[논문]상용차 디젤의 연료분사장치 유닛 인젝터 핵심부품인 스필 밸브의 성능 복원 관한 연구

이충근; 이정호; 이대엽

doi:10.7467/ksae.2017.25.3.389

[국내논문] 상용차 디젤의 연료분사장치 유닛 인젝터 핵심부품인 스필 밸브의 성능 복원 관한 연구
A Study on Restoration Technology of Unit Injector Spill Valve for Injection System of Commercial Diesel Engine 원문보기

한국자동차공학회논문집 = Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers, v.25 no.3, 2017년, pp.389 - 396

이충근 (인하대학교 대학원 건설기계공학과) , 이정호 (인하대학교 대학원 기계공학과) , 이대엽 (인하대학교 대학원 기계공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Restorations of automotive parts have been done ever since the first vehicle was produced. Because the most expensive parts of a vehicle are in the engine system, there have been various restoration methods developed for engine parts. In the case of commercial diesel engines, the fuel injection device is a key and expensive component. It also has a significant effect on vehicle performance. In particular, reduced engine power and increased exhaust gas emissions may result from mechanical damage due to abrasion of the spill valve in the fuel injection system of a diesel engine. In this paper, restoration techniques for damaged parts are applied to restore the abrasion of a spill valve of fuel injection, also called as the "unit injector", of commercial diesel engines. In order to recover the damage, optimized polishing techniques using hard-metal and coating processes are applied. To evaluate restoration techniques for the spill valve, performance and durability tests are performed on a test bench.

Keyword

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 대기 환경오염의 주원인으로 주목받고 있는 대형 상용차량 디젤엔진의 핵심 부품인 유닛 인젝터의 성능 복원 기술 개발을 통하여 성능이 부족한 부품의 신속한 교체 유도로 유해 배출가스 발생을 줄이고, 모듈단위 교체에 따른 소비자의 경제적 부담을 줄이고 단품 수준에서의 성능 복원 기술 개발을 구현함으로써 배기가스개선 효과를 얻고자 한다.
본 연구에서는 상용 디젤엔진의 핵심 부품인 유닛 인젝터 스필 밸브의 기계적 마모와 피로 누적에 대한 파손 부위의 기능을 복원하기 위하여 최적화된 연마 기술과 코팅 기술을 적용하고 성능을 평가함으로써 최적의 복원 기술을 연구하고자 하였다. 또한, 복원 기술이 적용된 스필 밸브의 품질 평가를 위하여 내구성 시험 이후의 성능을 평가함으로써 현장에서 적용 가능한 복원기술을 확보하는 것을 목표로 연구를 수행하였다.
본 연구에서는 상용 디젤엔진의 핵심 부품인 유닛 인젝터 스필 밸브의 기계적 마모와 피로 누적에 대한 파손 부위의 기능을 복원하기 위하여 최적화된 연마 기술과 코팅 기술을 적용하고 성능을 평가함으로써 최적의 복원 기술을 연구하고자 하였다. 또한, 복원 기술이 적용된 스필 밸브의 품질 평가를 위하여 내구성 시험 이후의 성능을 평가함으로써 현장에서 적용 가능한 복원기술을 확보하는 것을 목표로 연구를 수행하였다.

제안 방법

본 실험에서는 신품 유닛 인젝터와 스필 밸브만을 복원한 샘플로 교체한 유닛 인젝터를 사용하여 성능을 비교하였다. 실험 대상 인젝터는 델파이사의 10 L급 상용 디젤엔진용이고, 시험기의 제원은 Table 6과 같다.
본 연구에서는 10 L급 상용차 디젤엔진용 연료분사장치 EUI(Electronic Unit Injector) 스필 밸브 마모부분의 성능 복원을 위하여 연마와 폴리싱 공정을 적용한 후 코팅 공정을 적용하였으며, 성능 복원 기술에 대한 현장 적용 가능성을 평가하기 위하여 복원된 스필 밸브에 대한 내구 시험을 수행하고 내구 시험 후 성능평가를 다시 진행하였다. 이상의 과정을 거쳐 다음과 같은 결론을 도출하였다.

대상 데이터

본 연구에서는 2002년부터 출하된 10 L급 이상의 상용 디젤 엔진에 장착된 유닛 인젝터를 재제조 하는 과정에서 성능 복원을 위한 대상 부품 및 기술을 선정하였다. 사용 후 상용 디젤 유닛 인젝터의 성능 복원을 위해서 해당 유닛 인젝터의 고장모드 분석을 수행하였다.

성능/효과

2)이상이 있는 스필 밸브를 확대 분석한 결과, 스필 밸브 주 마모 부위는 Table 5의 상단 원형 표시 부분의 45° 경사면이 거칠게 마모되거나 파손되면서 연료 분사 불량이 나타나는 것으로 파악되어 이 부분의 가공과 표면처리를 통한 기능 복원이 스필 밸브의 성능 복원에 주요 인자로 파악되었다.
3)스필 밸브의 파손 부위의 초기 형상 확보를 위하여 파손된 경사면을 가공한 후 연마를 통해 경사면을 확보하였으며 가공에 따른 스필 밸브의 길이 감소는 성능에 영향을 미치지 않는 것으로 파악되었다.
5)TiN 코팅과 TiCN 코팅의 경우 코팅 초기 성능은 만족하였으나 내구 시험 후 분사량이 불균일하게 나타나는 문제점이 나타났으며 , DLC 코팅을 적용한 경우는 내구 시험 후에도 성능 기준을 만족한 것으로 나타났다.

후속연구

본 연구에서는 상용 디젤엔진 유닛 인젝터의 재제조 공정 중 스필 밸브에 대한 성능 복원을 위하여 제한적이지만 적용 가능한 연마 기술과 코팅 기술을 제시하였으며, 재제조 유닛 인젝터의 재제조율 향상을 위한 요소 기술로 활용될 수 있을 것으로 예상하고 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	스필 밸브의 마모나 피로에 의한 기계적 손상은 무엇으로 이어지는가?	상용 디젤엔진 유닛 인젝터의 불량은 유해 배기가스 증가에 직접적으로 영향을 주는 것으로 파악되고 있으며, 특히 유닛 인젝터의 핵심부품인 스필 밸브의 마모나 피로에 의한 기계적 손상이 직접적으로 엔진 출력 저하 및 매연 발생 증가로 이어진다. 유닛 인젝터의 구동 메커니즘은 두 단계로 구분할 수 있다.
	유닛 인젝터의 구동 메커니즘은 어떻게 구분되는가?	유닛 인젝터의 구동 메커니즘은 두 단계로 구분할 수 있다. 먼저 로커 암으로부터 전달되는 동력이 플런저를 구동하여 연료의 압력을 발생시키는 펌핑 엘리먼트와 컨트롤 신호에 의해 작동되는 솔레노이드와 여기에 연결된 스필 밸브를 통하여 연료를 공급하는 제어 엘리먼트로 구성된다.1)
	디젤엔진이 대기 오염을 악화시키는 주요 요인으로 지적되는 이유는 무엇인가?	디젤엔진은 가솔린엔진보다 연료 효율이 높고 일산화탄소와 탄화수소의 배출량이 적지만 진동과 소음이 크고 질소산화물과 미세먼지의 발생량이 많아 대기 오염을 악화시키는 주요 요인으로 지적되고 있다. 특히 상용차량의 경우 노후한 엔진에서 나오는 유해 배출가스는 대기 환경오염의 주된 원인으로 지적되고 있다.

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원문보기 상세보기
D. H. Kim, A Study on Friction and Wear Characteristics of DLC Coating Used for Machine Elements/TD 629.11-12-214, 2012.

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