오늘날 수많은 자동차 제조사들은 직분사 엔진을 많이 탑재합니다. 가솔린 차량의 경우 최근 다루었던 주제인 GDi, 디젤 차량의 경우 CRDi, LPG 차량의 경우 비교적 최근에 개발된 LPGDi, 오늘은 그중 3세대 디젤 엔진인 CRDi에 대해서 알아보겠습니다!
3세대 디젤 엔진, CRDi 의 시작은 어땠을까?
먼저 1960년대에 최초에 개발되었다고 하는 CRDi 엔진은 90년대 초 일본 덴소에 의해 최초로 상용화된 이후, 도요타의 자회사인 히노의 트럭 모델에 처음 적용되었습니다. 이후 상용차모델 중 일반 승용차에 최초로 적용한 모델은 알파로메오의 156 JDI라고 합니다.
국내에서는 현대/기아 자동차에서 2000년대 초에 이 기술을 도입하였다고 하며, 초기에는 여러 품질 이슈로 CRDi의 원천 기술을 보유하고 있던 보쉬사에서 회의적인 시각을 보이기도 하였지만 , 현재에는 수년 간의 기술 노하우의 축적을 통해 안정적인 궤도에 올라와 있게 되었습니다.
직분사시스템을 가진 CRDi 엔진의 개념은?
CRDi는 Common Rail Direct Injection의 줄임말로, 고압으로 연료를 저장하는 레일을 두고 제어 장치에 따라 연소 효율이 가장 높은 시점에 연료를 분사하는 시스템입니다. 직분사시스템을 이용한 엔진이라는 점에서 GDi와 유사하지만, CRDi 방식은 디젤 엔진에서 주로 사용된다는 차이가 있습니다.
CRDi 엔진의 구성에 대해 살펴보자!
CRDi는 크게, 레일 모양으로 생긴 관인 커먼레일과 연료압력센서, 인젝터, 연료필터, 고압연료펌프, 전자제어장치 등으로 구성되어 있습니다.
CRDi 엔진은 어떤 원리로 작동할까?
먼저 전반적인 연료의 흐름을 살펴보면, 연료탱크 내에 있던 연료가 저압펌프를 통해 고압펌프로 이동합니다. 이동하는 동안 연료필터를 통해 연료에 포함된 수분이나 이물질을 제거하여 불순물에 의한 펌프와 엔진의 손상을 예방합니다. 이렇게 정제된 연료는 고압펌프에 의해 높은 압력으로 커먼레일로 들어가게 되며, 커먼레일에 고압 상태로 저장되어있던 연료가 각 인젝터에서 ECU(Electronic Control Unit)의 제어 아래, 엔진 실린더로 연료가 고압으로 분사됩니다.
CRDi의 연료 분사 과정에는 한 번의 연소 시에 총 3번이 분사되는 신기한 점이 있습니다. 여기서 연료의 분사 과정은 크게 3단계(1. 예비분사 2. 주분사 3. 사후분사)로 나눌 수 있습니다. 먼저, 예비분사는 점화분사(Pilot Injection)라고도 합니다. 주분사 전에 연료를 분사해 연소가 원활히 되도록 하기 위한 것으로, 실시 여부에 따라 소음과 진동을 줄일 수 있습니다.
다음으로 주분사(Main Injection)는 기관 출력에 대한 에너지는 주분사가 가장 큰 영향을 보입니다. 주분사 시에 중요 요소 중 하나는 분사 압력이 연소과정 동안 일정해야 된다는 것입니다. 이는 커먼레일 연료분사 시스템에서 분사과정 전체를 통해 분사 압력이 일정하게 유지될 수 있도록 컨트롤 합니다.
마지막으로 사후분사(Post Injection)는 배기가스 규제 강화에 의해 실시된다고 합니다. 이는 연소가 끝난 후, 배기 행정에서 인젝터를 작동시켜 소량의 연료를 강제로 촉매 변환기에 공급하여 미세 매연 입자를 원활하게 연소시키기 위한 과정입니다. 즉, 촉매 변환기에서 배기가스를 통해 같이 공급된 연료를 연소시켜, DPF와 같은 촉매 변환기의 성능을 향상시켜, 질소산화물을 줄이는 역할을 합니다.
CRDi 엔진의 특징에 대해 알아보자!
CRDi는 직분사엔진의 장점이라 할 수 있는 연소 효율과 연비가 높고, 오염물질 배출량도 크게 줄어들며 일반적인 타 엔진에 비해 출력과 토크가 증가하는 등의 성능 향상을 가져옵니다. 또한, 소음과 진동을 낮춰 운전성이 향상되며, 연료 분사 패턴을 저속, 고속 등 속도에 따라 제어할 수 있는 특징이 있습니다.
그러나 수분에 비교적 취약하고, ECU(Electronic Control Unit)를 사용하기에 전기적 잔 고장이 생길 수도 있다는 단점을 보입니다. 또한, 고압의 연료를 이용하는 것만큼 부품 가격이 비싸고, 고장 시 수리비가 많이 발생할 수 있습니다.
아돌프 디젤의 노멀 디젤 엔진이 1세대라면, 출력을 30% 향상시킨 터보 디젤 엔진이 2세대, 오늘 살펴본 직분사방식의 엔진을 3세대라고 할 수 있습니다. 오늘날 대부분의 RV, SUV, 승용형 디젤은 대부분 3세대를 채택하고 있다 해도 과언이 아닙니다.
환경 오염과 관련해서 많은 논란을 가져온 디젤 엔진, 여전히 많은 이들의 사랑을 받고 있는 만큼 끊임없는 기술 개발을 휠라이프와 Kixx 엔진오일이 함께 기대해봅니다. 이상, 당신의 자동차에 대한 열정을 응원하는 Kixx 엔진오일 & 휠라이프였습니다.
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