Diesel Engine 국제대학교 자동차기계과 조 성 철.

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1 Diesel Engine 국제대학교 자동차기계과 조 성 철

2 CRDI – fuel system 연료장치 구성

3 CRDI – fuel system

4 연료흐름 – 엔진비교 엔진모델 D-엔진 A-엔진 KJ-엔진 시스템 적용예 적용차종 배기량(cc) 예열장치 비 교 저압펌프 형식
싼타페, 트라제XG, 카렌스II.. 스타렉스, 쏘렌토.. 테라칸, 카니발II.. 비 교 배기량(cc) 1997 2497 2902 예열장치 예열플러그 에어 히팅 저압펌프 형식 전기식(탱크쪽) 기계식(고압펌프) 기계식 (고압펌프) 연료압력제어 압력제어(출구제어) 유량제어(입구제어) 최고 연료압 1450(1350) 1600(1350) 1600(1400) 밸브 구동 방식 SOHC 4밸브 DOHC 4밸브 인젝터 특성 전류구동(풀인 전류20A) 전류구동(풀인 전류8A) 흡,배기 방식 TCI EMS제조회사 보쉬(1세대) 보쉬(2세대) 델파이

5 델파이 엔진(KJ-엔진)

6 연료흐름 – D엔진 연료탱크 1차 연료필터(연료탱크내장) 저압펌프(전기식) 2차연료필터(오버플로우밸브,
수분분리기, 연료가열히터) 고압펌프 커먼레일 연료압력조절밸브 인젝터

7 연료흐름 – D엔진 커먼레일 : 연료압력조절기 연료탱크 고압펌프 리턴 : 펌프 윤활 /냉각 인젝터 : 백 리크 연료 리턴
커먼레일 : 연료압력조절기 연료탱크 고압펌프 리턴 : 펌프 윤활 /냉각 인젝터 : 백 리크 연료 리턴 연료필터 : 오버플로우되는 연료 연료탱크 리턴 APS ECU 압력센서 저압펌프 연료휠터 고압펌프 커먼레일 압력조절기 인젝터 CAS 릴리프밸브 윤활/냉각 제어쳄버 연료탱크

8 연료흐름 – A, J엔진 APS ECU 압력센서 저압펌프 압력조절기 고압펌프 커먼레일 인젝터 CAS 릴리프밸브 윤활/냉각
안전밸브 제어쳄버 연료탱크

9 연료흐름 – A, J엔진 A 엔진 J 엔진 APS ECU 압력센서 저압펌프 압력조절기 고압펌프 커먼레일 인젝터 CAS
릴리프밸브 윤활/냉각 안전밸브 제어쳄버 APS 연료탱크 ECU 압력센서 저압펌프 릴리프밸브 압력조절기 고압펌프 커먼레일 인젝터 CAS J 엔진 윤활/냉각 안전밸브 제어쳄버 연료탱크

10 연료흐름 – EURO-IV엔진 연료탱크 1차 연료필터(연료탱크 내장) 저압펌프(전기식) 2차 연료필터(오버플로우밸브,
수분 분리기/연료 가열 히터) 인렛 미터링밸브 고압펌프 커먼레일 연료 압력 조절밸브(입출구제어) 인젝터 연료라인맥동제어 배출가스저감

11 연료흐름 – 피에조시스템 연료탱크 → 1차 연료필터(연료탱크 내장) → 저압펌프(전기식) → 2차 연료필터(인젝터 리턴라인과 연결/수분 분리기/연료 가열 히터) → 인렛 미터링 밸브 → 고압펌프 → 커먼레일 → 연료 압력 조절밸브 → 인젝터(인젝터 리턴 라인 2차 연료필터와 연결) 저압펌프에서 공급된 연료압은 2차 연료필터 보내어지며 2차 연료필터에서 고압펌프로 공급하고 또 인젝터의 리턴라인으로도 공급이 된다는 점이 틀린 점

12 CRDI-저압연료라인구성 저압 연료 펌프 – 전기식 연료 펌프 사용 (연료 탱크 외장 타입) 연료 휠터
– 전기식 연료 펌프 사용 (연료 탱크 외장 타입) 연료 휠터 – 연료 히터 및 연료 온도 센서, 수분감지 센서 내장

13 CRDI-저압연료라인 연료탱크 비부식형 재질이고, 허용압력에 최소 2배(0.3bar 이상)에 견뎌야 되며, 경사길 코너 등에서 연료 누출 방지 및 연료 공급이 원활 1차 연료필터는 연료탱크에 내장되어 그물망과 같은 형식으로 되어 있으며 비교적 큰 이물질에 대해서 여과

14 CRDI-저압연료라인 연료필터 필터 하단에 있는 것이 수분 경고등 스위치
그 위에 연료의 수분에 의해 연료장치가 부식되는 현상을 억제하기 위해 수분 저장고가 장착 가운데가 필터, 필터 보디와 필터 가운데가 연료를 히팅시키는 것으로 연료가 일정온도 이하로 내려가면 연료의 파라핀 성분에 의해 윤활성이 나빠져 엔진의 성능, 시동 성능이 나빠지므로 연료를 히팅시키는 역할

15 CRDI-저압연료라인 오버플로우밸브 커먼레일 엔진에서 저압라인의 압력을 일정하게 유지. 저압라인을 일정하게 조정
커먼레일의 정압 유지를 위하여 여과된 연료를 공급하여 연료의 유량을 일정하게 유지할 수 있도록 볼(ball)과 스프링(spring) 등으로 구성 1.5~2.0bar(A엔진 기준)사이에 일정한 유량을 바이패스 기능이 저하 되었을 경우 커먼레일의 압력변화가 발생하여 연료분사에 문제를 일으킬 수 있으며, 특히 저압(1.5bar 이하)에서 밸브가 열렸을 경우 연료공급에 차질이 발생되어 엔진 구동에 문제를 일으킬 수 있다

16 CRDI-저압연료라인 구성부품의 기능 1.upper ball; 기타 타 부푸을 조립후 억지 끼어 맞춤으로 조립 하며, 조립 깊이에 따라 그 개변압의 변화가 발생할수 있음 2. Spring ; 실질적으로 개변압을 결정시키는 구성 부품으로서,원추형으로 제작하여 최기 열리는 시점의 시기에 적은 저항으로 열리도록 설계됨 3.Disc ; 스프링과 LOWER BALL의 SEAT 역할을 하여 주며,외부에서 유입되는 유 량을 전면으로 접촉하여 열림 압력이 일정하도록 하는 기능을 함 4.LOWER BALL; 바디와의 선접촉을 통하여 SEALING을 확보하여 준다 5.BODY ; 구성 부품등에 대하여 조립이 될수 있는 구조로 설계되어 있으며,DISC- BALL의 습동시 장해를 받지 않도록 가공 조도의 주의가 요구됨.

17 CRDI-저압연료라인 수분감지센서(워터센서) 연료 필터 하단부에 장착
연료 필터에서 걸러진 수분이 기준이상으로 될 경우 계기판에 수분경고등을 점등시켜 운전자에게 연료필터를 교환하도록 알려줌. 수분감지 센서 방식은 float방식과 정전용량 방식이 사용

18 CRDI-저압연료라인 연료가열장치(연료히터) 겨울철및 추운 지역에서 디젤 차량의 냉 시동시의 시동성 향상
연료를 직접적으로 가열하는 기능을 수행 차량에 사용되는 경유의 특성상 온도가 저온으로 떨어질 경우(약 -4℃ 이하) 디젤연료 일부 성분(파라핀)의 점도가 증가하여 필터 내부에 코팅되어 연료의 흐름을 방해하여 시동성을 떨어지는데, 이때 연료필터 위에 연료히터(연료가열장치)를 설치하여 연료를 가열하여 연료의 점성을 낮추어 원활한 연료 공급을 시켜준다.

19 CRDI-저압연료라인 PTC소자 히터의 발열체로서 전류가 인가되면 발열을 하고 규정치의 발열이 되면 부도체가 되어 열을 발생시키지 않게 하여 항상 일정 온도를 유지하는 자동조절(self regulating)되는 부품 히팅을 주기능으로 하는 부품으로써 일정 온도가 상승되었을 때, 스스로 부도체가 되어 발열을 정지 시켜 주는 PTC소자와 그 외 부수적인 부품으로 구성

20 CRDI-저압연료라인 연료온도 스위치 연료가열장치 작동회로 연료온도 스위치는 연료히터 위 부분에 설치
IG 키 ON시 전원이 필터 내부의 연료 온도 약 -3±3℃ 이하일 때 터미널 스위치의 바이메탈이 열팽창하여 떨어져있는 접점에 연결되어 히터에 전원공급을 시작하게 하고, 반대로 약 +5±3℃가 되면 반대로 접점이 떨어져 전원을 차단하는 기능을 수행 연료가열장치 작동회로 일반적인 릴레이를 이용하여 연료온도스위치에 의해 연료 온도 스위치 상온 3도 이하가 되면 스위치 작동에 의해 연료필터 가열릴레이의 솔레노이드가 작동하여 연료 히터로 전원을 공급하여 연료히터가 작동

21 CRDI-저압연료펌프 전기식 저압연료펌프 연료탱크 내부(카렌스 Ⅱ), 또는 외부(싼타페, 트라제)에 설치
엔진의 속도에 관계없이 독립적으로 연속하여 작동. 전기식 저압 연료펌프에서 보내지는 6.5~8.5bar의 연료는 연료필터를 거쳐 고압펌프로 공급되고, 과잉 공급된 연료는 오버플로우 밸브를 통해 연료탱크로 되돌아감. 전기식 모터 + 베인펌프

22 CRDI-저압연료펌프

23 CRDI-저압연료펌프 기계식 저압연료펌프 기어타입으로 고압펌프와 일체로 구성. 엔진의 구동과 동시에 작동.
엔진이 회전을 시작하면 타이밍 체인과 연결된 고압펌프의 구동축에 의해 작동을 시작. 이때 연료탱크 내의 연료는 저압펌프에 의해 흡입 기어방식의 연료펌프 이송량은 실제로 엔진의 속도에 비례. 기어의 이송량이 입구 끝(흡입)에서 스로틀의 흡입에 의해 감소되거나, 출구 끝(압력)에서 오버플로우 밸브에 의해 제한되기 때문

24 CRDI-저압연료펌프 기계식 저압연료펌프
연료가 없는 상태에서 저압 연료라인에 공기가 유입될 수 있으므로 수동형태의 에어 플라이밍펌프가 연료필터 상단에 일체로 장착.(연료압력 조절밸브가 입구제어 방식에만 설치) 엔진 시동 중(IDLE 회전수 이상) 기계식 저압 연료펌프와 고압펌프 사이의 라인압력은 4~6.5bar 부근으로 항상 유지 시동시에 저압 연료라인의 압력은 엔진 회전수에 비례하여 상승하다가 엔진의 회전수가 400 rpm(캠 샤프트 기준 : 200rpm)부근에서 4~6bar의 연료압력이 형성

25 CRDI-저압연료펌프 기계식 저압연료펌프-플라이밍 펌프 저압 연료펌프가 기계식의 경우에 주로 적용.
전기식 연료펌프의 경우 엔진의 회전과 관계없이 초기에 연료를 고압펌프로 공급할 수 있으나 기계식 저압펌프의 경우 엔진의 회전에 의해 연료를 공급함으로 저압연료 라인에 공기가 형성되었을 경우 시동에 문제가 발생. 저압라인에 공기가 형성됐을 경우 수동으로 공기제거작업(에어빼기작업)을 할 수 있도록 플라이밍펌프를 설치

26 스타렉스 쏘렌토

27 CRDI-고압라인 고압 펌프 고압 축압기(Common Rail) 인젝터
연료 모터에 의해 송출된 연료를 1350bar까지 상승. 축압기(Common Rail)로 고압의 연료를 송출. 고압 축압기(Common Rail) 고압 펌프로 부터 송출된 연료를 저장하는 역할. 인젝터 각종 입력되는 신호를 ECU에서 계산된 값을 전기적인 신호에 의해 작동.

28 CRDI-고압연료펌프 엔진 구동에 필요로 하는 고압 발생.
엔진의 형식이나 커먼레일 시스템에 따라 고압펌프의 구조나 역할이 조금씩 차이가 발생. 기본적으로 고압펌프에 연료 압력 조절기(인렛 미터링 밸브)와, 기계식 저압펌프가 고압펌프에 장착여부에 따라 차이가 발생.

29 CRDI-고압연료펌프 고압펌프 윤활 고압펌프는 엔진구동에너지에 의해 구동.
저압펌프에서 송출된 연료를 바로 고압으로 만들어 커먼레일로 토출. 구성부품들이 접촉에 의해 압력을 만들게 되고 이러한 접촉은 필수적으로 윤활이 필요. 고압펌프 내에는 별도의 윤활장치는 없이 연료(경유)에 있는 윤활성분에 의해 윤활이 이루어짐. 저압펌프에서 공급된 연료의 대부분은 고압형성을 위해 사용되지만 일부 연료는 윤활 및 냉각을 위해 고압펌프 작동요소에 공급되고 공급된 연료는 리턴라인을 통해 다시 연료탱크로 돌아감.

30 CRDI-고압연료펌프(D엔진) 엔진의 캠축에 의해 구동. 1200 간격으로 플런저식 펌프 피스톤에 의해 연료가 압송.
매 회전마다 세 번의 이송 행정이 일어나기 때문에 펌프 구동장치에 응력이 일정하게 유지되도록 낮은 구동토크가 발생 기존의 인젝션 펌프를 구동하기 위해 요구되는 토크 값이 많이 감소 캠축 1회전에 왕복 피스톤 1회씩 이송행정 기존 인젝션 펌프보다 낮은 부하 설정압력은 1350~1800 bar. 분사압력은 연료분사량에 영향줌(출력에 영향)

31 CRDI-고압연료펌프(D엔진) 고압형성과정
세 개의 피스톤의 흡입행정과 토출행정에 의해 이루어지며 저압라인에서 공급받은 연료는 고압펌프의 안전밸브의 전개 압력(0.5~1.5bar)을 넘자마자 고압펌프 안으로 연료를 공급. 안전밸브를 통해 연료를 먼저 고압펌프의 윤활과 냉각회로로 압송하고 고압의 연료를 형성하기 위해 입구밸브로 연료를 공급 드라이브 샤프트 캠 작동에 의해 피스톤이 위/아래로 이동. 흡입행정은 캠에 의해 피스톤이 아래로 내려오게 되는데 이때 입구밸브가 열려 연료를 실린더로 흡입하게 되고 피스톤이 하사점(최고 아랫부분)으로 될 때까지 연료를 공급

32 CRDI-고압연료펌프(D엔진) 피스톤이 하사점을 지나면 입구밸브가 닫히고 캠에 의해 피스톤은 다시 위로 올라가게 되는데 이때 연료가 실린더 내에서 빠져나가는 것이 불가능하기 때문에, 연료압력은 증가. 필요 압력에 도달하게 되면 출구밸브가 열려 압축된 연료는 케먼레일로 고압의 연료를 공급. 이 연료는 피스톤이 상사점(최고 윗부분)에 도달할 때까지 연료를 공급하고 그 후 연료 압력이 떨어지면 출구 밸브가 닫힌다. 이러한 과정을 반복하여 고압의 연료를 계속해서 커먼레일로 공급

33 CRDI-고압펌프 역할 제원 엔진 작동조건에 필요한 연료 압력 발생 캠축에 의해 구동되며 레디얼 펌프 방식
저압 펌프에서 송출된 연료를 고압으로 형성 커먼 레일로 토출 제원 엔진속도의 ½, / 회전당 0.687cc 회전속도 / 토출량(1회전당) 2~4bar 연료입구 압력 3.6 일 량(kw) 고압 발생 부품이며 이물질 유입 주의 충격 손상 및 변형 주의 70도 토출연료 온도 1350 bar 작동 평상 압력(1700rpm) 비 고 -40~140도 작동 온도 1420 bar 작동 최고 압력(3000rpm)

34 CRDI-고압펌프 작동원리 엔진의 캠축에 의해 구동. 1200 간격으로 펌프 피스톤에 의해 연료가 압송.
세번의 이송행정이 일어나기 때문에 펌프 구동 장치의 구동 토오크가 기존의 인젝션 펌프대비 구동력이 1/9로 감소.

35 CRDI-고압펌프 작동원리 안전밸브 첵밸브 2개 To CR 연료리턴 From 저압펌프 (1.5bar에서 open)

36 CRDI-고압연료펌프(A엔진) D-엔진의 고압형성방식과 거의 모든 것이 동일.
고압펌프에 기계식 저압펌프와 연료 압력 조절기(인렛 미터링밸브)가 고압펌프에 장착. 고압펌프와 일체로 장착되어 있는 저압연료펌프(기어펌프)는 엔진 구동과 동시에 연료탱크의 연료를 흡입. 흡입력은 약 1.5bar(절대압력 기준) 정도이며 기어펌프를 통과 하면서 연료는 연료압력 조절밸브로 보내지고 조정된 연료는 고압펌프로 공급

37 CRDI-고압연료펌프(A엔진)

38 CRDI-고압연료펌프(KJ엔진) 단품 내에 저압펌프와 고압펌프를 같이 구성되어 있는 구조

39 CRDI-고압연료펌프(KJ엔진) 엔진의 타이밍벨트에 의해서 구동. 고압펌프의 내측에는 2개의 챔버가 있으며, 기존의 고압펌프와 차이점은 하이드로릭 헤드 로터가 캠의 내부에서 회전하는 것이 아니라 캠이 하이드로릭 헤드 주위를 회전. 펌핑의 원리는 연료 공급구간 동안 롤러는 각 슈의 한쪽 끝에 설치되어 있는 코일 스프링을 이용하여 캠에 접속. 1차 압력은 흡입밸브를 개방시키고 펌핑 플런저를 분리하여 이동시킨다. 그러므로 2개의 플런저사이의 데드 체적(dead volume)에는 연료가 채워진다. 직경의 반대편에 위치한 롤러가 동시에 캠의 선행 모서리 부위와 마주할 때 플런저는 서로를 향해 연료를 밀어내기 때문에 두 플런저사이의 공간은 압력이 급격히 상승. 이 압력이 1차 압력보다 더 높아지자마자 흡입밸브는 닫혀 압력이 레일 내부의 압력보다 더 높아지면 공급밸브는 열리게 되므로 고압의 연료를 커먼레일에 보내게 된다.

40 CRDI-고압어큐뮬레이터(common rail)
고압펌프로부터 이송된 연료가 저장&축압되는 곳 1350bar까지 상승, 30cc 용량 연료가 분사될때의 압력변화는 레일체적과 내부체적으로 유지 레일의 압력변화는 ECU에 의해 제어하는 압려과 고압펌프의 속도에 따라 영향 공회전 260bar에서 시동 off(100bar)후 0bar까지 서서히 떨어짐(20초정도)

41 CRDI-고압어큐뮬레이터(common rail)
커먼레일은 고압 연료펌프로부터 이송된 연료가 저장되는 곳. 커먼레일을 통해 모든 실린더에 인젝터로 균등히 연료가 공급. 고압펌프작동에서 발생되는 고압의 연료는 미세한 압력의 변동(맥동현상)이 발생. 인젝터의 연료분사에 의한 압력변동이 발생되는데 커먼레일에서 이러한 압력변화를 체적에 의해 완화. 따라서 커먼레일에서 소모되는 연료압력의 변화는 실제적으로 일정하게 유지되어야 한다. 그렇기 때문에 커먼레일의 체적은 인젝터의 작동에 의해서도 항상 고압을 유지할 수 있도록 체적이 설계되어야 하며 미세한 맥동을 흡수할 수 있는 어큐뮬레이터의 효과.

42 CRDI-고압펌프 연료압력조절밸브 ECU에 의해 작동이 되며 레일 압력을 분사에 알맞은 압력을 만들기 위한 밸브.
엔진속도 및 부하에 따라 연료압력 제어(제어주파수 : 1KHz) 듀티(%) 전 류 0 A 0% 100% 2.5 A  4000rpm(무부하시):제어듀티는 약 30% (이때 압력은 803bar)  전원 OFF시 100bar이하로 떨어짐  공전시(700rpm):제어듀티는 약 16% (이때 압력은 260bar) 전류 : A

43 CRDI- 연료압력조절밸브 출구 제어방식과 입구 제어방식. 출구 제어방식 : 레일 압력 조절밸브
입구 제어방식 : 인렛 미터링밸브 전원 OFF 시 100 bar(스프링 압력) 이하로 압력이 떨어짐 솔레노이드 제어주파수 : 1 KHz

44 CRDI-레일압력조정밸브 기능 압력 조정 밸브 제원 레일의 압력을 조정하는 밸브로 ECU에서 요구하는 압력으로 조정
2.5 A 이하 작동 전류 1 bar 이하 리턴 압력 2.3 ± 0.23 Ω (20도) 저 항 1 KHz 작동 주파수 규 정 치 항 목

45 CRDI-최소압 모니터링 기능 분사는 최소 레일 압력이 되야만 가능하며 최소 레일 압력 조정은 냉각 수온과 평균 연료압에 따라 조정됨. 최소 레일 압력 : 100bar 냉각수온에 따른 연료 압력 map값 1200 80 20 1300 1400 연료압(bar) 100 60 -20 냉각 수온(도)

46 CRDI-레일압력조정밸브제어 연료 압력 모니터링 기능 목적 : 고압 시스템에서 누출과 기타 고장을 감지하기 위함
연료 압력 모니터일 조건 - 엔진의 rpm 700 이상 - 오픈 루프 제어시 엔진토크량 엔진회전수 연료압력 조정밸브 냉각수온센서 흡기온도센서 연료압력

47 CRDI- 연료압력조절밸브(출구제어) 커먼레일에 설치되어 있는 레일압력 조절밸브에서 리턴라인으로 빼주므로 서 커먼레일의 압력을 목표압력으로 조절해주는 기능 ECM에서 연료압력 센서를 통해 모니터링을 하고 엔진의 각종 센서의 정보 값을 통해 목표 압력을 정하게 되고 이 정해진 압력은 레일 압력 조절밸브를 통해 조절

48 CRDI- 연료압력조절밸브(출구제어) 구성 볼 밸브, 플런저, 스프링, 솔레노이드, 커넥터로 구성.
일반적인 솔레노이드는 스프링의 힘에 방향에 반하는 방향으로 제어 하지만 레일 압력 조절밸브의 경우 그와 반대되는 방향으로 제어 압력 조절밸브를 보면 평상시 솔레노이드가 작동하지 않을 경우 스프링에 의해 플런저를 밀고 있으므로 커먼레일의 연료가 빠져 나오지 못하도록 막고 있음 고압펌프에 송출압이 높아지면 볼밸브에 걸리는 압력이 높아지고 이 압력이 스프링에서 미는 압력보다 높아지게 되고 이때 플런저가 뒤로 밀려 커먼레일의 압력은 리턴라인으로 빠져나가게 되는 구조

49 CRDI- 연료압력조절밸브(출구제어) 레일압력 조절밸브의 작동
시동이 걸어져 있다면 커먼레일에서는 250bar 이상의 압력이 작동하고 있음 ECM에서는 연료압력 센서를 통해 모니터링을 하고 엔진의 각종 센서의 정보 값을 통해 목표 압력을 정함. 이 정해진 압력은 레일 압력 조절밸브의 솔레노이드에 전기적인 신호를 통해 압력 제어 솔레노이드의 작동은 기존의 볼밸브에 압력이 걸리면 스프링의 미는 힘보다 크므로 플런저가 스프링을 미는 방향으로 작동하게 되는데 이때 솔레노이드가 작동하면 스프링과 같은 방향으로 작용하게 되어 리턴 되는 커먼레일의 연료를 제한하는 형태로 작용 제어방식은 PWM(듀티제어)방식으로 목표 압력으로 제어

50 CRDI- 연료압력조절밸브(입구제어) 일반적인 명칭은 인렛 미터링 밸브
장착 위치는 고압펌프에 있으며 저압펌프와 고압펌프의 연료통로 사이에 밸브가 설치되어 고압펌프로 보내어 지는 연료량을 제어 커먼레일에 압력을 조정하는 역할 ECM로부터 적기적인 신호로 연료압을 제어 인렛 미터링밸브는 이그니션 키 OFF시 항상 열린방식의 밸브가 장착되어 시동시 연료가 저압에서 고압으로 이송되는 시간을 단축하여 시동성에 문제가 없도록 되어 있음.

51 CRDI- 연료압력조절밸브(입구제어) 구성 밸브, 플런저, 스프링, 솔레노이드, 커넥터로 구성.
출구 제어방식의 연료 압력 조절밸브의 경우 커먼레일에 작용하는 고압의 연료를 제어 하는 방식 인렛 미터링밸브의 경우 저압펌프에서 공급되는 연료의 압력에서 고압펌프로 공급하는 연료를 제어 일반적인 유량제어 밸브의 작동과 동일 플런저 밸브 커넥터 스프링 솔레노이드

52 CRDI- 연료압력조절밸브(입구제어) 인렛 미터링 밸브 작동
평상시 솔레노이드가 작동하지 않을 경우 스프링에 의해 플런져를 밀고 있으므로 저압펌프에서 연료가 공급된다면 자연스럽게 고압펌프로 연료를 공급. 시동시 연료가 저압에서 고압으로 이송되는 시간을 단축 시동성에 문제가 없도록 함. 평상시에 밸브가 열려져 있으므로 고압의 연료가 커먼레일로 공급. ECM에서는 연료압력 센서를 통해 모니터링을 하고 엔진의 각종 센서의 정보 값을 통해 목표 압력을 정하게 되고 이 정해진 압력은 인렛 미터링밸브의 솔레노이드에 전기적인 신호를 통해 압력을 제어하는데 솔레노이드의 작동은 밸브를 연료가 공급되는 것을 제한하는 방향으로 작동 PWM(듀티제어)방식으로 목표 압력으로 제어. 일반적으로 엔진의 시동을 걸어 엔진 회전수가 약 250rpm 이상 상승되면 정상차량인 경우 분사에 필요한 연료 압력이 고압펌프에 의해 커먼레일에 형성. 연료의 압력은 엔진 회전수에 비례하여 상승하는데, 보통의 경우 아이들 시 250bar부근에 있고 엔진회전수가 상승함과 동시에 연료의 압력도 상승하여 최고 1350bar 이내에서 엔진 ECM에 의해 조절

53 CRDI- 연료압력조절밸브(입구제어) < 열림 > < 닫힘 > 전류인가 않함 전류인가 함

54 CRDI-연료압력제한밸브(Pressure Limiting Valve )
입구제어방식에 적용 연료 압력 과도시 valve가 열려 연료 리턴 개방압력(Opening Pressure) : 1750 bar 유동이 가능한 플러져 밸브가 리턴스프링의 힘으로 레일 입구를 막고있다가 과도한 압력(1750 bar)발생시 스프링이 밀리면서 밸브도 열린다

55 CRDI-인젝터(Injector) ECU 신호를 받아 노즐에 장착된 솔레노이드 밸브를 작동시켜 연료를 분사.
고압의 연료를 실린더 연소실에 분사하는 장치 실린더 헤드 중앙 직립 형태로 장착 솔레노이드 밸브 니들밸브로 구성 엔진 ECU에 의해 제어됨 초기 작동 전류 80V 20A 인젝터 저항 0.365Ω ± (20~70도) 저압연료 리턴부위 솔레노이드 밸브 ON시 볼밸브 열림 고압연료 공급부위 인젝터 단품에 대한 압력 0.2~0.6 bar 리턴 압력 250~1350 bar 작동 압력 100 bar 이상 시동시 비 고 연료 압력 항 목 노즐

56 운전조건입력(APS&CPS&TDC센서)
CRDI - 연료제어도 연료량=분사시간+분사압력+(보정량) 운전조건입력(APS&CPS&TDC센서) 연료탱크 분사량 결정 고압펌프 레일압력설정 센서데이터 입력 인젝터 구동 시간/시점 연산 RPS 레일압력제어 커먼레일 PRV 인 젝 터 인 젝 터 인 젝 터 인 젝 터 인젝터구동출력 엔 진 차 량 토크전달

57 CRDI-인젝터 분사 3단계 분사 3단계 연료 분사는 연료의 압력과 연료 온도에 따라 연료 분사량과 분사시기를 보정
1단계 예비분사 : 엔진의 폭발 소음과 진동 저감 2단계 주 분사 : 엔진의 출력을 내기 위한 메인 분사 3단계 사후분사 : 매연 저감, 배기가스 후처리장치(CPF)의 재생 3단계 연료 분사는 연료의 압력과 연료 온도에 따라 연료 분사량과 분사시기를 보정

58 CRDI- 인젝터 (연료 분사제어) 점화분사 : 주분사전 예비분사로 연소효율 향상과 소음 및 진동을 저감
주분사 : 실제 엔진 출력을 내기위한 분사 (APS,RPM,WTS,ATS보정) 사후분사 : 촉매에 HC공급으로 Nox환원 목적 1.56cc/st. 60cc/st. 소음이 많이 줄어든다

59 CRDI-연료 분사제어 1단계 : 점화 분사(Pilot Injection)
주 분사가 이루어지기 전 연료를 분사하여 연료가 잘 이루어지게 하기 위한 분사임. 점화 분사의 기능 - 엔진의 소음과 진동 감소 목적 (서징 현상 억제) 점화 분사 중지 조건 - 점화 분사가 주분사를 너무 앞지르는 경우 - 엔진 회전수 3200rpm 이상 - 분사량이 너무 작은 경우 - 주 분사량 연료량이 충분하지 않는 경우 - 엔진 중단에 오류가 발생한 경우 - 연료압이 최소값 이하(100bar) 이하인 경우

60 CRDI-연료 분사제어 예비분사에 의한 연소특성 변화
일반 디젤기관의 연소는 연료 분사 후 일정기간의 착화 지연기간을 거쳐 분사된 연료의 자발착화에 의한 급격한 연소 압력의 상승이 발생. 이후 연소실에 남아 있던 연료 및 추가로 분사된 연료가 확산화염의 형태로 연소 주 연소 이전에 소량의 연료를 분사할 경우 연소실 압력 및 온도의 상승으로 인하여 착화지연기간이 감소하며 이로 인하여 질소산화물(NOx)의 발생을 줄일 수 있으며 엔진의 소음과 진동을 감소

61 CRDI-연료 분사제어 2단계 : 주분사(Main Injection)
엔진의 출력에 대한 에너지는 주-분사로 부터 나온다라고 할수 있슴 주분사의 연료량 - 점화분사를 고려하여 연료량은 계산됨 엔진토크량 (APS 값) 엔진회전수 주 분 사 연료량 계산 냉각수온센서 흡기온도센서

62 CRDI-연료 분사제어(주분사-인젝터 작동)
인젝터 닫힘(휴식상태) 솔레노이드밸브는 에너지가 인가되지 않아서 닫혀있는 상태. 배출구멍이 닫힌 채로 있어 레일의 고압은 제어 챔버와 인젝터 니들밸브 아랫부분에 같은 압력이 형성되어 양쪽에 압력이 균형적인 상태가 되고 이렇게 해서 인젝터는 리턴 스프링에 의해 닫쳐있는 위치로 유지

63 CRDI-연료 분사제어(주분사-인젝터 작동)
인젝터 열림(분사 개시) 인젝터는 휴식위치에서 솔레노이드밸브는 인젝터를 신속하게 열어주는 피크 전류에 의해 인가. 배출구멍을 열어줌. 배출구멍이 열리면 연료는 제어챔버에 있던 제어 연료가 배출구를 통해 빠져나가 제어챔버에 압력은 낮아지는 현상발생. 제어 챔버와 인젝터 니들밸브 아랫부분에 압력차이 발생 양쪽에 압력이 균형적인 상태가 깨어지게 되고 인젝터 니들밸브 아랫부분에 압력이 높아지는 현상에 의해 리턴 스프링의 반발력보다 높은 압력으로 니들밸브를 밀게 된다. 그 결과 노즐의 니들이 열리기 시작

64 CRDI-연료 분사제어(주분사-인젝터 작동)
인젝터 완전히 열림 제어 챔버와 인젝터 니들밸브 아랫부분에 압력차이 발생. 인젝터 니들밸브 아랫부분에 압력이 높아져 인젝터의 니들밸브가 열리기 시작. 연소실로 분사가 시작. 니들은 압력 차에 의해 최대한 뒤로 작동 하게 되고 이렇게 있는 동안 분사는 계속 인젝터 닫힘(분사종료) 솔레노이드밸브에 인가하던 에너지를 순간적으로 에너지의 방향을 반대로 인가. 배출구멍으로 빠져나가던 연료를 강한 힘으로 막아 제어 챔버에 다시 압력이 차도록 하여 다시 제어 챔버와 인젝터 니들밸브 아랫부분에 같은 압력이 형성. 인젝터의 리턴 스프링에 의해 다시 닫쳐있는 위치.

65 CRDI-연료 분사제어 3단계 : 사후분사(Post Injection) 기능 작동 중지 조건
- 디젤 연료(HC)를 촉매 변환기에 공급하여 배기 가스중 질소 산화물을 감소시키는 기능 작동 - 사후 분사 계산 20ms 간격으로 실행되며 최소 연료량과 작동 시간을 계산하여 필요시 20ms마다 실행한다. 중지 조건 - 에어 플로우 센서 고장시 - EGR 관련 계통 고장시

66 CRDI-연료 분사제어(사후분사) 배기가스에 연료를 분사하는데 배가가스와 같이 빠져나간 연료가 배기가스 후처리장치(CPF) 내의 온도를 일정 고온으로 유지. 배기가스 후처리장치(CPF)에 축적되어 있던 입자성물질(PM)을 연소. 사후분사는 항상 실시하는 것은 아니고 컴퓨터에서 사후 분사시기를 판단하여 실시

67 CRDI- 연료 온도에 따른 분사량 제어 연료 온도에 따른 분사량 제어 기능 분사량 제어
연료의 온도가 높은 상태와 낮은 상태에 따른 연료의 용적의 차이(부피의 차이)에 따른 연료량 보정 기능 분사량 제어 점화 / 주 분사량을 보정 연료 온도 센서 고장시 연료 온도에 따른 분사량 보정 중지