레일압력 제어

다음과 같은 부품들은 커먼 레일 시스템에 속하며, 레일압력제어에 영향을 미친다:

• 고압펌프 (HDP)
  
• 레일압력 조절밸브 (DRV)
  
• 유량제어밸브 (MRV)
  
• 레일압력센서 (RDS)
  
• 고압 어큐뮬레이터 (레일)
  
• 고압파이프
  
• 인젝터
  

레일압력제어에 대한 실질적인 영향은 일반적으로 고압시스템의 연료공급에 있다. 1차 공급압력 제어가 완벽하게 작동하지 않으면, 레일압력제어의 완벽한 기능이 가능하지 않게 된다!

엔진 모델에 따라 다양한 구성부품의 버전이 설치된다, 다음 도표 참조:

기능

고압펌프는 레일의 시스템 압력을 지속적으로 생성한다. 정확한 레일압력을 조절하기 위해 2개의 액추에이터를 사용한다 (2-액추에이터-컨셉):

• 레일압력 조절밸브
  
• 유량제어밸브
  

레일의 정확한 압력은 다음과 같은 3가지의 가능한 제어 방식 중 하나로 된 작동점에 따라 조정된다:

• 레일압력 조절밸브에 의한 압력 조절:
  고압펌프는 높은 압력으로 레일에 계속적으로 연료를 공급한다. 레일압력 조절밸브는 레일에 너무 많이 공급된 연료를 리턴라인으로 빠져 나가게 하여, 레일압력을 원하는 수준으로 조절한다. 제어 유량이 많으면 많을수록, 레일압력은 더욱 더 높아진다.
  이 때 유량제어밸브는 최대 공급으로 조절되어 있다.
  
• 유량제어밸브에 의한 유량 제어:
  유량제어밸브는 원하는 레일압력을 형성하기 위해 필요한 양 만큼의 연료만을 저압측으로부터 고압펌프로 흐르게 한다. 이 때 고압펌프의 실린더는 연료로 완전히 채워지지 않는다. 제어 유량이 많으면 많을수록, 레일압력은 더욱 더 낮아진다.
  이때 레일압력 조절밸브에는 최대 압력을 위한 전류가 공급되지 않는다. 레일압력 조절밸브에는 규정압력의 조정을 위해 필요한 것보다 약간 더 많은 전류가 공급된다.
  
• 레일압력밸브와 유량제어밸브를 통해 동시에 CPC-제어 (Coupled Pressure Control):
  분사량이 약 4 mg (타행시) 이하로 아주 적은 경우에는 DRV가 약간의 연료를 고압시스템에서 빠져나가게 하는 것이 필요하다. 그 이유는, 고압펌프가 제로 송출로 작동할 수 없기 때문이다. 이는 유량제어밸브가 닫혀있을 때에도 고압펌프가 연료를 고압시스템으로 공급한다는 것을 의미한다. 이는 과도한 레일 압력을 초래하여 제어편차를 유발할 수 있다.
  

제어 방식은 다음과 같은 작동점에서 활성화된다:

• 엔진시동시, 연료압력조절은 항상 활성화됨
  
• 엔진이 작동중일 때:
  
  • 냉각수 온도가 1 °C 이하일 때 항상 압력제어가 활성화된다
    
  • 냉각수 온도가 15 °C를 초과하면 항상 유량 제어-/CPC-제어가 활성화된다
    

엔진 모델에 따라 다양한 최대-레일압력으로 주행한다, 다음 도표 참조:

레일압력-감시

레일압력은 엔진시동중에, 그리고 엔진이 작동되는 동안 규정값/실제값-비교를 통해 감시된다. 레일압력센서는 DDE에 실제값을 제공한다. 규정값은 작동상태에 따라 DDE에 의해 계산된다. DDE가 실제값과 규정값간의 편차가 허용값을 벗어났음을 확인하게되면, 고장메모리에 고장이 수록된다.

다음과 같은 원인으로 인해 규정값에 대한 레일압력의 편차가 허용값을 벗어날 수 있다:

• 연료공급량 부족, 연료-리턴시스템의 막힘, 연료시스템내 공기 유입과 같은 외부 영향
  
• 커먼 레일 시스템 구성부품의 외부 누설
  
• 유량제어밸브가 열리지 않음 또는 걸려 있음
  
• 커먼 레일 시스템에서 내부 누설, 예를 들면
  
  • 고압펌프 (예를 들면 마모된 피스톤)에서
    
  • 레일압력 조절밸브 (리턴라인으로 너무 적은 또는 너무 많은 양이 빠져나간다)에서
    
  • 인젝터 (리턴라인으로 너무 많은 양이 빠져나간다)에서
    

고장처리:

DDE가 레일압력-제어편차가 허용값을 벗어났음이 인지되면, 첫번째 조치로서 분사량이 제한된다. 이렇게 하여 제어편차를 방지할 수 없거나 낮은 수준을 유지할 수 없을 경우, 레일압력이 아주 낮을 경우 엔진 시동이 꺼진다. 엔진시동시 매우 낮은 레일압력이 감지될 경우, 엔진시동이 불가능하다.

구성부품에 대한 간략한 설명

고압펌프

고압펌프 CP4.1은 실린더가 장착된 레이디얼 피스톤-펌프이다. 고압펌프의 축에는 피스톤을 작동시키는 2개의 캠이 있다.

고압펌프는 엔진의 체인 드라이브를 통해 구동된다. 체인 드라이브가 엔진의 뒤쪽에 설치되어 있기 때문에, 고압펌프도 마찬가지로 엔진의 뒤쪽에 장착되어 있다.

레일압력센서

레일압력센서는 레일에서의 레일압력을 감지하고 유량 측정과 레일압력제어를 위한 센서로서 이용된다. 레일압력센서는 레일의 앞쪽 끝에 장착되어 있다.

DDE-컨트롤 유닛은 레일압력센서에 5 V의 전원전압과 접지를 공급한다.

레일압력은 센서의 구멍을 통해 센서 엘리먼트가 부착된 다이어프램으로 유입된다. 다이어프램의 변형은 센서 엘리먼트를 통해 전기적인 전압으로 변환되어 DDE에 전송된다. 전압신호는 레일압력이 증가함에 따라 직선적으로 상승한다. 레일압력센서의 조정은 다양한 특성곡선의 애플리케이션을 통해 이루어진다.

고장처리

레일압력센서에서 DDE가 고장을 감지할 경우, DDE는 대체값을 출력하고 분사량을 제한한다.

레일압력 조절밸브

레일 압력 조절밸브는 전기적으로 트리거링되는 밸브로서 레일의 뒤쪽 끝에 설치되어 있다.

DDE에 의해 계산된 규정-레일압력을 조절하기 위해, DDE는 연료압력조절이 활성화된 상태에서 다양한 듀티율을 이용하여 레일압력 조절밸브를 트리거링한다. 빠져나간 연료는 레일압력 조절밸브에 의해 리턴라인으로 간다.

레일압력 조절밸브는 트리거링에 따라, 대량 또는 소량의 연료를 고압측에서부터 거의 무압력상태의 리턴라인으로 흐르게 한다. 리턴라인으로 연료가 많이 흐를 수록, 고압측의 압력형성이 더 낮아진다.

그림 1: 단면도 DRV3.2

레일압력 조절밸브의 트리거링을 통해 코일에 전류가 공급된다. 이를 통해 앵커플레이트가 잡아 당겨지고 스러스트 핀이 밸브 볼을 밸브시트에 압착한다. 밸브 볼이 밸브시트에 더 강하게 압착되면 될수록, 연료는 리턴라인으로 더욱 더 적게 흐를 수 있다.

듀티율, 제어 유량, 압력형성 그리고 체적 유량과 어떤 관련이 있는지는 다음 도표에서 알 수 있다:

레일압력 조절밸브에 전류가 공급되지 않으면, 밸브는 열려 있다. 이는 레일압력이 완전히 제거된다는 것을 의미한다.

N47-버전의 서로 다른 최대-레일압력으로 인해 다양한 레일압력 조절밸브-버전이 장착된다, 아래 도표 참조:

레일압력 조절밸브-버전의 작동원리는 원칙적으로 동일하며, 버전은 구조와 관련한 압력 조정만 차이가 있다.

고장처리

레일압력 조절밸브의 트리거링이 중단되거나 접지로 단락되면, 엔진 시동이 꺼진다.

DDE가 (+)로 단락을 감지하면, DDE는 분사량을 제한하고 유량 제어로 전환한다

유량제어밸브

유량제어밸브는 전기적으로 트리거링되는 밸브로서 고압펌프에 설치되어 있다. DDE에 의해 계산된 규정-레일압력을 조절하기 위해, DDE는 유량 제어가 활성화된 상태에서 다양한 듀티율을 이용하여 유량제어밸브를 트리거링한다.

유량제어밸브는 저압측으로부터 고압펌프의 고압측으로의 연료공급을 제어하며, 레일압력을 원하는 수준으로 조절한다. 유량제어밸브가 고압측으로 더 작은 양의 연료를 흐르게 하면 할수록, 고압펌프의 실린더는 더욱더 작게 채워진다. 그 결과 더 낮은 레일압력이 형성된다.

밸브를 통과하는 유량, 듀티율, 제어 유량, 그리고 압력형성은 다음과 같은 상관관계가 있다:

고장처리

유량제어밸브의 트리거링이 중단되어 있거나 접지로 단락되면, 유량제어밸브는 최대 공급으로 전환된다. DDE가 고장을 감지하고, 분사량을 제한하고 압력제어로 전환한다.

(+)로 단락시 엔진 시동이 꺼진다.

인젝터

엔진 모델에 따라 솔레노이드 밸브- 또는 압전소자-인젝터를 사용한다, 다음 도표 참조:

인젝터-버전에 상관없이 인젝터에는 레일에 존재하는 연료압력이 계속해서 작용한다. DDE-컨트롤 유닛에 의해 전기적으로 트리거링되어야만 연료가 연소실 안으로 분사된다.

전기적 트리거링

하이측(High Side) P_MVH (솔레노이드 밸브), 또는 P_PIH (압전소자)의 배선은 DDE-컨트롤 유닛에서 내부적으로 브리지되어 있지만, 각 인젝터는 고유의 핀과 배선을 통해 DDE-컨트롤 유닛과 연결되어 있다.

주의!

하이측 (High Side)에 고장이 발생하면, 연결된 배선으로 인해 각 배선에 고장원인이 있을 수 있다. 이 경우 모든 인젝터가 고장난다.

솔레노이드 밸브-인젝터에서 고장진단

솔레노이드 밸브-인젝터의 완벽한 진단을 위한 다음과 같은 방법이 있다:

• 전기적 진단: 고장메모리-정보
  
• 전기적 진단: 코일-저항의 측정
  
• 정숙운전 제어
  
• 측정기로 리턴량 측정
  

압전소자-인젝터에서 고장진단

압전소자-인젝터의 완벽한 진단을 위한 다음과 같은 방법이 있다:

• 전기적 진단: 고장메모리-정보
  
• 전기적 진단: 압전소자-저항의 측정
  
• 정숙운전 제어
  

압전소자-인젝터에서는 현재 리턴량의 측정이 불가능하다. 압전소자-인젝터에서는 원리와 관련하여, 리턴량이 실질적으로 솔레노이드 밸브-인젝터에서보다 더 작다.

주의!

압전소자-인젝터가 장착된 엔진에서 리턴되는 연료에 1차 공급압력이 인가된다! 이는 압전소자-인젝터 모드를 위해 필요하다.

서비스에 대한 지침

고압펌프의 교환

고압펌프를 교환할 경우, 전동식 연료펌프의 어댑테이션을 리셋해야 한다, 해당 서비스 기능 참조.

인젝터의 교환

하나 또는 다수의 인젝터를 교환할 경우, 인젝터 분사량 보정을 실행해야 한다, 해당 서비스 기능 참조.

레일압력 조절밸브의 교환

레일압력 조절밸브를 교환할 경우, 레일압력 조절밸브의 어댑테이션을 리셋해야 한다, 해당 서비스 기능 참조.