1. 커먼레일 엔진이란?

 휘발유보다 힘 좋고 유해 배출가스도 발생되지 않는 디젤엔진이 없을까? 환경문제가 21세
기 자동차 기술의 핵심과제로 떠오르면서 값싼 디젤연료를 효율적으로 활용하는 방안들이
다양하게 연구되고 있다. 이에 따라 디젤 승용차가 보편화된 유럽에서는 최근 저연비, 고출
력, 무공해 등을 동시에 만족시키는 엔진개발에 주력해 왔다.

 커먼레일(Common Rail Direct Injection Engine)은 직접 분사식 디젤엔진을 뜻하는 말로써
디젤차량에 대하여 향후 더욱 엄격한 배출가스 규제(EUEO-Ⅲ & Ⅳ) 만족 및 좀더 향상
된 연비 제공을 위하여 업체들은 고압 연료 분사시스템인 커먼레일을 개발해 왔다.
커먼레일 방식은 저크(Jeck)식 분사장치에 비해 그 분사 특성이 매우 다르다. 커먼레일내에
일정한 압력으로 축압한 연료를 전자제어 신호에 의해 인젝터 개폐를 통해 분사되므로
프리-플로(Pre-Flow)와 애프터-플로(After-Flow)가 존재하지 않는다. 그러므로 엔진 회전
속도에 관계없이 항상 일정량을 분사할 수 있다. 또한 분사시기도 실린더에 직접 설치된
인젝터에 의해 전자제어 되므로 연료압력 변화의 영향을 받지 않고 원하는 시기에 분사할
수 있다.

디젤 커먼레일 시스템의 주요 구성 부품은 다음과 같다.
·고압펌프    ·커먼레일    ·인넷 미터링 밸브 (압력 조정 밸브)
·인젝터    ·ECU ·각종 센서류    ·각종 액츄에이터

  

▶ 작동원리

·공급펌프는 연료 필터를 통과하여 고압펌프로 연료를 전달
·고압펌프는 고압 어큐물레이터(커먼레일)로 고압상태의 연료를 전달
·인젝터는 솔레노이드가 작동할때 연소실에 연료를 분사
·분사압력은 엔진속도 및 부하와 관계없이 독립적이기 때문에 실제 분사시기, 분사압력
  및 분사시간은 넓은 범위에서 자유롭게 선택 가능
· 엔진 요구에 따라 조정되는 파일럿 인젝션 개념의 도입으로 엔진 소음을 상당히 줄일 수
  있으며 또한 질소산화물(NOx) 배출가스도 감소
·시스템내의 압력은 액츄에이터에 의해 조정

2) 장 점

(1) 배출가스의 감소
커먼레일 연료장치는 분사연료를 완전연소에 가깝게 하여 각종 유해 배출가스를 억제할
수 있다.
규정범위내 NOx를 유지하면서 CO2 : 20%, CO : 40%, HC : 50% 및 PM : 60%까지 줄일
수 있고 EURO Ⅲ/ US 98를 만족하기 위해서 메인 인젝터 전/후에 소량의 연료를 분사
하여 NOx를 줄일 수 있다. (당사 DI 엔진은 현재 파일럿 분사(Pilot Injection)가 적용되고
포스트 분사(Post Injection)는 EURO Ⅳ(K-2006)에 적용 예정임)

(2) 연비 향상

기존의 로터리 펌프를 사용하는 엔진에 비교하여 A/F(Air Fuel Ratio,공연비)를 최대화
하여 20% 정도의 연비 향상을 이룰 수 있다.

(3) 운전성 향상

지금까지 디젤엔진의 특징이라고 불리우던 진동,소음을 파일럿 분사의 도입으로 인하여
획기적으로 줄임으로서 운전하는데 보다 나은 안락감을 얻을 수 있으며, 가솔린 엔진과
같은 느낌을 받을 수 있다.

※ 파일럿 분사에 의한 소음 저감 원인
: 연소실내의 고압(145bar 이상) 그리고 연소 과정중에 이러한 고압이 내리치는 속도
  는 일반적인 예 연소실 엔진에 비해 직접 분사엔진이 보다 시끄럽다. 최신 커먼레일
  엔진은 이런한 결점을 극복하였다. 그 이유는 연료가 실제 분사되기(주분사)전 몇
  밀리세컨드안에 실린더 내부로 작은량의 연료를 분사하여 이를 연소시켜 연소실을   
  미리 히팅하는 파일럿 분사이다. 이는 파일럿 분사에 의해 연소실은 최적 연소조건이
  형성되므로 주분사 동안의 연료 분사는 즉시 연소가 이루어져 온도와 압력이 급격히
  상승하지 않는다. 또한 실린더안의 파일럿 인젝션과 이에 따른 낮은 연소온도는 엔진의
  NOx를 감소시킨다. 

(4) 컴팩트한 설계 및 경량화

   인젝터를 컴팩트화 하여 2밸브 및 4밸브 적용 가능하며 기존의 디젤엔진에 비하여 엔진
   무게를 줄일 수 있다.

(5) 모듈화 시스템

전자적으로 각 엔진 실린더별로 분사가 가능하므로 시스템의 모듈화가 가능하며 3,4,5,6
실린더 엔진의 적용이 가능하다. 또한 기존 엔진의 큰 변경없이 분사시스템(인젝션펌프-->
커먼레일)의 변경이 가능하다.

3) 세대별 구분

4) 업체 적용 동향

유럽 및 일본 자동차 메이커들은 커먼레일 엔진을 현재 기술로서 저공해 규제와 연비를 함께
만족시킬 수 있는 유일한 대안으로 보고 있다. 이 분야 선두주자인 벤츠는 이미 C-CLASS
및 E-CLASS 차량에 장착하고 있으며 폴스바겐도 초저연비 신모델 ‘루포’에 적용했다.
BMW, 도요타 등도 주력모델에 이 시스템을 장착하였다. 이들 메이커는 대부분 직분사 효율
을 고려해 1.2, 1.9, 2.1ℓ등 소형엔진에 이 기술을 쓰고 있다. 대부분의 커먼레일 엔진은 최
적의 분사시기와 분사패턴을 조절하기 위해 실린더당 4개의 밸브를 장착하였다.