안에는 연료를 분사하지않고 피스톤의 하강에 따라 공기실에서 공기를 분출하여 산소를 공급하고 소용돌이를 일으켜 연소시키는 것여 산소를 공급하고 소용돌이를 일으켜 연소시키는 것이 있다.

예열플러그(Grow plug)에 관하여예열플러그(Grow plug)에 관하여

디젤연료의 압축압력에 의한 열높임으로는 추운겨울에 착화는 불가능하다 그래서 실린더로 흡입되는 연료의 온도를화는 불가능하다. 그래서 실린더로 흡입되는 연료의 온도를임의로 높이기위해 실린더입구에 예열플러그를 설치하여겨울철시동시 예열플러그를 발열시켜 실린더 내부로 들어겨울철시동시 예열플러그를 발열시켜 실린더 내부로 들어가는 공기의온도를 높여주는 역할을하여 시동을 원활하게한다. 특히, 예연소실식과 와류실식은 시동시시동성이 곤란,하여 예열플러그 같은 별도의 예열장치가 반드시 필요하다. 그래서 추운날씨에 시동이 잘안걸리면 실린더의 예열플러그를 의심하면된다그를 의심하면된다.

디젤(DIESEL) 엔진의 연소 과정 1-5디젤( I S ) 엔진의 연 과정

C D분사완료C D

E 연소완료

분사완료

A

B

E

연소

연소완료

분사개시

연소개시압력(kg/㎠)

압축

A

분사 정상압축

정상연소

상사점100도 100도

착화지연기간

(크랭크회전각도)

-착화지연기간(A-B) : 연소 가능한 혼합기 형성기간(짧을수록 좋다,길면 노크 발생)

-화염전파기간(B-C) : 연속적인 동시착화 + 화염전파(압력 급상승으로 동력발생)

( ) ( )-직접연소기간(C-D) : 화염으로 분사 + 연소가 동시에 발생(분사량 제어)

-후기연소기간(D-E) : 분사종료후 연소가 끝날때까지 기간(무화 불량시 매연발생)

◎ 디젤기관(1)◎ 디젤기관(1)

• 구조 : 연료 공급 방식과 점화 방식을 제외하고 가솔린 기관과

유사

• 원리 : 원리실린더 안에 공기 흡입 → 피스톤으로 압축 → 연료분사 → 고온

에 의해 자연 발화

디젤엔진의 연료 분사 장치

◎ 디젤기관(2)◎ 디젤기관(2)

연소실 : 직접 분사식 예연소실식 와류실식 공기실• 연소실 : 직접 분사식, 예연소실식, 와류실식, 공기실식

• 연료분사 장치 : 연료 분무 상태가 기관의 성능에 영향• 연료분사 장치 : 연료 분무 상태가 기관의 성능에 영향

• 연료분사 펌프 :

연료를 고압으로 압축 각 실린더의 분사노즐로 보- 연료를 고압으로 압축, 각 실린더의 분사노즐로 보내는 장치

• 연료분사 노즐 : 고압 연료를 연소실 속에 분사 시키는• 연료분사 노즐 : 고압 연료를 연소실 속에 분사 시키는장치

• 특징 : 출력조절은 분사되는 연료의 양특징 출력조절은 분사되는 연료의 양

* 경유 - 자동차용

* 중유 - 기관차 대형선박 중유 기관차, 대형선박

디젤 엔진의 장점

1.연료소비율이 적고 열효율이 높다

2.전기점화 장치가 없어 고장율이 적다

3.경부하때의 효율이 나쁘지 않다

4.연료의 인하점이 높아 화재의 위험이 적다

5.대형 엔진의 제작이 가능하다

6.배기가스 유해성분이 적다

7.회전력의 변동이 적다

1.마력당 중량이 무겁다

디젤 엔진의 단점

2.평균 유효압력 및 회전속도가 낮다

3.운전중 진동 소음이 크다

4.기동 전동기의 출력이 커야 한다

연료분사장치 LINE연 분사장치

연료탱크 공급펌프 연료필터

인젝션펌프 연료파이프 노즐및홀더

:연료장치시스템엔진(연소실) :연료장치시스템

:오버플로워엔진(연소실)

인젝션펌프의기본구성인젝션펌프의기본구성

연료공급(FUEL DELIVERY)연료공급펌프 연료여과기 세퍼레이터연료공급펌프 연료여과기 세퍼레이터

분사기구(INJ’ APPARATUS)분사기구(INJ APPARATUS)분사펌프 가바나 분사타이머

분사압력분사량

분사압력분사율

분사진행과정

분사량회전속도

분사시기

분사노즐(INJ’ NOZZLE)노즐홀더 노즐

개변압력분사방향

연료가공(유립크기)개변압력분사진행과정

연료가공(유립크기)분사진행과정

인젝션펌프의개요인젝션펌 의개

고압의분무상태로공급

인젝션노즐을통하여

연소실내의고온,고압의공기에

인젝션펌프의기능인젝션펌 의기능

분사량제어분사량제어

엔진부하에맞는정확한량의분사

분사시기제어분사시기제어

정확한시점에분사

분사율제어

정밀하게결정된분사시간

딜리버리밸브딜리버리밸브

딜리버리스프링

딜리버리밸브

시트면

피스톤(b)흡여스트로크흡여스트로크

1.플런저에의해압송된고압의연료는딜리버리밸브를통하여노즐로보내진다노즐로보내진다.

2.노즐에서잔압의연료가펌프쪽으로리턴되지못하게하는역류방지3.인젝션파이프내의연료압력을떨어뜨려분사끝맺음을좋게하여노즐의후적을방지한다(밸브가닫히는순간피스톤부의흡여작용)노즐의후적을방지한다(밸브가닫히는순간피스톤부의흡여작용)

인젝션노즐제원표

적용차종 포터 2.5TON 3.5TONGLF T/C그레이스

펌프형식 VE형 PE-A형 PE-A형VE형DPC형

형식 쓰로틀형 구멍(HOLE)형

홀더형식

개변압력

나사삽입식

125±10(kg/㎠) 230±5개변압력

오리피스(수-경)

125±10(kg/ )

1-1.02mm

230±5

5-0.285mm(수 경)

연료 공급 LINE연료 공급 LINE

작동메커니즘

1. 압송기구

작동메커니즘

압송기구는 펌프엘리멘트와 딜리버리 밸브로 구성되며 작동순서는 다음과 같다.

- 흡입 : 피드홀을 통해 연료를 플런저실로 흡입한다. - 압송 : 플런져가 상승하여 피드홀을 닫으면 플런져실의 연료압력이

상승하여 딜리버리 밸브를 밀어올리고 연료는 분사관으로 송유된다상승하여 딜리버리 밸브를 밀어올리고 연료는 분사관으로 송유된다. - 분사 : 분사관내에 연료압력이 분사노즐 개변압보다 높으면 분사노

즐의 니들이 상승하여 연료분사가 시작된다.

- 분사종료 : 플런져가 더욱 상승하여 플런져 리드가피드홀을 관통하면 고압연료는 연료갤러리로 빠져나가고 압력강하로 압송이 중단된다.

2 분사량조절기구2. 분사량조절기구

분사펌프의 플런저에는 절홈리드분사펌프의 플런저에는 절홈리드가 있기 때문에 플런져를 회전시키면 유효압송 스트로크가 변하여 분면 유효압송 스트로크가 변하여 분사량이 조절되며 플런져는 컨트롤랙에 의해 거버너(Governer)로 제어된다.

3 딜리버리 밸브3. 딜리버리 밸브

딜리버리 밸브는 밸브와 밸브시트로 구성되어 있고, 플런져가 상승하여 배럴안의져가 상승하여 배 의연료압력이 높아져 규정값에도달하면 딜리버리 밸브를밀어올려 연료는 분사파이프밀어올려 연료는 분사파이프로 공급된다.

압송작용이 끝나면 배럴안의 압력이 급격히 떨어져 딜리버리 밸브는스프링의 힘으로 밸브는 급격히 닫혀 분사파이프로 부터 오는 연료의스프링의 힘으로 밸브는 급격히 닫혀 분사파이프로 부터 오는 연료의역류를 방지한다. 연료압송 종료후 밸브가 하강할 때 밸브의 컬러부가 플런저실과 밸브실을 차단하고 더 하강하면 시트부에 착지된다을 차단하고 더 하강하면 시트부에 착지된다.

• 플런저(plunger)의 작용

• 거버너(governor) – 속도 조절기

• 분사시기 조절기분사시기 조절기

타이머

연료분사 펌프의 플런져가 연료압송을 시작

타이머

연료분사 펌프의 플런져가 연료압송을 시작한후 실제로 분사가 시작될때 까지는 분사 지연시간이 존재한다. 그 이유는 플런져 압송에의한 압력파가 노즐에 전달되는 시간과 압력의한 압력파가 노즐에 전달되는 시간과 압력이 노즐개변압력에 도달하는데 시간이 걸리기 때문이다. 분사지연은 엔진회전수가 높아지거나 분사관의 길이가 길어지면은 증가하기 때문에 분사시기의 정확한 제어를 위해서는 압송개시 시기를 빠르게 할 필요가 있으며타이머가 이 기능을 담당한다. 즉 엔진과 분사펌프의 구동축간의 위상차를 두어 회전속도가 빨라지면 분사시기를 빠르게 하고 회전도가 빨라지면 분사시기를 빠르게 하고 회전속도가 떨어지면 분사시기를 늦추는 작용을한다.

거버너거버너

엔진은 부하변동에 관계없이 안정된 회전수를 유지하는것이 필요하다. 디젤엔진의 경우 흡입공기량이 엔진 회전수와 관계없이 거의 일정하기 때문에 발생토크의 특성은 분사량의 특성에 의해 결정되며 거버너는 연료분사펌프 본체의 분사량 조절기구(연료펌프의 콘트롤랙)와 연프 본체의 분사량 조절기구(연료펌프의 콘트롤랙)와 연결되어 회전수와 부하에 따라 분사량을 제어하는 기능을한다한다. 현재 사용되고 잇는 자동차용 기계식 거버너에는 중간속도 제어특성이 다른 최고최저속도 제어식 거버너(Maximum-Minimum speed Governer)와 올스피드거버너 (All speed Governer)2종류가 있다.

거버너

최고최저속도 제어식 거버너(Maximum-Minimum speed Governer)

거버너

고저속 거버너라고 하며 주로 대형엔진에 쓰인다. 이 거버너의 중간회전수 영역은 직접 외부에서 컨트롤 랙으로 제어되며 거버너는 컨트롤 랙 위치를 제어하지 않는다. 정속 주행중 가속을 하기 위하여 엑셀롤 랙 위치를 제어하지 않는다. 정속 주행중 가속을 하기 위하여 엑셀을 밟아도 엑셀개도에 맟춘 부분부하 토크내에서만 가속되며 올스피드제어식 거버너와 같은 가속을 얻기 위해서는 엑셀을 전부하 위치까지밟을 필요가 있기 때문에 가속응답성이 나쁘다밟을 필요가 있기 때문에 가속응답성이 나쁘다.

올스피드거버너 (All speed Governer) 중간 회전수 영역에서도 회전수를 제어하며 부하가 변동해도 같은 회중간 회전수 영역에서도 회전수를 제어하며 부하가 변동해도 같은 회

전수를 일정하게 유지할 필요가 있는 건설 기계나 특장차 그리고 자동차용 중.소형엔진에도 널리 사용된다. 이 형식은 전부하 분사량 특성이자유도가 많은 캠기구(T )에 의해 결정되고 엑셀페달에 거버자유도가 많은 캠기구(Torque cam)에 의해 결정되고 엑셀페달에 거버너 스프링의 반력이 직접 작용하지 않도록 되어 있어 운전성 측면에서우수하고 정속 주행중 가속응답성이 좋지만 속도 변동율을 너무 작게하면 엑셀조작이 민감해지고 가속시 쇼크가 커진다.

연료분사밸브연료분사밸브

분사노즐의 종류

홀형노즐

분사노즐의 종류

홀형노즐시트 하부에 섹(Sec)이라고 부르는 공간이 있고 이 섹을 중심으로 여

러개의 분사구멍이 가공되며, 직분엔진에 사용된다. 엔진성능과 매칭되도록 분사구멍의 직경 각도 및 니들 리프트를 변경시킨다도록 분사구멍의 직경, 각도 및 니들 리프트를 변경시킨다.

핀형노즐시트아래에 분사구멍이 하나있고 니들 끝모양에 따라서 핀틀형과 스

로틀형이 있다. 이 형상에 따라서 분무의 퍼짐각이나 분사구멍의 면적이 바뀌며 주로 와류실식에 사용된다.

홀(HOLE)형노즐( )

1

1.연료흡입구2.필터3.연료리턴통로

2

3

4.조정심5.압력스프링6.노즐홀더바디

4

56

7.압력스핀들8.노즐바디9.니들밸브

6

7

88

9

핀틀(PINTLE)형노즐핀틀(PINTLE)형노즐

1.인젝션펌프에서연료공급2.필터

1

7 2.필터3.밸브홀더바디4.고압력의연료통로5.중간슬리브2

8

7

6.너트7.연료라인8.연료리턴컨넥터

4

3

9

9.압력조정실10.압력스프링11.압력스핀들5

1211

10

12.핀틀노즐

6 12

스로틀(THROTTLE)형노즐스로틀(THROTTLE)형노즐

완전개방 개방초기 개방전

디젤엔진 연료 분사조건디젤엔진 연 분사 건

디젤엔진의 연소는 발화지연을 짧게하고 가능한 한 완전 연소시켜흑연과 악취를 방지해야 하지만 혼합기의 생성에 허용되는 기간은연료분사후 10~15CA로서 가솔린에 비해 매우 짧다 이 기간 내에연료분사후 10 15CA로서 가솔린에 비해 매우 짧다. 이 기간 내에기화, 혼합, 가열 및 예비반응을 완료하지 않으면 안되므로 연료분사에는 다음조건이 요구된다.

1) 무화(Atomization) 100~1,000바의 고압으로 압축된 연료를 미소한 구멍을 통해 분사

하면 연료입자는 최대 수백 / 의 고속으로 공기분자와 충돌하여하면 연료입자는 최대 수백m/sec의 고속으로 공기분자와 충돌하여분쇄되고 1~100um의 미립자로 되어 연소실 내로 비산된다. 이 입자가 작을 수록 무화가 잘 되었다고 하며, 총 표면적이 커지기에 기화가 잘되고 산소와의 반응도 월등히 쉬워지므로 무화는 발화 및 완전연소의 필요조건중의 하나가 된다.

2) 관철성(Penetration) 양호하게 무화가 되었더라도 협소한 공간 내에 밀집되어 있으면 완

전연소하기 어려우며, 반대로 입자가 고온의 공기중울 멀리까지 비하기 어려우며, 대 자가 의 공기중 리까지 비행해야만 순차적으로 새로운 공기와 접촉할 수 있어 전체적인 공기이용율을 높일 수가 있다. 따라서 분사된 입자는 도달거리가 클 것이 요구되며 이것을 관철성이라 한다 일반적으로 입자가 작을수록이 요구되며 이것을 관철성이라 한다. 일반적으로 입자가 작을수록운동량에 대한 공기의 저항이 크기 때문에 무화와 관철성은 양립시키기 어렵다.

3) 분포성(Distribution) 한 개의 분사밸브로부터 분사된 연료가 연소실 전체공간에 균일하

게 분포되기는 어렵기 때문에 가스유동의 도움을 받아야 하지만 분게 분포되기는 어렵기 때문에 가스유동의 도움을 받아야 하지만 분사만으로도 가능한 한 균일한 분포를 얻어질 수 있도록 하는 것이 바랍직하다.

디젤엔진 연소실디젤엔진 연소실

디젤엔진 연소실디젤엔진 연소실

– 디젤엔진 연소의 문제점 ; NOx 와 PM의 trade-off

– 디젤엔진 특유의 확산연소에 의해 이 두 성분을 동시에 저디젤엔진 특유의 확산연소에 의해 이 두 성분을 동시에 저감하는 것은 매우 어려운 문제이며, 결국 연료의 입자 크기를 최소화하고 신기 공급량을 최대화하여 연소율을 향상시키는 것이 유리함

– 연소실 구조에 의해 연료-공기 혼합 및 연소발생이 결정됨

– 리엔트런트 볼인피스톤(reentrant bowl-in-piston) 방식

압축 말기에 강한 와류를 발생시켜 연료-공기의 혼합을 촉진시키며 난류를 증가시켜 확산연소를 돕는다. 스월과 연료분사압를 적절히 조절하여 NOx 와 PM의 동시저감을 이룰 수 있다룰 수 있다

디젤엔진 연소실디젤엔진 연소실

고압연료분사고압연료분사

고압연료분사

– 연료입자의 미립화가 촉진되고 증발율이 증가하여 연소를 개선시키며, 확산연소율을 높여 PM이 감소함

분사시기를 지연시켜 제어– 분사시기를 지연시켜 제어하면 NOx저감도 가능함

저부하시 소음이 발생하며– 저부하시 소음이 발생하며, 저부하에서 높은 연료압을얻기 위한 동력손실이 발생얻기 위한 동력손실이 발생할 수 있다. 또한 고압누설에 의한 안전성 문제도 발분사압력 영향

생할 수 있다.

분사율제어분사율제어

– 고압연료분사로 인해 점화지연기간의 연료분사량이 증가하여 폭발적인 연소가 발생하고 소음 및 NOx 배출이증가함

– 분사율 특성을 바꾸거나 급속종료기법을 적용하여 문제를 해결

분사율 제어 운전조건에 따른 최적 분사형태

전자제어전자제어

전자제어전자제어

– 연료분사량 및 연료분사시기 등 제어요분사시기 등 제어요소가 증가함에 따라기존의 기계적 방식기존의 기계적 방식에서 전자제어에 의한 디젤엔진 구동이필요하게 됨

– 최적 분사시기 조절, 엔진의 답속 향엔진의 응답속도 향상 등이 가능해짐

분무개선분무개선

– 노즐의 분사공을 개선하여 분무미립화를 촉진시킴노즐의 분사공을 개선하여 분무미립화를 촉진시킴

– 급속연소에 의한 PM 감소 및 벽면소염에 의한 HC 감소

– Sac 체적을 감소시켜 후적연료의 미연소를 줄이고 있음Sac 체적을 감소시켜 후적연료의 미연소를 줄이고 있음

Sac volume 감소 방식

디젤엔진 연료분사 신기술디젤엔진 연료분사 신기술

EUI (Electronic Unit Injector)EUI (Electronic Unit Injector)

– 독자적인 연료인젝터가 연소실에 설치되어 각각 고압을 발생시켜분사하며, 전자식 솔레노이드에 의해 노즐 제어가 이루어짐

– 미국을 중심으로 이미 상용화되어 사용되고 있어나, 새로운 엔진과의 호완성, 저속시 불충분한 분사압력, 기통간의 불균일 작동및 펌프구동을 위한 과도한 동력손실의 문제점이 있음.

Commonrail

– 연료의 고압을 저장하는 공간인 commonrail에서 전자제어 인젝터를 통해 연소실에 연료가 공급되는 시스템으로 엔진 작동에 관터를 통해 연소실에 연료가 공급되는 시스템으로, 엔진 작동에 관계없이 고압의 연료를 최적제어할 수 있으며, 전자제어가 가능함

TICS(Timing Injection Control System)g j y

– 고압보다 분사시기 및 분사율제어에 초점을 맞추어 전자식 엑추에이터를 이용하여 플런저를 이동하여 연료분사를 부하와 회전수에 맞추어 조절하게 한다에 맞추어 조절하게 한다.

유닛인젝터유닛인젝터

기존의 기계식 펌프 파이프 노즐이기존의 기계식 펌프, 파이프, 노즐이하나로 구성되어 있으며 연료분사압력도 초고압이 가능하며 전자제어유닛에도 초고압이 가능하며, 전자제어유닛에의해 엔진의 작동을 감지하여 운전조건에 맞는 연료량과 분사시기를 제어하여질소산화물 및 입자성물질을 절감할 수가 있다

커먼레일커먼레일

일반적인 연료분사계가 현재까지의 디젤엔진 연료 분사시스템

펌 와 계식인은주로 로터리 펌프와 기계식인젝터 또는 유닛인젝터를 사용하였으나 전자제어기술의 발달로였으나 전자제어기술의 발달로가솔린엔진의 연료 분사시스템과 같은 시스템을 디젤엔진에 적용하여 연료분사압력, 분사율, 분사시기가 각기 독립적으로 제어가 가능하도록 되어 연비 성능어가 가능하도록 되어 연비,성능뿐 아니라 배출가스 저감에도 획기적인 기반을 마련하였다기적인 기반을 마련하였다.

커먼레일 엔진이란?

고압 연료 저장장치인 커먼 레일(Common Rail)에 연료를 저장해 일

커먼레일 엔진이란?

정 압력 이상의 고압에서 연료를 분사하는 방식으로 피스톤 상단부의연소실로 초고압(1,350bar)의 연료를 직접분사해 연소하는 디젤엔진.일반 직분사 디젤엔진은 매번 그리고 모든 분사 싸이클 마다 압력을일반 직분사 디젤엔진은 매번 그리고 모든 분사 싸이클 마다 압력을

다시 발생시켜야 하는 반면 커먼레일 엔진은 분사순서에 관계없이 항상 일정한 압력을 유지이 압력은 연료라인을 따라 일정하게 유지되어 있다 엔진의 전자 타이 압력은 연료라인을 따라 일정하게 유지되어 있다. 엔진의 전자 타

이밍은 엔진속도와 부하에 따라 분사압력을 조정한다. 전자제어유닛은캠 및 크랭크 센서로 부터 얻어진 데이타를 근거로 분사압력을 필요에따라 정밀하게 재 조정하여 압축과 분사를 각각 독립적으로 발생할 수따라 정밀하게 재 조정하여 압축과 분사를 각각 독립적으로 발생할 수있게 한다. 이 기술은 필요에 따라 연료를 분사할 수 있게 허용하기에연료와 배출가스를 저감할 수 있음. 이를 위하여는 1350b 이상의 분사압력을 유지하기 위해 특수한 연이를 위하여는 1350bar 이상의 분사압력을 유지하기 위해 특수한 연

소실을 필요로 한다. 이에 커먼 연료레일이 도입된 것.연료의 분사시기와 양을 조정하는 고속 솔레노이드 밸브의 끝단에 4개의 분사노즐이 연결되어 있음.

마이크로 컴퓨터는 밸브가 오픈하는 시간을 조정하며 즉마이크로 컴퓨터는 밸브가 오픈하는 시간을 조정하며 즉, 엔진의 작동조건에 따라 분사되는 연료의 양과 얼마나 많은 출력이 필요한지를 결정한다. 솔레노이드밸브가 닫히는은 출력이 필요한지를 결정한다. 솔레노이드밸브가 닫히는순간 연료분사는 그 즉시 중단한다. 디젤 연료 분사장치의 고압화는 직접분사 소형 디젤엔진에서 양질의 혼합기 형성에 중요한 요소로 매연 저감에 기여하며 전자화를 통해 연료분사 시기를 제어함으로써 엔진운전 영역에서 기존의 기계식 연료분사 장치보다 높은 자운전 영역에서 기존의 기계식 연료분사 장치보다 높은 자유도를 확보할 수 있게 되었다. 이에 따라 최적의 분사시기의 분사량의 조절이 가능하며 동일한 출력성능 아래에서의 분사량의 조절이 가능하며 동일한 출력성능 아래에서상관관계가 있는 NOx(질소산화물)와 PM(입자상 물질, 흑연)을 줄일 수 있게 되었다.

커먼레일의 구성요소

고압펌프(Q tit t ll d hi h )

커먼레일의 구성요소

고압펌프(Quantity-controlled high-pressure pump) 커먼레일(Common rail) 압력조정밸브(Pressure-control valve) 압력센서(Pressure sensor) 인젝터(Injectors) 전자제어 유닛(ECU) ( )기타 센서와 액튜에이터(Further sensors and actuators )

Injector: 각각의 실린더에 pilot 및 post분사 가능Rail: 제 1세대에서 1350bar, 제 2세대에서 1600bar 까지 축압 가능한 분사전 저장소High pressure pump: Rail로 연료 공급 하는 고압 펌프ECU: 엔진 운영 및 차essure pump: Rail로 연료 공급 하는 고압 펌프ECU: 엔진 운영 및 차량의 기능 통제 및 수행Sensors: 공기질량 (HFM5), 엔진속도 (회전수), 캠축, 온도를 통한 운전자 요구 수행 등의 측정을 위한 주요 센서들

커먼레일의 장점

배출가스의 감소

커먼레일의 장점

배출가스의 감소커먼레일 장치는 분사연료를 완전연소에 가깝게 소모시켜 각종 유해 배출가스를 억제할 수 있다.동일 NOx 수준을 유지하면서 CO2 20% CO 40% HC 50% & 입자상동일 NOx 수준을 유지하면서 CO2 20%, CO 40%, HC 50% & 입자상배출물을 60% 까지 줄일수 있고, EURO III & US98를 만족하기 위하여 메인 인젝터 전/후에 분사를 함으로 인하여 NOx를 줄일수있다.

연비향상기존의 로타리 펌프를 사용하는 엔진에 비하여 A/F를 최대화하여 20% 정 의 연비향상을 이 수 있다정도의 연비향상을 이룰수 있다.

성능 향상분사압력은 엔진속도 및 부하 조건과 무관하기에 저속에서 부하가 많이걸릴때는 고 분사압력가 가능하므로 기존에 사용되는 일반적인 디젤엔진보다 저속에서 토크 50% 향상 및 출력 25%의 증가를 얻어낼수 있음.진 다 저속에서 50% 향상 및 출력 25%의 증가를 얻어낼수 있음.

운전성 향상지금까지 디젤엔진의 특징이라고 불리우던 진동,소음을 파이롯트 분사의 도입으로 인하여 획기적으로 줄임으로서 운전하는데 보다나은안락감을 얻을수 있으며, 가솔린 엔진과 같은 느낌을 받을수 있음. 컴팩트한 설계 & 경량화컴팩트한 설계 & 경량화인젝터를 컴팩트화 하여 2밸브 및 4밸브 적용가능하며 기존의 디젤엔진에 비하여 약 20Kg의 중량절감이 된다.

모듈화 시스템전자적으로 각 엔진 실린더별로분사가 가능하므로 시스템이 모듈화가가능하며 3 4 5 6 실린더 엔진의 적용이 가능하다 엔진의 큰 변경없가능하며 3,4,5,6 실린더 엔진의 적용이 가능하다. 엔진의 큰 변경없이 컨벤셔널한 인젝션 장착을 커먼레일 시스템으로 대체가능하다.

Commonrail SystemCommonrail System

흡/배기흡/배기

• 엔진을 작동시키기 위해서 실린더 안에 혼합기를 흡입하기 위한• 엔진을 작동시키기 위해서 실린더 안에 혼합기를 흡입하기 위한공기청정기, 인젝트 및 흡기 매니폴드가 있고, 또 혼합기가 연소한 후 그 연소가스를 외부로 배출하기 위한 배기 매니폴드, 배기파이프 3원촉매 및 소음기로 구성되어 있다파이프, 3원촉매 및 소음기로 구성되어 있다.

흡기장치흡기장치

• 공기중의 먼지 등을 제거하는• 공기중의 먼지 등을 제거하는에어클리너(air cleaner)와 혼합기를 실린더에 배분하는 흡합기를 실린더에 배분하는 흡기 매니폴드(intake manifold)로 구성로 구성

배기장치(exhaust system)배기장치(exhaust system)

배기 매니폴드• 배기 매니폴드(exhaust manifold)

• 배기관 (exhaust pipe)

• 머플러 (muffler, silencer)silencer)

• 촉매컨버터 – CO, HC, NOx를 동시에저감시키는 기능저감시키는 기능

• 3원촉매(catalytic converter rhodium,converter rhodium, CCRO)

과급(過給)과급(過給)

출력을 향상시키는 수단으로 과급을 행함.가솔린 엔진 – 노크방지장치와 함께 사용디젤 엔진 – 압축압력이 높게 되어 반대로 노크를방지한다방지한다.

과급시스템

– 흡입공기를 압축하여 연소실에 공급함으로서 엔진의 출력을 증가시키는 기술로, 배기에너지로 배기터빈을 구동시켜 얻은 힘으로공기를 압축시키는 터보과급이 많이 사용됨공기를 압축시키는 터보과급이 많이 사용됨

– 고부하 영역에서 연비향상 및 PM감소에 큰 역할을 하나, 저속에서는 배기에너지의 회수가 적어 매연이 증가할 수도 있음

엔진 가속시 흡배기의 속 및 터 과 기의 관성에 의해 기– 엔진 급가속시 흡배기의 유속 및 터보과급기의 관성에 의해 공기압축이 늦어져 공기공급량이 엔진가속을 따르지 못하는 응답성지연(Turbo lag)이 발생할 수 있으며, 디젤에 비해 가솔린엔진에서심하게 나타남

– 웨이스트게이트를 부착하여 급기압력이 과대해지는 것을 막거나배기터빈 입구면적을 변화시키는 가변용량방식 관성을 줄이기배기터빈 입구면적을 변화시키는 가변용량방식, 관성을 줄이기위한 세라믹과급기, 마찰을 줄이기 위한 볼베어링방식, 트윈과급기, 시켄셜과급기 등이 있으며, 압축시의 공기온도 상승을 줄여주는 인터쿨러를 부착하는 경우도 있음는 인터쿨러를 부착하는 경우도 있음

과급기과급기• 엔진의 크기를 늘리지 않고 회전수를 높이지 않고 엔진의

출력을 향상시키기 위함출력을 향상시키기 위함• 기계 구동식 과급기(mechanically drive super charger) • 배기터빈 구동식 과급기(exhaust turbine drive super배기터빈 구동식 과급기(exhaust turbine drive super

charger)

과급시스템과급시스템

인터쿨러(inter cooler)인터쿨러(inter cooler)

배기가스 재순환배기가스 재순환

EGR(Exhaust Gas Recirculation)

– 배기가스의 일부를 연소실에 다시 주입하여 연소실 내의 연소가스 온도상승을 억제하고 공기과잉율을 낮추어 NOx 생성을 억제

가솔린엔진 EGR은 연료 공기– 가솔린엔진 EGR은 연료-공기혼합기에 배기가스가 균일하게 혼합되어 연소온도를 낮추게 혼합되어 연소온도를 낮추는 효과가 강한 데 비해, 디젤엔진 EGR은 불균일 혼합되므로 연소가스의 온도를 낮추는효과보다는 공기의 산소 농도를 저감시키는 효과가 강함를 저감시키는 효과가 강함

배기가스 재순환배기가스 재순환

배기가스 재순환배기가스 재순환

EGR의 영향

– 산화성분 및 매연이 과도하지 않은 범위에서EGR율을 정함

– 정밀제어 및 신속한 작동을 위한 전자제어식EGR을 이용하여 엔진의 작동 상태에 따라 EGR율을 변화시키기도 함율을 변화시키기도 함

배기가스 재순환배기가스 재순환

저압루트방식 ; 고압루트방식 ;

High pressure system (AVL Ventury)Low pressure system

저압루트방식 ;넓은 작동영역에서 사용가능

고압루트방식 ;압축기와 인터쿨러에 무리가 없음

압축기 및 인터쿨러의 내구성 및 압축공기 고온화 우려

고부하영역에서 작동하지않아 강제적인 펌프가 필요

디젤 배기가스 저감기술디젤 배기가스 저감기술NOx와 PM의 trade-off

– 고압연료분사, 연료분사압 제어, 분사율제어, 분무미립화 등을 통해 확산연소기간을 짧게 하여PM을 저감하며 연소온도를 낮추어 NO 를 줄이PM을 저감하며 연소온도를 낮추어 NOx 를 줄이는 기법이 사용됨

연소개선에 의한 배출가스저감 기본원리

디젤 배기가스 저감기술디젤 배기가스 저감기술

디젤 배기가스 저감기술디젤 배기가스 저감기술

분사계 배출가스 저감 기본기술사계 배출가 저 기 기술

PM과 NOx를 저감하기 위한 경유엔진 연료분사시스템에서의 접급방향은 다음의 가지로 분류할 수 있다에서의 접급방향은 다음의 4가지로 분류할 수 있다.

• 고압연료분사

• 분사율 제어

전자제어• 전자제어

• 분무개선