디젤 엔진의 연료 공급 장치

트럭 엔진의 연료 공급 장치에 대해서 알아보겠습니다.

 

• 인젝션 펌프 타입 : 주로 과거에 사용된 기계식 디젤 엔진에 적용된 타입으로 인젝션 펌프가 장착된 디젤 엔진의 연료 공급 장치를 말합니다.
• 커먼레일 타입 : 현재 주로 사용되는 전자식 디젤 엔진의 적용 타입으로 연료를 고압으로 압축하여 커먼레일을 통해 엔진의 각 인젝터에 전자제어장치의 컨트롤에 의해 연료를 분사해주는 장치를 말합니다.

 

【인젝션 펌프 타입의 디젤 엔진 연료 공급 장치】

연료탱크의 연료는 연료 펌프를 통해 연료 필터를 거쳐 인젝션 펌프로 운반되고, 거기서 각 인젝터의 노즐로 공급됩니다.

이 연료는 실린더 헤드 내의 노즐에서 각 기통의 연소실로 연료를 분사합니다. 노즐로부터 분사되고 남은 연료는 리턴 파이프를 통해 연료 탱크로 리턴되어 회수됩니다.

 

연료분사장치의 구성 부품 및 그 역할은 아래와 같습니다.

• 연료 필터 : 깨끗한 연료공급, 연료계통 부품의 보호
• FEED PUMP : 연료 탱크에서 인젝션 펌프까지 연료 송출
• INJECTION PUMP : 연료량의 조절 및 압송
• TIMER & COUPLING : 분사시기의 조정
• GOVERNOR : 회전에 따른 최적 연료량의 조절
• NOZZLE & NOZZLE HOLDER : 적당한 상태의 무화, 분무
• INJECTION PIPE: 고압연료의 이송

 

연료 흐름도

연료를 깨끗한 상태로 만들어 적당한 시기에 적당량을 적당한 분무 상태로 연소실에 분사시키기 위한 연료 분사 장치의 계통은 위 연료 흐름도와 같습니다. 연료계통은 인젝션 펌프를 중심으로 연료 탱크, 연료 필터, NOZZLE, NOZZLE HOLDER 및 연결하는 고압 PIPE로 구성되어 있습니다.

연료탱크는 엔진으로부터 떨어진 새시 측에 위치하고 있으며 연료 탱크 내의 연료유를 엔진 측까지 전달하게 되어 있습니다.

인젝션 펌프의 앞면에는 FEED PUMP가 있어 인젝션 펌프 내의 CAM SHAFT의 CAM에 의해 FEED PUMP의 PISTON이 상하 운동하여 연료유를 흡입하여 FILTER에 1.8～2.5㎏/㎠ 정도의 압력으로 토출 하게 됩니다.

FILTER에 의해 여과된 연료유는 인젝션 펌프내에 있는 유류실을 충만시키고, CAM SHAFT의 회전 운동을 받은 PUMP ELEMENT (PLUNGER)는 연료유를 고압으로 만들고, 고압이 된 연료는 INJ. PIPE를 경유하여 NOZZLE, NOZZLE HOLDER에 압송됩니다.

인젝션 펌프내에 송부된 연료 유압은 엔진의 회전수에 상관없이 일정해야 되므로 연료 FILTER의 상부에는 OVER FLOW VALVE가 있어, 잉여 연료유를 연료 TANK 또는 FEED PUMP의 수입 측에 되돌리고 있습니다. 또 인젝션 펌프의 유류실에도 OVER FLOW VALVE가 장착되어 있는 것이 있습니다. 이것은 유류실의 유압을 일정하게 함과 동시에 연료를 순환시켜 유온도 일정하게 하는 역할을 합니다.

INJ.PIPE를 지나 NOZZLE HOLDER에 압송된 연료유는 적당한 분사시기에 미세한 분무 상태로 NOZZLE로부터 엔진의 연소실에 분사됩니다. 연료유의 일부는 NOZZLE 및 NOZZLE HOLDER의 내부 윤활을 행하고 OVER FLOW부로부터 연료 FILTER의 입구부로 되돌아 갑니다.

 

【커먼레일 타입의 디젤 엔진 연료 공급 장치】

커먼레일 방식은 연료를 미리 고압펌프로 커먼레일에 고압으로 저장하였다가 필요한시기에 인젝터에서 필요한 양만큼 연료를 분사하는 시스템으로 기존 기계식 엔진이나 캠에 의한 다이렉트 인젝터 방식과는 시스템이 다릅니다.

전자제어장치(ECU)가 적용되어 연료의 분사 시점을 정밀하게 컨트롤을 해서 최적의 연료 소비를 만들어 줍니다. 

연료의 흐름은 아래 그림과 같이 연료 탱크로부터 프리필터(유수분리 필터)를 거쳐 연료 기어펌프를 거쳐 CP 고압펌프에서 고압으로 압축되어 커먼레일에 저장되어 있다가 인젝터가 작동되면 연료가 적정량이 분사되고 남은 연료는 연료탱크로 회수됩니다. 

 

 

커먼레일 연료분사장치의 구성 부품 및 그 역할은 아래와 같습니다.

• 프리 필터(유수분리 필터) : 연료 내의 수분을 걸러주는 역할의 1차 연료 필터
• 연료 필터 : 깨끗한 연료공급, 연료계통 부품의 보호
• 연료 기어 펌프 : 고압(CP) 펌프 구동축과 직렬로 연결되어 구동되며 연료 탱크에서 고압(CP) 펌프까지 연료를 송출
• 고압(CP) 펌프 : 연료의 압력을 고압으로 커먼레일로 송출
• 커먼레일 : 초고압(250~1,500 bar)의 연료를 저장하고 있다가 인젝터로 연료를 송출하고 일정 허용 압력(1,750 bar) 이상이 되면 압력 제한 밸브(pressure limiter valve)를 통해 연료는 연료탱크로 회수된다.
• 인젝터 : 엔진 제어장치(ECU)의 컨트롤에 따라 인젝터가 개방되어 연료가 연소실에 분사되고 남은 연료는 연료탱크로 회수된다.

 

 

커먼레일 연료분사장치의 장점은 다음과 같습니다.

• 커먼레일 시스템에서는 연료압력과 인젝터의 분사량은 상호 독립적입니다. 
• 연료 분사량은 엔진속도와는 독립적으로 작용하며 인젝터 작동 시간과 비례합니다.
• 분사압력도 엔진 회전수에 비례하지 않습니다.
• 넓은 압력 범위에서 분사 압력 선정이 가능합니다.
• 분사 시점 및 분사 시간 지정이 매우 용이합니다.
• 연소 소음이 감소되며 고연비를 실현할 수 있으며 배기가스가 감소합니다.