고압-연료펌프는 연료를 공용연료공급관으로 전달하며, 연료분사장치를 제어하여 연료가 실린더에 직접 분사됩니다. 고압-커먼 레일은 분사 과정과 오일 압력 생성을 완전히 분리하여 연료 공급 압력이 엔진 속도의 영향을 받지 않도록 합니다.
장점
고압-커먼 레일 시스템의 연료 분사 압력은 유연하게 조정 가능합니다. 다양한 작업 조건에 필요한 최적의 분사 압력을 결정할 수 있어 디젤 엔진의 종합적인 성능을 최적화할 수 있습니다.
2. 연료 분사 시기를 독립적이고 유연하게 제어할 수 있습니다. 높은 분사 압력(120MPa~200MPa)과 결합되어 배출 요구 사항을 충족하기 위해 상대적으로 작은 범위 내에서 NOx와 입자상 물질(PM)을 동시에 제어할 수 있습니다.
3. 연료 분사율 변경을 유연하게 제어하면 이상적인 연료 분사 패턴을 얻을 수 있어 사전 분사 및 다중 분사를 쉽게 구현할 수 있습니다-. 이는 디젤 엔진의 NOx를 감소시킬 뿐만 아니라 탁월한 출력 성능과 경제성을 보장합니다.
4. 연료 분사는 전자기 밸브에 의해 제어되며 제어 정확도가 높습니다. 고압 연료 회로에는 기포가 없거나 잔압이 0입니다.- 따라서, 디젤 엔진의 작동 범위 내에서는 순환 연료 분사량의 변화가 작고, 각 실린더에 대한 연료 공급의 불균일성을 개선할 수 있어 디젤 엔진의 진동을 감소시키고 배기가스 배출을 줄일 수 있다.
기술 요약
디젤 엔진에서는 고속-작동으로 인해 디젤 분사 과정이 수천 분의 1초밖에 걸리지 않습니다. 실험을 통해 고압 오일 파이프의 여러 지점의 압력이 주입 과정 중 시간과 위치에 따라 변한다는 것이 입증되었습니다. 디젤의 압축성과 고압 연료관 내 디젤의 압력 변동으로 인해 실제 연료 분사 상태는 연료 분사 펌프에서 지정한 플런저 연료 공급 규칙과 크게 다릅니다.
때로는 주 분사 후 연료 파이프의 압력 변동으로 인해 고압 연료 파이프의 압력이 다시 상승하여 연료 분사기의 니들 밸브가 열리는 압력에 도달할 수 있습니다. 이로 인해 이미 닫혀 있던 니들밸브가 다시 열리게 되어 2차 연료분사 현상이 발생하게 됩니다. 2차 연료분사는 완전히 연소되지 못하기 때문에 매연과 탄화수소(HC) 배출이 증가하고, 연료 소모도 늘어나게 된다. 또한, 매 분사 주기마다 고압 오일 파이프의 잔압이 변화하여 분사가 불안정해지는 원인이 됩니다. 이 현상은 특히 낮은-속도 범위에서 발생할 가능성이 높습니다. 심한 경우에는 연료 분사가 고르지 않을 뿐만 아니라 간헐적으로 연료 분사가 되지 않는- 현상도 발생할 수 있습니다. 디젤 엔진의 연료 압력 변동 문제를 해결하기 위해 최신 디젤 엔진은 커먼 레일이라는 기술을 채택합니다.
고압 커먼레일 기술은 고압 연료 펌프, 압력 센서, ECU로 구성된 폐-루프 시스템에서 분사 압력 생성과 분사 과정이 완전히 분리되는 연료 공급 방식을 의미합니다. 고압-연료 펌프는 고압 연료를 공용 연료 공급 파이프에 전달하고, 공용 연료 공급 파이프의 오일 압력을 정밀하게 제어하여 고압 연료 파이프의 압력을 엔진 속도에 독립적으로 만듭니다.- 이는 엔진 속도에 따른 디젤 엔진 연료 공급 압력의 변화를 크게 줄여 기존 디젤 엔진의 결함을 줄일 수 있습니다. ECU는 연료분사기의 연료분사량을 제어합니다. 연료 분사량의 크기는 연료 레일(공통 연료 공급관)의 압력과 솔레노이드 밸브가 열리는 시간에 따라 달라집니다.
기술원리
고압-커먼레일 시스템은 주로 전자 제어 장치, 고압 오일 펌프, 어큐뮬레이터(커먼 레일 파이프), 전자 제어 연료 인젝터, 각종 센서 등으로 구성됩니다. 저압 연료 펌프는 고압 연료 펌프에 연료를 공급합니다.- 고압-연료 펌프는 연료를 가압하여 고압 연료 레일(어큐뮬레이터)로 보냅니다.- 고압 연료 레일의 압력은 연료 레일 압력 센서에 의해 측정된 연료 레일 압력을 기반으로 필요에 따라 전자 제어 장치에 의해 조정됩니다. 고압 연료 레일의 연료는 고압-오일 파이프를 통과합니다. 장비의 작동 상태에 따라 적절한 연료 분사 시기와 지속 시간은 전자 제어 장치에 의해 결정됩니다. 연료는 전기유압식으로 제어되는 전자 연료 분사 장치에 의해 실린더에 분사됩니다.
1. 고압-압력 오일 펌프
고압 연료 펌프의 연료 공급량에 대한 설계 기준은 어떤 상황에서도 디젤 엔진의 연료 분사량과 제어되는 연료량의 합과 시동 및 가속 시 연료량 변화에 대한 요구를 충족시키는 것입니다. 커먼레일 시스템의 연료분사압력 생성은 연료분사 과정과 무관하고, 연료분사 시기는 고압 연료펌프의 CAM에 의해 보장되지 않으므로, 고압 연료펌프의 압력 CAM은 최저 피크 토크, 최저 접촉 응력, 최고 내마모성의 설계 원칙에 따라 설계될 수 있다.
대부분의 회사는 최대 135MPa의 압력을 생성하기 위해 디젤 엔진으로 구동되는 3개의-실린더 방사형 피스톤 펌프를 사용합니다. 이 고압{3}}오일 펌프는 각 유압 장치에 여러 개의 유압 캠을 채택하여 최대 토크를 기존 고압 오일 펌프의 1/9로 줄입니다.- 부하도 비교적 균일하고 작동 소음도 줄어듭니다. 이 시스템의 고압 커먼 레일 캐비티의 압력 제어는 커먼 레일 캐비티에서 연료를 배출함으로써 달성됩니다. 동력 손실을 줄이기 위해 연료 분사량이 작을 때 3{11}}기통 레이디얼 플런저 펌프의 연료 압력 장치 중 하나가 차단되어 연료 공급이 감소합니다.
2. 고압-압력 오일 레일(커먼 레일 파이프)
커먼 레일 파이프는 연료 공급 펌프에서 제공되는 고압 연료를 각 인젝터에 분배하여 어큐뮬레이터 역할을 합니다.- 그 부피는 고압 연료 펌프의 연료 공급 압력 변동과 각 인젝터의 연료 분사 과정에서 발생하는 압력 진동을 줄여 고압 연료 레일의 압력 변동을 5MPa 미만으로 유지해야 합니다.- 그러나 커먼 레일이 디젤 엔진 작동 조건의 변화를 신속하게 추적할 수 있을 만큼 충분한 압력 반응 속도를 갖도록 하기에는 그 부피가 너무 커서는 안 됩니다.
압력 센서, 액체 흐름 버퍼(전류 제한기) 및 압력 제한기도 고압 커먼 레일 파이프에 설치됩니다.- 압력 센서는 고압 오일 레일의 압력 신호를 ECU에 제공합니다.- 유체 흐름 버퍼(유량 제한기) wechat Jiachatong Interconnection Shenzhen은 연료 분사기에서 연료 누출 결함이 발생할 때 연료 분사기로의 연료 공급이 차단되도록 보장하고 커먼 레일 및 고압 연료 라인의 압력 변동을 줄일 수도 있습니다.{4}} 압력 제한기는 고압 오일 레일에 비정상적인 압력이 발생할 때 고압 오일 레일의 압력이 신속하게 해제되도록 보장합니다.-
3. 전자 제어식 연료 분사 장치
전자 제어식 연료 분사 장치는 커먼 레일 연료 시스템에서 가장 중요하고 복잡한 구성 요소입니다. 그 기능은 ECU에서 보낸 제어 신호를 기반으로 솔레노이드 밸브의 개폐를 제어하여 고압 연료 레일의 연료를 최적의 분사 시기, 분사량 및 분사율로 디젤 엔진의 연소실에 분사하는 것입니다.
소정의 연료분사 형상을 달성하기 위해서는 연료분사기의 합리적이고 최적화된 설계가 요구된다. 제어실의 부피는 니들 밸브가 열릴 때의 감도를 결정합니다. 제어실의 부피가 너무 크면 니들 밸브가 연료 분사 종료 시 연료 공급을 신속하게 차단할 수 없어 후기 단계에서 연료의 분무화가 제대로 이루어지지 않습니다. 제어실의 부피가 너무 작아서 니들 밸브에 충분한 유효 스트로크를 제공할 수 없어 주입 과정에서 흐름 저항이 증가합니다. 따라서 제어실의 용적도 모델의 최대 연료 분사량을 기준으로 합리적으로 선택되어야 합니다.
또한, 연료분사기의 최소 연료분사압력은 복귀연료체적홀과 흡입연료체적홀의 유량 및 제어피스톤 단면적에 따라 결정된다. 연료 주입구, 연료 복귀 구멍 및 제어실의 구조적 치수를 결정한 후 연료 분사기 니들 밸브가 완전히 열리도록 안정적이고 최단 시간에 연료 분사 과정을 결정하는 동시에 연료 분사기의 안정적인 최소 연료 분사량이 결정됩니다. 제어실의 부피를 줄이면 니들 밸브의 반응 속도가 빨라지고 연료 온도가 노즐의 연료 분사량에 미치는 영향을 최소화할 수 있습니다.
하지만 상황실의 볼륨을 무제한으로 줄일 수는 없습니다. 니들 밸브를 완전히 열려면 연료 분사기 니들 밸브의 리프트를 보장할 수 있어야 합니다. 두 개의 제어 구멍은 제어실의 동적 압력을 결정하고, 이는 다시 니들 밸브의 이동 법칙을 결정합니다. 이 두 구멍의 유량 계수를 주의 깊게 조정함으로써 이상적인 연료 분사 법칙이 생성될 수 있습니다.
고압 커먼레일 분사 시스템은 분사 압력이 매우 높기 때문에-연료 분사기의 노즐 구멍 단면적이 매우 작습니다. 예를 들어 BOSCH사의 연료 인젝터의 노즐 구멍 직경은 0.169mm×6입니다. 이렇게 작은 노즐 구멍 직경과 높은 분사 압력 하에서는 연료 흐름이 매우 불안정한 상태에 있으며, 연료 빔의 스프레이 콘 각도가 커지고 연료 분무가 더 좋아지지만 침투 거리가 감소했습니다. 따라서 최상의 연소과정을 보장하기 위해서는 원래의 디젤 엔진 흡입 공기의 와류 강도와 연소실 구조의 형태를 변경해야 합니다.
연료 인젝터 솔레노이드 밸브의 경우, 커먼레일 시스템에서는 충분한 개방 속도가 요구되며, 사전 분사가 디젤 엔진의 성능 향상을 위한 중요한 분사 방법이라는 점을 고려하면 제어 솔레노이드 밸브의 응답 시간은 더욱 단축되어야 합니다.
4. 고압-압유관
고압{0}}연료 파이프는 커먼 레일 파이프와 전자 제어식 연료 분사 장치를 연결하는 채널입니다. 연료 흐름 중 압력 강하를 줄이고 고압 파이프라인 시스템의 압력 변동을 최소화하려면 연료 흐름이 충분해야 합니다. 고압 연료의 충격을 견딜 수 있어야 하며 커먼 레일의 압력은 시동 중에 신속하게 설정되어야 합니다. 디젤 엔진의 각 인젝터의 연료 분사 압력이 동일하도록 각 실린더의 고압 연료 파이프 길이를 최대한 동일하게 하여 엔진 실린더 간 연료 분사량의 편차를 줄여야 합니다. 심천에서는 커먼 레일에서 연료 분사 장치까지의 압력 손실을 최소화하기 위해 고압 오일 파이프가 최대한 짧아야 합니다. BOSCH Company의 고압 오일 파이프의 외경은 6mm이고 내경은 2.4mm입니다. 일본 Denso Company의 고압 오일 파이프의 외경은 8mm이고 내경은 3mm입니다.
커먼레일 캐비티의 높은 압력은 분사에 직접 사용되므로 연료 분사기 내에 부스터 메커니즘이 필요하지 않습니다. 더욱이, 커먼레일 캐비티는 지속적으로 높은 압력을 받고 있으며, 고압 오일 펌프에 필요한 구동 토크는 기존 오일 펌프보다 훨씬 작습니다.
고압 오일 펌프의 압력 조절 솔레노이드 밸브를 통해 커먼 레일 캐비티의 오일 압력은 엔진 부하 조건은 물론 경제성 및 배기가스 배출 요구 사항에 따라 유연하게 조정될 수 있으며, 특히 엔진의 저속 성능을 최적화할 수 있습니다.-
분사 시기, 연료 분사량, 분사 속도는 연료 분사 장치의 솔레노이드 밸브에 의해 제어됩니다. 다양한 작업 조건에서 사전{1}}분사 및 사후-분사의 연료 분사량과 주 분사 간격도 유연하게 조정할 수 있습니다.
고압-커먼 레일 시스템은 고압 오일 펌프, 커먼 레일 캐비티 및 고압 오일 파이프, 연료 분사 장치, 전기 제어 장치, 다양한 센서 및 액추에이터 등 5개 부품으로 구성됩니다. 연료 공급 펌프는 연료 탱크에서 고압 연료 펌프의 연료 흡입구로 연료를 펌핑합니다. 엔진에 의해 구동되는 고압 연료 펌프는 연료를 가압하여 커먼 레일 캐비티로 보냅니다. 그러면 솔레노이드 밸브는 각 실린더의 연료 분사기를 제어하여 해당 시간에 연료를 분사합니다.
선분사란 주분사 전에 소량의 연료를 실린더에 주입하는 공정을 말하며, 실린더 내에서 선혼합 또는 부분 연소가 발생하여 주분사의 점화 지연 기간을 단축시키는 방식을 말합니다. 이러한 방식으로 실린더 압력의 증가율과 최고 압력이 모두 감소하여 엔진 작동이 더욱 완만해집니다. 동시에, 실린더 온도의 감소는 NOx 배출 감소로 이어진다. 사전-분사는 실화 가능성을 줄이고 고압 커먼 레일 시스템의 냉간 시동 성능을 향상시킬 수도 있습니다.-
주 분사 초기에 분사량을 줄이면 점화 지연 기간 동안 실린더에 분사되는 오일의 양도 감소할 수 있습니다. 주분사 중간 단계에서 분사율을 높이면 분사 시간이 단축되어 느린-연소 기간이 줄어들고, 엔진의 보다 효과적인 크랭크샤프트 각도 범위 내에서 연소가 완료될 수 있어 출력이 향상되고, 연료 소비가 감소하며, 그을음 배출이 감소됩니다. 주 분사 종료 시 신속한 연료 차단-으로 연료의 불완전 연소를 줄이고 연기 및 탄화수소 배출을 줄일 수 있습니다.
확장 읽기:
디젤 커먼레일 시스템은 3세대에 걸쳐 개발되었으며 강력한 기술적 잠재력을 갖고 있습니다. 1세대-커먼 레일 고압-압력 펌프는 항상 최고 압력으로 유지되어 에너지 낭비와 매우 높은 연료 온도를 초래했습니다. 2세대는 엔진 요구 사항에 따라 출력 압력을 조정할 수 있으며 사전-분사 및 사후-분사 기능을 모두 갖추고 있습니다. 사전 분사는 엔진 소음을 감소시킵니다. 주 분사 전 100만분의 1초 이내에 압축 점화를 위해 소량의 연료가 실린더에 분사되어 연소실을 예열합니다. 예열된 실린더는 주 분사 후 압축 점화를 더 쉽게 만듭니다. 실린더 내부의 압력과 온도가 더 이상 갑자기 증가하지 않아 연소 소음을 줄이는 데 도움이 됩니다. 팽창 과정에서 사후 분사가 발생하여 2차 연소가 발생하며, 이로 인해 실린더 내부 온도가 섭씨 200~250도 증가하고 배기가스의 탄화수소가 감소합니다.
강력한 기술적 잠재력으로 인해 오늘날 제조업체는 3세대 커먼 레일 시스템인 - 피에조 커먼 레일 시스템에 관심을 두고 있습니다. 압전 액츄에이터가 솔레노이드 밸브를 대체하여 보다 정밀한 분사 제어가 가능해졌습니다. 리턴 오일 파이프가 없으면 구조가 더 간단합니다. 압력은 200bar에서 2000bar까지 유연하게 조정할 수 있습니다. 최소 분사량을 0.5mm ³로 제어할 수 있어 연기와 NOX 배출을 줄입니다.
전자 제어는 컴퓨터에 의해 제어되는 연료 분사 시스템을 의미합니다. ECU(일반적으로 컴퓨터로 알려져 있음)는 각 연료 분사기의 연료 분사량과 타이밍을 정밀하게 제어하여 디젤 엔진의 연비와 출력 성능 간의 최상의 균형을 달성할 수 있습니다. 이에 비해 기존 디젤 엔진은 기계적으로 제어되기 때문에 제어 정확도를 보장할 수 없습니다. "고압"은 연료 분사 시스템 압력이 기존 디젤 엔진보다 3배 더 높아 최대 200MPa에 도달하는 것을 의미합니다(기존 디젤 엔진의 연료 분사 압력은 60~70MPa임). 고압은 더 나은 분무화 및 완전 연소를 보장하여 출력 성능을 향상시키고 궁극적으로 연료 절감을 달성합니다.
커먼레일은 공통연료공급파이프를 통해 각 인젝터에 동시에 연료를 공급한다. 연료 분사량은 ECU에서 정밀하게 계산되며, 각 인젝터에 동일한 질량과 압력의 연료가 동시에 공급되어 엔진이 보다 원활하게 작동되어 디젤 엔진의 전반적인 성능이 최적화됩니다. 이에 반해, 기존의 디젤 엔진은 각 실린더가 독립적으로 연료를 분사하고, 연료 분사량과 압력이 일관되지 않아 작동이 고르지 않고, 연소가 불안정하며, 소음이 심하고, 연료 소비가 높습니다.
현재 국내에서 제조되는 디젤엔진은 국제적으로 앞선 전자제어식 고압 커먼레일 기술을 탑재하고 있으며, 유럽과 미국 디젤엔진의 최신 핵심기술을 채택하고 있으며, 기존 터보차저 디젤엔진보다 월등히 우수합니다. 기존 터보차저 디젤엔진에 비해 연소효율은 8% 높고, 이산화탄소 배출량은 10% 낮으며, 소음은 15% 감소해 시끄럽고 검은 연기를 내뿜는 디젤엔진이라는 이미지를 완전히 바꿔놨다.