커먼레일을 적극 채택하고 있는 메이커들

Fiat      

1980년대 <Croma>의 정교함을 높이기 위해 커먼레일 최초 고안

w  제1세대 “Unijet”에 이어, 향후 2년내 제2세대 커먼레일 “Multijet”을 1.2ℓ 엔진에 채택 예정

Toyota  

w1.4ℓ형 커먼레일 엔진 a <Yaris>에 예정

w 2.4ℓ형 커먼레일 엔진 a 소형 상용차에 탑재 예정

w  3.0ℓ 4-cyl 커먼레일 엔진 a SUV용으로 개발 중

Mitsubishi

w  독자적인 직접분사 디젤 시스템을 개발 a 현재 <Shogun>에 채택 판매 중.  <Carisma>, <Space Star>에 채택하여 파리 모터쇼에 소개할 예정

a 하지만 향후 2,3년내에 Fiat 시스템을 사용을 가능성 有.

Nissan / Renault

w  Nissan: 현재 구체적 채택 계획은 없으나 Renault와의 연계로 영향을 받을 것.

w  Renault: 터보디젤을 대체하면서 <Laguna Sport>에 1.9ℓ dCi 채택했으며 <RXE>, <Monaco>도 채택 예정,   2.2ℓ dCi형 <Espace>에 탑재 예정

1.5ℓ 新엔진 패밀리 개발중 / 1ℓlow-emission 커먼레일 엔진 개발중

Mercedes-Benz

w  광범위한 커먼레일 채택 a 현재 A-class 1.7ℓ, C-class 220 6-cyl, E-class 220/320, V-class 220, M-class 270에 채택중

w  S-class 320 금년 출시 예정, 커먼레일 V-8 엔진 계획, <Smart>에도 채택 예정

BMW

w 현재 Rover75 320D에 채택, 하지만 3-series에는 보류중

w  출력이 향상된 320D 및 3-series에 탑재할 커먼레일 디젤엔진 개발

PSA

w  <Peugeot 406>에 커먼레일 최초 채택

w 206/306/406/806 HDI에 커먼레일 채택, 금년 HDI 1일 생산량 3천대까지 증가

w  구형 XUD 디젤 유닛이 점차 감소/ 소형 상용차, Peugeot 607 신형 등 점차 HDI 커먼레일 엔진 탑재 증가세.

w  1999년 10월 Ford와 디젤 엔진에 관한 4대 상호협력 조인: E공동 개발중인 소형 알루미늄 디젤엔진을 패밀리化 E제2세대 중형 사이즈 HDI 유닛의 기술 강화 I Ford/PSA 대형차用 V-형 엔진 패밀리 개발 I소형 상용차用 엔진 패밀리 확장 개발

VW

2.0ℓ 이하 엔진에서는 커먼레일 대신에 Pump/Injector 시스템 선호

하지만 Audi가 V-8 커먼레일 엔진 탑재

Opel

GM이 독자적인 VP44 DI 시스템을 투자 개발하여 <Vectra>에 장착

하지만 커먼레일을 채택 가능한 엔진 디자인을 갖추고 있으며 채택을 검토중

Ford

<Focus>에 1.8ℓ 커먼레일을 적극 검토하였으나 Bosch VP30최종 결정

2.2ℓ 이하 엔진에서 커먼레일의 이점을 크지 않다고 결론, 만족스러운 결과를 얻기까지 3~5년 연구가 필요할 듯

Ford가 커먼레일 채택에 참여한다면 Jaguar의 동참이 기대된다.

최근 PSA와의 공동 연구로 결국 커먼레일을 채택할 것이 확실시.

-디젤시장 전망        

w  영국 Automotive Industry Data의 “Diesel Car Prospects to 2003”에 따르면 서유럽 및 스칸디나비아 15개국을 연구한 결과, 디젤은 4년간의 침체기를 거친 끝에 다시 증가세로 돌아섰으며 시장 점유율이 1998년 25% 이하이던 것이 2003년 거의 33%까지 증가할 것으로 전망

w  초기 21세기 승용차용 디젤은 거의 직접분사 방식을 채택할 것

  3-cyl , 4-cyl는 로터리펌프 / 유닛인젝션 / 커먼레일 중 택1

 6-cyl, 8-cyl은 커먼레일을 채택하게 될 것이다.   

< 상세 내용 >

“커먼레일” 디젤 인젝션이라는 이름을 누가 붙였건 간에 이 이름은 최초의 명명자가 예상했던 것 이상의 더 많은 무언가를 말해주고 있다.  불과 2년 만에 커먼레일은 -- gasket line 밑을 아주 조금 변형함으로써-- 소음, harshness, 연비 및 배기의 수준을 감소하면서 디젤 성능을 향상시킨 “커먼 솔루션”이 되었다.

압축 점화 방식은 이제 예견되는 연비 및 환경적 요구를 달성하면서 정교함의 측면에서 가솔린 엔진과 경쟁할 수 있다.  근래에 어떤 주요 자동차 기술도 이렇게 단시간 내에 무수한 자동차 메이커에 걸쳐 생산 상황에 침투하지는 못하였다.

커먼레일은 1980년대 이탈리아 메이커 Fiat가 <Croma> 디젤 버전에서 정교함이 부족하다는 비판에 대응하기 위하여 고안하였다.  하지만 그 중요성과 잠재성이 로열티(royalty)의 방편으로 인식되면서 Fiat가 그 디자인을 Bosch社에 넘겼고 Bosch가 4년에 걸친 개발 끝에 생산 준비 상태로 발전시켰다.

커먼레일이 모든 타입에 채택 가능하며 디젤의 취약점을 고치는 만병통치약이라는 인식이 광범위하게 확산되면서, 기존에 커먼레일을 채택하지 않던 메이커들조차 채택 가능성을 검토 중이라는 입장을 표명하고 나왔다.  PSA는 고압 시스템에 대한 열의를 내보인 첫번째 자동차 제조사이다.  1997년 5월, PSA 중/대형차의 생산담당 이사인 Christian Priser는 커먼레일을 주요 전략으로 삼아 VW로부터 디젤의 리더 자리를 되찾으려는 캠페인을 유럽에서 펼칠 것이라고 발표하였다.  커먼레일은 처음 <Peugeot 406>에 탑재되었다.  Priser는 언급하길, 독일회사 VW가 다각도로 직접분사 방식으로의 지름길을 찾은 반면 프랑스회사 PSA는 커먼레일이 진정한 길이라고 믿었다.  PSA는 206, 306, 406, 806 HDI 모델에 커먼레일을 채택하는 등 적극적으로 볼륨을 높이며 본 방식을 옹호하였다.

1997년 프랑크푸르트 쇼에서 PSA의 견해는 확인되었다.  Alfa Romeo가 선보인 <156>계 모델은 1.9ℓ 4-cyl과 2.4ℓ 5-cyl 커먼레일 유닛을 채택하였다.  Mercedes-Benz는 C-class에 커먼레일을 적용하겠다는 계획을 발표하였다.  Renault와 Opel은 신 기술을 적용한 엔진에 관한 언급을 하였다.  Toyota는 더욱 진척된 모습을 보였는데, 연비 3ℓ/100km (94.2mpg) 달성을 위한 소형차용 1.5ℓ, 일반 승용차를 위한 2.0ℓ, 소형 상용차를 위한 2.4ℓ 커먼레일 유닛을 선보였다. 

Bosch는 1997년 6월 동사의 Bari 공장에서 고압 펌프 시리즈 생산에 착수하였다.  다른 컴포넌트는 오스트리아 Bamberg, 프랑스 Mondeville, 독일 Homburg, Reutlingen, Salzgitter 등지의 공장에서 생산되었다.  1999년이 저물기 이전에 동사는 1백만 번째 커먼레일 시스템 생산을 돌파하였다.

이탈리아에서는 Alfa Romeo의 선구적인 <156>에 뒤이어 Fiat와 그 계열사인 Lancia가 특허를 가진 커먼레일 1.9ℓ 4-cyl와 2.4ℓ 5-cyl 엔진이 실용화되었다.  Fiat 내부에서 유니젯 (Unijet)이라고 명명된 제1세대 방식은 이미 제2대인 멀티젯 (Multijet)에 의해 대체 예정인데 이 멀티젯은 향후 2년 내에, 특히 1.2ℓ 엔진에 처음 적용되면서 등장할 것으로 계획되고 있다.

Fiat 그룹은 여전히 전통적인 디젤 영역을 유지하고 있지만 곧 전체적으로 커먼레일이 이를 대체할 것이다 ?이는 일단 커먼레일 채택을 시작했고 커먼레일 솔루션의 인기 상승에 힘입어 막대한 수입을 즐기게 될 Fiat의 입장으로서는 적절한 상황이라고 할 수 있다.  얼마나 막대한?  Fiat는 절대 구체적인 숫자를 언급하지 않았다.

Toyota는 프랑크푸르트에서 커먼레일에 관한 의도를 대담하게 발표한 데 이어 D4D 2.0ℓ 커먼레일 엔진을 탑재한 <Avensis>를 생산하였고 향후 더 많은 Toyota 엔진이 예상되고 있다.

1.5ℓ형은 1.4ℓ형으로 스케일이 작아져서 현재 “올해의 차 (Car of the Year)”로 선정된 <Yaris>에 탑재될 예정이다.  2.4ℓ형은 적어도 한 종류의 Toyota 소형 상용차에 탑재될 것이며 3.0ℓ 4-cyl형 커먼레일 엔진은 Toyota 新 SUV용으로 현재 개발 진행중이다.  “커먼레일 디젤의 풀 라인업을 가지고 있다”고 Toyota는 말한다.

지금까지의 짜맞추기식 기술 이전을 벗어나 일본에서는 새로운 커먼레일 움직임이 일고 있다.  Mitsubishi는 독자적인 직접분사 디젤 시스템을 보유하고 있는데 본 시스템은 로열티 지불이 필요 없는 커먼레일을 채택했다고 동사는 주장한다.  이 커먼레일 유닛을 채택한 <Shogun>이 이미 일본에서 판매 중이며 또한 같은 Mitsubishi 독자 유닛을 사용한 <Carisma>와 <Space Star>는 금년 9월에 있을 2000년 파리 모터쇼에서 소개될 예정이다.  하지만 Mitsubishi는 향후 2,3년 내에 <Pinin>에 Fiat의 커먼레일 디젤엔진을 사용할 가능성이 있는 것 같다.

Nissan은 공식적으로 “연구진행중인 다양한 기술 중의 하나”로 커먼레일을 간주하지만 현재의 차종에 커먼레일을 채택할 것 같지는 않다.  대신 근시일 내에 Renault와의 연계에 따라 Nissan의 디젤 정책이 영향을 받을 것임에 틀림없다.  Renault는 최신 <Laguna Sport> 버전에 커먼레일을 채택, 본 차는 기존의 100ps 터보디젤을 대체하여 110ps 1.9ℓ dCi를 장착하였다.  이 새 1.9ℓ dCi 유닛은 또한 현재 <RXE>와 <Monaco> 형에서 쓰이고 있는 2.2ℓ 터보디젤을 대체하여 탑재될 것이며 2.2 dCi형도 곧 <Espace>에 탑재 예정이다.  “다가오는 10년의 초기 몇 년”을 위한 1.5ℓ 新엔진 패밀리도 개발중이며 1ℓ 정도의low emission 커먼레일 엔진이 또한 개발중에 있다.

독일의 고급 자동차 메이커들은 열정적으로 커먼레일을 수용해왔다.  Mercedes Benz는 전 차종에서 기존 디젤엔진을 커먼레일로 대체하여 왔다.  “커먼레일은 파워, 정교함, 연비, 배기가스 등 모든 측면에서 한 발 앞서 있다”고 M/B는 말한다.

현재 M/B는 A-class 1.7ℓ, C-class 220 6-cyl, E-class 220 / 320 모델과 V-class 220, M-class 270에 커먼레일을 채택하고 있다.  320 커먼레일 유닛을 채택한 S-class 한 종이 올해 출시될 것이며 V-8엔진이 또한 계획되어 있다.  다른 스케일에서는 소형 <Smart>가 커먼레일 디젤을 선택 예정이다. 

BMW의 V8 디젤

Chrysler 차종에 커먼레일

BMW 또한 주도적인 커먼레일의 대표주자로 떠올랐다.  동사의 530D 6-cyl 형은 지금까지 가장 정교한 디젤 엔진으로 각광 받고 있다.  Munich는 또한 740D의 V-8 엔진에 커먼레일을 채택하였다.  740D는 오직 LHD에만 적용 가능한데, RHD 시장에서 팔리는 낮은 숫자형에는 엔지니어링 투자를 할 이유가 적합치 않기 때문이다.

차세대 <Range Rover> 형이 이 커먼레일 채택 V-8 디젤을 사용할 것이라는 소문이 확실함에도 불구하고 공식적인 확인은 나오지 않았다.

BMW는 소형 엔진에 관해서는 입장이 명확하지 않다.  동사는 320 커먼레일 유닛을 가지고 있으나 본 유닛이 BMW의 성능에 필수적인 출력 140ps와 충분한 인젝터 압력을 생성하지 못하는 이유로 <3-series> 탑재는 보류하고 있다.  하지만 본 엔진은 <Rover75>의 320D 버전에 탑재되었는데 영국적인 스포츠카에 적합한 출력과 정교함을 조화롭게 제공하기 때문이다.

하지만 BMW의 어플리케이션에 적합하도록 파워풀한 320D을 만들고 동시에 Rover 역시 고성능을 내도록 하는 후속 작업이 계속될 것이라고 BMW는 말한다.   “우리는 3-series에 탑재할 커먼레일을 연구하고 있으며 우리의 디젤은 커먼레일의 방향으로 갈 것”이라고 동사는 말한다.  “우리는 커먼레일에 전념할 것이며 이것이 나아갈 방향이라고 생각한다.”

현 단계에서 모든 독일 메이커가 커먼레일을 완전히 확신하는 것은 아니다.

VW그룹은 2.0ℓ 이하의 엔진에 커먼레일을 채택하지 않으며 대신 PD (pump/injector 시스템으로 독일어의 Pumpe-Duese를 줄여 PD로 약칭함) 고압 시스템을 선호한다.  그 첫번째 실례로 올해 기존의 110ps 엔진을 대체하면서 1.9ℓ TDI 115ps 유닛을 선택하였다.

Audi의  트윈 터보차지 3.3ℓ  V8 TDI엔진

커먼레일로의 결정이 현재로는 시간 문제인 듯 보이지만 Opel 역시 현재까지 커먼레일을 선호하고 있지 않다.  GM이 이미 독자 VP44 DI 시스템 개발에 투자, 본 시스템은 승용차에 최초로 선보인 DI 4-valve 디젤 테크놀러지 <Vectra>에 채택되어 1996년 등장한 바 있다.  하지만 Opel의 독일 Russelsheim 공장이 커먼레일을 명백히 배제한 것은 아니다.

“커먼레일 인젝션으로 바꾸려는 계획을 당장 가지고 있는 것은 아니지만 동사의 엔진은 필요하다면 커먼레일 인젝션으로 바꾸는 것이 가능하도록 디자인되어 있다.  현재 커먼레일이라는 옵션을 평가하고 있는 상태이기 때문에 현 단계로서는 향후 제품을 단언할 수 없다.”

Ford는 더구나 핵심 모델 개발 중 결정적인 순간에 커먼레일을 거부하였다.  동사는 <Focus>에 채택하기 위해 기존 방식과 동등하게 1.8ℓ 커먼레일을 적극적으로 테스트하였지만 기존대로 Bosch VP30 인젝터 펌프를 사용하기로 결정하였다.  커먼레일은 1250+ bar를 생산한 반면, Bosch 인젝터 펌프는 900 bar의 압력을 냈는데 Ford가 당시 요구하던 <Focus> 타겟 제원에는 후자가 적합했던 것이다.

“우리가 결론을 내린 바로는, 커먼레일은 2.2ℓ 미만의 엔진에서는 그 이점이 더 높지 않다.”  엔진기술 담당자인 Andrew Shackleton은 당시 말하였다.  “우리는 다양한 엔진에 커먼레일을 적용, 실험하였다.  많은 사람들은 커먼레일 방식을 좋아했지만 그 이점은 보다 대형인 엔진에서 발휘되었고 소형 유닛의 경우에는 완전히 검증되지 않았다.”

Ford는 커먼레일 작업을 계속하고 있으며 그 기술이 충분히 개발된다면 <Focus>에 탑재할 수도 있다고 그는 덧붙였다.

포드는 결국 커먼레일을 선호하게 될 것으로 보인다.  포드는  PSA와 동의서를 체결하고 디젤엔진에 관한 특정 4개 분야에서 상호협력하기로 합의하였다.  그 분야는 현재 공동 개발중인 소형 알루미늄 디젤을 패밀리로 확대하는 것을 포함, 제2세대 중형 사이즈 HDI 유닛의 기술 강화, Ford/PSA 대형차에 탑재할 V-형 엔진 패밀리, 소형 상용차 엔진 패밀리의 확장 등이다.

포드와 마즈다가 커먼레일을 결정한다면 커먼레일 클럽에 풀 멤버쉽이 결성될 것이다. 포드가 참여한다면 또한 재규어의 동참을 예상할 수 있다. 한편, 커먼레일에 대한 시장의 요구는 점점 높아지고 있다.  지난 가을 Metz 근교에 위치한 Tremery 대형 공장 내의, 세계 최대 디젤 엔진 시설인 PSA 커먼레일 조립장은 올해 두 번째 조립 라인을 미뤄둔 채, 사상 처음으로 주말 교대를 실시하였다.  만약 시장의 수요가 계속된다면 주말 작업은 계속될 것이다.

HDI 커먼레일 유닛은 올해 일일 생산량 3천대까지 증가하였고, 구형 XUD 디젤 유닛이 점차 퇴출 정리되면서 HDI가 소형 상용차 및 2.2ℓ Peugeot 607 신형차를 포함, 더 많은 PSA 모델에 사용되고 있다.

만약 Ford와의 최근 제휴를 통해 유럽에서 PSA가 다시 디젤에서 우위를 점하게 된다면 PSA의 커먼레일 증가 계획은 가장 좋은 시기를 맞이한 것으로 보인다.  영국의 Automotive Industry Data의 리서처인 Peter Schmidt는 서유럽 및 스칸디나비아 15개국의 시장을 연구 분석한 통계 자료 ‘Diesel Car Prospects to 2003’를 감수하였는데, 그에 따르면 서유럽에서 디젤의 장기 수요는 4년간의 침체 끝에 다시 증가세로 돌아섰으며 디젤이 자동차 시장에서 차지하는 점유율은 1998년 25% 이하이던 것이 2003년 거의 33%까지 성장할 것으로 보인다는 것이다.

“장기적으로 디젤이 시장에 침투하게 될 것이라는 예측은 결국 맞아떨어졌으며 이로써 업계가 품어온 오래된 몇몇 회의적인 시각을 잠재웠다.  기술적인 측면에서 보면, 새 천년의 시작에 판매될 승용차용 디젤의 거의 모두가 직접분사 방식을 채택할 것이다.  3-cyl 및 4-cyl 유닛은 기존의 로터리 펌프, PD 시스템 같은 유닛 인젝션 시스템, 또는 커먼레일 시스템 중에서 하나를 채택하게 될 것이다.  6-cyl와 8-cyl 디젤은 실질적으로 커먼레일을 채택하게 될 것”이라고 Schmidt는 말한다.

“DI 가솔린 엔진의 가장 최신 기술조차도 업계가 말하는 연비의 가장 우수한 수준에 완전히 도달하지 못할 것으로 전문가들은 예견하고 있다.” @

디젤 엔진에 사용되는 분사 시스템은 향후 미션 및 소음 기준을 충족하는 데 매우 중요한 역할을 한다.  여기서 가장 결정적인 요인은 현재 가능한 수준 이상으로 훨씬 정확하게 분사과정을 컨트롤하고 훨씬 더 정교하게 엔진의 필수사항과 매치할 수 있는 능력이다.  향후에는, Piezo injectors가 그 해결책을 제공할 수 있을 것이다.  Mercedes의 CDI 엔진은 현재 솔레노이드 밸브가 컨트롤하는 인젝터를 채택하고 있으나 이를 Piezo units로 대체할 예정.  결과적으로 변속 속도가 10배 증가할 것이다.

Piezo injectors

◀ Delphi의 Direct injection fuel system

현재의 디젤 시스템은 open-loop 방식으로 연료를 측정하면서 엔진 컨트롤 유닛에 피드백을 주지 않는다.  하지만 Delphi가 특허를 낸 ion-sense closed-loop 기술은 연소의 시작을 감지할 수 있다 (Pilot 분사가 있을 경우 포함).  엔진 컨트롤 모듈은 이 정보를 이용하여 연소실로 보낼 연료를 정확하게 시작하고 측정할 수 있다.  이로써 3~4% 토크가 증가하고 소음이 3~5 decibel 감소하며, 연비는 2~3% 향상하는 이점을 얻을 수 있다고 한다.  PM 또한 10~20% 감소하며 NOx는 15~25% 감소했다고 한다.

커먼레일 인젝터, 고압 연료 펌프, 배기가스 후처리, EGR 밸브, mass & pressure air-flow 센서, 전자 컨트롤 유닛, 피드백 컨트롤을 위한 diesel ion-sense glow-plug 센서가 본 시스템을 구성한다.  Delphi는 본 시스템의 주요 부품을 공급하며 또한 독립적으로 시스템 완성품을 유럽 생산 차량에 적용한다.  본 시스템은 글로벌 차량 플랫폼에 사용될 수도 있다.

특히 이온 센스 시스템이 재빠르게 모든 공기/연료 관련 문제점을 진단해 내기 때문에, 본 엔진 컨트롤러가 유럽의 최신 on-board 진단 요건과 부합하는 등의 이점이 있다고 Delphi는 말한다.  본 컨트롤러는 엔진이나 펌프에 채택 가능하다