[EMS 알아가기] 3- 주유 된 연료는 어떻게 이동할까?

지난 시간까지 연료가 연소되기 위해 필요한 공기가 어떻게 흡입되는지, 연소된 후 배기가스가 어떻게 처리되어 차 밖으로 배출되는지 알아 보았습니다. 이번 글에서는 주유된 연료(Diesel)가 어떻게 연소실에 도착하게 되는지 정리해 보려고 합니다.

 

 

 

□ 연료 이동 경로(3세대 커먼레일 시스템 기준) 

 주유된 디젤(Diesel)이 실린더에 전달되기까지의 경로는 시스템에 따라 약간의 차이가 있습니다. 최근에는 커먼레일을 바탕으로한 CRDI(Common Rail Direct Injection)엔진이 주류를 이루고 있기에 커먼레일엔진을 기준으로 연료의 흐름에 대해 알아 보도록 하겠습니다. 

 

그런데 커먼레일이 무엇일까요? Common Rail이란 고압으로 연료를 저장하는 레일로 여러개의 인젝터와 공용으로 연결되어 있습니다. 아래의 그림과 같이 둥근 기둥과 같은 모양을 하고 있습니다. 

커먼레일

본론으로 돌아가서 연료흐름에 대해 얘기해 보도록 하겠습니다. 연료탱크에 저장되어 있는 연료는 아래 그림과 같이 먼저 저압펌프의 힘으로 연료필터를 통과하여 고압펌프로 전해지게 됩니다. 그리고 고압펌프에서 압력을 높여 커먼레일으로 보내지고 커먼레일에 고압으로 저장되어 있던 연료는 인젝터를 통해 실린더로 주입되고 됩니다. 

 

연료의 흐름

 

 

1. 연료를 일정 압력이하로 보관하는 연료탱크 

 

주유소에서 주유를 하게 되면 1차적으로 연료가 보관되는 곳이 연료탱크입니다. 연료가 보관되는 장소이기에 부식에 강한 재질로 만들어지게 되며, 과도한 압력을 방지하기 위해 플러그와 안전밸브가 설치되어 있습니다. 또한 연료의 양을 확인할 수 있게하는 연료레벨 센서도 있습니다. 

 

2. 저압연료펌프 

 

연료탱크에 보관된 연료를 연료필터를 거쳐 고압펌프까지 보내기 위해서 필요한 장치가 저압펌프입니다. 저압펌프는 구동방식에 따라 기계식과 전기식으로 나눌 수 있습니다. 많은 차량에 전기모터를 기반으로한 전기식 저압펌프가 장착되어 있으며,  전기식 저압펌프가 어떻게 그리고 어느정도의 유량을 이송시키는지 잘 알수 있는 영상이 있어 아래의 링크에 남깁니다. 

 

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3. 이물질과 수분을 필터링하는 연료필터

 

연료필터에서는 이물질과 수분을 제거하는 기능이 주역할입니다. 그리고 연료필터와 함께 연료가열장치 및 수분감지센서도 장착되어 있습니다. 연료가열장치는 기온이 낮을 때 (냉간주행) 연료를 가열하여 연료의 응고를 막아 시동성, 가속성, 내구성을 좋게하는 역할을 담당하고, 수분감지센서에서 수분을 감지하여 연료에 수분이 감지될 경우 수분 경고등을 점등시키는 역할을 합니다. 

 

4. 고압펌프

 

연료필터를 거쳐 고압펌프로 보내진 연료는 고압펌프에서 캠축과 피스톤의 움직임으로인해 압축되어진다. 아래 그림과 같이 피스톤이 아래방향으로 내려갔을때 연료가 주입되고, 피스톤이 위로 올라가면서 주입된 연료를 압축시킨 후에 커먼레일로 보내집니다. 실린더에서 연료를 압축하는 것과 비슷해 보이네요??

고압연료펌프

 

5. 커먼레일

 

커먼레일은 위에서 잠깐 언급했듯이 고압의 연료를 여러 인젝터가 공용으로 사용할 수 있도록 저장해 두는 곳입니다. 커먼레일의 압력 변화는 연료 분사를 담당하는 인젝터와 연결되어 있기에 ECU에서는 이 곳의 압력이 어떻게 변화되는지 모니터링해야 하며 이 역할을 하는 것이 레일압력센서입니다. 또한 압력이 과도할 경우 ECU에서는 압력을 조절해야 하는데 압력 조절 기능을 수행하기 위해 압력조절밸브를 개폐하며 커먼레인 내의 압력을 제어합니다. 

 

 

커먼레일

6. 최종 분사를 컨트롤하는 인젝터 

 

커먼레일에서 고압으로 주입된 연료를 연료실에 분사하는 것이 인젝터이며, 피에조인젝터와 솔레노이드인젝터 방식이 주를 이루고 있습니다. 전기반응에 즉각반응하는 피에조크리스탈이 사용된 피에조인젝터와 솔레노이드코일에 전류를 흘려보내 니들을 움직여 분사량을 조절하는 솔레노이드인젝터 두 인젝터의 장단점에 대해서는 여러 의견들이 많고, 특히 솔레노이드인젝터의 경우 노즐마모가 빠르고 그에 따라 연료 분사 정확성이 떨어져, 연료 효율 및 진동, 소음 억제력이 떨어진다는 의견이 있습니다. 

단, 인젝터를 개발하고 있는 델파이, 보쉬, 지멘스VOD, 덴소 등의 회사의 지속적인 기술개발로 어느 인젝터가 시장을 리드할 것인지는 아직 안개속에 있으며, 두 인젝터의 비교는 다음 번에 다시한번 다루어 보도록 하겠습니다. 

 

 

인젝터

그럼 행복한 하루 보내세요~!