EMD 645
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1. 개요
EMD 645는 1965년에 생산을 시작한 2행정 V형 디젤 엔진 시리즈이다. 실린더 보어를 늘려 배기량을 증가시켰으며, 루츠 블로워 또는 터보차저를 사용하여 실린더 스캐빈징을 했다. 645 엔진은 다양한 기통수와 과급 방식에 따라 여러 모델로 생산되었으며, EMD의 40 시리즈 기관차와 38, 39 시리즈 기관차에 광범위하게 사용되었다. 대한민국에서는 2100호대, 3000호대, 3200호대 등 한국철도공사 디젤 기관차에 탑재되었다.
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| EMD 645 | |
|---|---|
| 엔진 정보 | |
| 이름 | EMD 645 |
| 별칭 | E-엔진 및 F-엔진 |
| 제조사 | 제너럴 모터스의 일렉트로-모티브 디비전 |
| 생산 기간 | 1965–1983; 1990년대까지 제한적인 생산 |
| 이전 모델 | EMD 567 |
| 다음 모델 | EMD 710 |
| 구성 | 45° Vee in V6, V8, V12, V16, 또는 V20 |
| 배기량 | 실린더당 |
| 블록 | 평평하고, 성형 및 압연된 구조용 강철 부재와 강철 단조품이 용접 구조물로 통합됨 |
| 실린더 헤드 | 주철, 실린더당 1개 |
| 밸브 트레인 | 각 실린더 라이너의 흡기 포트, 각 실린더 헤드의 배기 밸브 4개 |
| 압축비 | 14.5:1 |
| 과급기 | 루트식 블로워 1개 또는 2개 |
| 터보차저 | 클러치 구동식 단일 |
| 연료 시스템 | 유닛 인젝터 |
| 엔진 관리 | 기계식 (Woodward 조속기) |
| 연료 종류 | 디젤 |
| 오일 시스템 | 강제 윤활 시스템, 웨트 섬프 |
| 냉각 시스템 | 액체 냉각 |
| 공회전 속도 | 200 |
| 최대 회전수 | 950 |
2. 역사
645 시리즈 엔진은 1965년에 생산에 들어갔다. 567 시리즈가 마력 증가의 한계에 도달함에 따라 더 큰 배기량이 필요했다. 기존 567 시리즈의 보어를 약 20.32cm에서 약 22.86cm로 늘렸으며, 동일한 스트로크와 데크 높이를 유지했다. 567C 및 이후 엔진(또는 567AC 또는 567BC 엔진)은 파워 어셈블리와 같은 645 시리즈 서비스 부품을 사용할 수 있다.
EMD 645 엔진은 45도 V형 2행정 기관으로, 슈퍼차저(루츠 블로워) 또는 터보차저를 사용한다. 연료 분사 방식은 직접 분사 방식이며, 4개의 밸브를 사용한다. 엔진의 회전 방향은 반시계 방향이며, 최대 회전 수는 900RPM이다. 압축비는 14.5:1이다.
모든 645 엔진은 루츠 블로워 또는 터보차저를 이용한 실린더 스캐빈징을 사용한다. 터보차저 엔진의 경우, 터보차저는 기어 구동 방식이며 저속 엔진 속도에서는 원심 블로워 역할을 하고 고속에서는 순수 배기 구동 터보차저 역할을 할 수 있는 오버러닝 클러치를 가지고 있다. EMD는 이 설계가 연료 소비와 배출량을 줄이고 고고도 성능을 개선하며, 동일한 엔진 배기량에 대해 루츠 블로워 엔진보다 최대 정격 마력을 최대 50%까지 증가시킬 수 있다고 주장한다. 자연 흡기식 엔진의 마력은 일반적으로 평균 해수면 위 약 304.80m당 2.5%씩 감소하며, 약 3048.00m 이상의 고도에서 운행하는 경우 25%의 출력 손실로 이어질 수 있다. 터보차징은 이러한 출력 감소를 효과적으로 제거한다.
645 시리즈의 최대 엔진 속도는 분당 900~950회전(rpm)이며, 567 시리즈의 최대 속도인 800~900rpm보다 증가했다. 900rpm의 엔진 속도는 60Hz 고정식 발전기 응용 분야와 60Hz, 480볼트 3상 "헤드 엔드 파워" 시스템을 갖춘 특정 여객 기관차에 필수적이었다. 645F 엔진의 950rpm 최대 속도는 너무 높은 것으로 입증되어 신뢰성을 저해했고, 대체 엔진인 710G는 900rpm 최대 속도로 되돌아갔다.
EMD는 16-645E3 엔진의 현장 테스트를 위해 1964년 7월에 SD40 데몬스트레이터(번호 434)를 제작했다. 1965년에는 다른 8대의 SD40 데몬스트레이터와 GP40 데몬스트레이터를, 1965년 12월과 1966년 1월에는 20-645E3 엔진의 현장 테스트를 위해 3대의 SD45 데몬스트레이터를 제작했다.
1965년에 645 엔진이 생산에 들어갔을 때, 새로운 기관차 모델의 대규모 시리즈가 도입되었다. 터보차저 버전은 EMD의 ''40 시리즈'' (GP40, SD40 및 SD45)에서 3000hp 16기통 형태와 3600hp 20기통 형태로 사용되었다. EMD는 또한 루츠 블로워 ''38 시리즈''( GP38, SD38)와 터보차저 12기통 ''39 시리즈''( GP39, SD39)를 도입했다. GP38-2와 SD40-2는 이 시리즈에서 가장 인기 있는 모델이 되었다.[2]
645계 엔진은 1965년에 567계 엔진의 발전형으로 발표되었다. 567계 엔진의 스트로크는 그대로 유지하면서, 보어를 확대하였고, 엔진 회전수는 분당 800~835회전에서 900회전으로 상승했다. 형식명 "645"는, 1기통당 배기량 645입방 인치에서 유래되었다.
이 엔진이 처음 탑재된 디젤 기관차는, 16기통 3,000마력으로 구성된 GP40 및 SD40과, 20기통 3,600마력으로 구성된 SD45였다.
3. 기술적 특징
645 시리즈 엔진은 1965년에 생산을 시작했으며, 567 시리즈의 보어를 약 20.32cm에서 약 22.86cm로 늘려 배기량을 증가시켰다. 567C 및 이후 엔진은 645 시리즈 서비스 부품을 사용할 수 있다.
645 엔진은 루츠 블로워 또는 터보차저를 사용한다. 터보차저 엔진은 저속에서는 원심 블로워, 고속에서는 배기 구동 터보차저 역할을 하는 오버러닝 클러치를 가지고 있다. EMD는 터보차저 설계가 연료 소비와 배출량을 줄이고, 고고도 성능을 개선하며, 최대 정격 마력을 최대 50%까지 증가시킬 수 있다고 주장한다.
자연 흡기식 엔진은 고도 약 304.80m 상승 당 2.5%씩 출력이 감소하지만, 터보차징은 이러한 출력 감소를 효과적으로 제거한다.
645 시리즈의 최대 엔진 속도는 900~950rpm이며, 645F 엔진의 950rpm 최대 속도는 신뢰성을 저해하여 710G 엔진에서는 900rpm으로 되돌아갔다.
EMD는 1964년에 SD40 데몬스트레이터(번호 434)를 제작하여 16-645E3 엔진의 현장 테스트를 진행했으며, 1965년에는 SD40 및 GP40 데몬스트레이터를 추가로 제작했다. 1965년에는 20-645E3 엔진 테스트를 위한 SD45 데몬스트레이터도 제작되었다.
1965년 645 엔진 생산과 함께, EMD는 ''40 시리즈''( GP40, SD40, SD45), ''38 시리즈''( GP38, SD38), ''39 시리즈''( GP39, SD39) 등의 새로운 기관차 모델을 도입했다. GP38-2와 SD40-2는 이 시리즈에서 가장 인기 있는 모델이 되었다.[2]
645 시리즈 엔진은 모델 설계를 10씩 증가시키는 EMD의 모델 명명 규칙을 따랐다(40, 50, 60, 70 시리즈). 12기통 버전은 숫자가 1씩 감소했고(39, 49, 59 시리즈), 루츠 블로워 버전은 2씩 감소했으며(38 시리즈), 더 높은 마력 버전은 5씩 증가했다(45 및 75 시리즈).
모든 645 엔진은 2행정 45도 V형 엔진으로, 각 실린더는 645cuin의 배기량을 가진다. 보어는 약 22.86cm이고, 스트로크는 약 25.40cm이며, 압축비는 14.5:1이다. 실린더 헤드에는 4개의 포핏형 배기 밸브와 흡입 공기 스캐빈징 포트가 있는 단류 설계를 사용한다. 각 뱅크당 하나의 싱글 오버헤드 캠샤프트를 사용하며, 배기 밸브는 두 개의 캠 로브와 유닛 인젝터를 작동하는 하나의 캠 로브에 의해 작동된다.[3] 1995년 이후의 710 엔진은 전자 유닛 인젝터를 사용하지만, 캠샤프트 구동 피스톤 펌프를 사용한다.
각 V형 쌍의 실린더는 서로 정반대에 위치하며, 커넥팅 로드는 포크 앤 블레이드 배열을 갖추고 있다. 제너럴 일렉트릭의 GE 7FDL 및 7FDM 엔진은 "관절형" 마스터-슬레이브 커넥팅 로드를 사용한다.[4] 엔진은 단일 또는 트윈 루츠 블로워, 또는 단일 기계식 보조 터보차저를 갖추고 있다.
파워 어셈블리는 개별적으로 교체 가능하며, 엔진 블록은 평평하고 성형되고 압연된 구조용 강철 부재와 강철 단조품으로 만들어져 용접되므로 기존 작업장 도구를 사용하여 쉽게 수리할 수 있다.
| ID | 실린더 수 | 유도 방식 | 정격 RPM | 출력 (마력) | 출력 (MW) | 출시 | 적용 분야 | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 8-645C[9] | 8 | 송풍기 (1) | 900 | 1100 | 0.8 | 1965 | G18AR, 뉴질랜드 DBR급 | |
| 6-645E | 6 | 송풍기 (1) | 900 | 750 | 0.6 | 1967 | 빅토리안 철도 Y급 (G6B) | |
| 8-645E | 8 | 송풍기 (1) | 900 | 1000 | 0.75 | 1966 | SW1000, SW1001, V/Line P급, 빅토리안 철도 T급 (3차 시리즈) / H급, CIE 201급 (개조), Renfe 310급 | |
| 12-645E | 12 | 송풍기 (2) | 900 | 1500 | 1.1 | 1966 | MP15DC,[10] MP15AC, G22, SW1500, SW1504, GP15-1, GP15AC, CIE 001급 (개조), 영연방 철도 NJ급, MV Liberty Star, SJ T44급 | |
| 16-645E | 16 | 송풍기 (2) | 900 | 2000 | 1.5 | 1966 | GP38, GP38-2, SD38, SDP38, SD38-2, NSWGR 422급, 빅토리안 철도 X급 (2차 & 3차 시리즈), G26, Renfe 319급 | |
| 8-645E3 | 8 | 터보차저 | 900 | 1650 | 1.2 | MP15T, FGC 254 시리즈 | ||
| 12-645C | 12 | 송풍기 (2) | 900 | 1650 | 1.2 | G22AR, 뉴질랜드 DC급 | ||
| 12-645E3 | 12 | 터보차저 | 900 | 2300 | 1.7 | 1968 | GP39, GP39-2, SD39, SDL39, CIE 071, GT22, 영국 철도 57/0 & 57601 | |
| 16-645E3 | 16 | 터보차저 | 900 | 3000 | 2.2 | 1965 | GP40, GP40-2, GP40P, GP40P-2, GP40TC, SD40, SD40A, SD40-2, SD40T-2, SDP40, SDP40F, F40PH, 영연방 철도 CL급 (원본), 호주 국립 AL급 (원본), WAGR L급, VR C급, GT26CW, DSB MZ급 (1–2 시리즈)[11] | |
| 20-645E3 | 20 | 터보차저 | 900 | 3600 | 2.7 | 1965 | SD45, SD45-2, SDP45, F45, FP45, DDM45, DSB MZ급 (3–4 시리즈)[11] | |
| 16-645E3A | 16 | 터보차저 | 950 | 3300 | 2.5 | 1969 | DDA40X (듀얼 엔진), Renfe 333급 | |
| 20-645E3A | 20 | 터보차저 | 950 | 4200 | 3.1 | 1970 | SD45X | |
| 8-645E3B | 8 | 터보차저 | 904 | 1514-1666 | 1.1-1.2 | 계획 | ||
| 12-645E3B | 12 | 터보차저 | 904 | 2380-2570 | 1.8-1.9 | JT22CW, V/Line A급, V/Line N급 (2차 시리즈), | ||
| 16-645E3B | 16 | 터보차저 | 904 | 3195-3390 | 2.4-2.5 | F40C, 뉴사우스웨일스 81급 기관차, 호주 국립 BL급, V/Line G급 (원본), NSB Di 4, DSB ME급,[11] M62M Rail 폴스카 | ||
| 20-645E3B | 20 | 터보차저 | 904 | 3765-3960 | 2.8-3.0 | SD45T-2 | ||
| 8-645E3C | 8 | 터보차저 | 904 | 1500 | 1.1 | GP15T[12] | ||
| 12-645E3C | 12 | 터보차저 | 900 | 2510 | 1.8 | V/Line N급 (1차 시리즈), 뉴질랜드 DFT급, 퀸즐랜드 철도 2300급 | ||
| 16-645E3C | 16 | 터보차저 | 950 | 3300 | 2.5 | 영국 철도 59급, V/Line G급 (원본), 퍼시픽 내셔널 XRB급, 프레이트 오스트레일리아 XR급, VL급 (호주), 영연방 철도 CL급 (개조 버전), 호주 국립 ALF급, TCDD DE33000, F40PH-2, SD40E, Henschel DE3300 | ||
| 16-645E4 | 16 | 터보차저 | 900 | 3300 | 2.46 | 1973 | Terex 33-19 "Titan" 운반 트럭[13] | |
| 16-645F | 16 | 터보차저 | 950 | 3500 | 2.6 | 1977 | GP40X, GP50, SD40X, SD50 | |
| 12-645F3B | 12 | 터보차저 | 950 | 2800 | 2.1 | GP49, 영국 철도 57/3 & 57602-57605 | ||
| 16-645F3B | 16 | 터보차저 | 950 | 3600 | 2.7 | EMD FT36HCW-2-Korail 7000 시리즈; MPI MPXpress MP36PH-3S 및 -3C, RL급, V/Line G급 (개조) |
645계 엔진은 고정형 및 선박용으로도 판매되며, 선박용 엔진은 오일 섬프의 모양과 깊이가 다르다.
엔진 속도
- 전속: 60 Hz 발전의 경우 900 RPM, 50 Hz 발전의 경우 750 RPM, 선박용의 경우 최대 900 RPM
- 공회전: 350 RPM
- 압축비: 16:1
브레이크 마력(ABS 정격)
- 모델 645E6 엔진 - 900 RPM
- *8기통: 1050
- *12기통: 1500
- *16기통: 1950
- 모델 645E7C/F7B 엔진 - 800 RPM / 900 RPM
- *8기통: ---- / 1525
- *12기통: 2305 / 2550
- *16기통: 3070 / 3400
- *20기통: 3600 / 4000
4. 엔진 형식 (대한민국 철도 중심)
EMD 645 엔진은 45도 V형 2행정기관으로, 직접분사방식과 4밸브를 채택했다. 압축비는 14.5:1이며, 최대 회전 수는 900RPM이다. 엔진의 회전 방향은 반시계 방향이다. 과급 방식으로는 슈퍼차저(루츠 블로워) 방식과 터보차저 방식이 있다.
대한민국에서는 다음과 같은 형식의 엔진이 사용되었다.
| 형식 | 기통 수 | 과급 방식 | 출력 | 사용 기관차 |
|---|---|---|---|---|
| 8-645E | 8 | 루츠식 슈퍼차저 | 800~1000마력 | 2100호대, 3000호대, 3200호대 |
| 8-645E3C | 8 | 터보차저 | 1500마력 | 4400호대 |
| 12-645E | 12 | 루츠식 슈퍼차저 | 1310마력 | 4000호대, 4100호대, 4200호대, 4300호대 |
| 16-645E | 16 | 루츠식 슈퍼차저 | 1800~2000마력 | 5000호대, 6000호대, 6100호대, 6200호대, 6300호대 |
| 16-645E3 | 16 | 터보차저 | 3000마력 | 7000호대, 7100호대, 7200호대, 7300호대, 7400호대, 7500호대 |
| 16-645F3B | 16 | 터보차저 | 3300마력 | 7000호대 |
4. 1. 루츠 블로워 방식
EMD 645 엔진의 과급 방식 중 하나는 루츠 블로워 방식이다. 16-645E 모델은 루츠 블로워 방식을 채택하여 2000 마력(1500 kW)의 최대 출력을 낸다.[1] 이 엔진은 GP38, GP38-2, SD38, SD38-2 등에 탑재되었다.[1]4. 2. 터보차저 방식
EMD 645 엔진은 터보차저를 장착하여 출력을 높인 모델이 있다. 8-645E3, 12-645E3, 16-645E3, 20-645E3 모델은 터보차저를 사용하여 각각 1650hp, 2300hp, 3000hp, 3600hp의 출력을 낸다.[9][10][11]터보차저 방식의 EMD 645 엔진은 다양한 기관차에 적용되었다. 예를 들어 16-645E3 엔진은 GP40, GP40-2, SD40, SD40-2 등 여러 모델에 탑재되었다.[11] 20-645E3 엔진은 SD45, SD45-2 등에 사용되었다.
1969년에는 16-645E3A 엔진이 개발되어 DDA40X (듀얼 엔진)에 탑재되었고, 3300hp의 출력을 냈다. 1970년에는 20-645E3A 엔진이 SD45X에 탑재되어 4200hp의 출력을 냈다.
이후 개량형인 16-645E3B, 16-645E3C, 16-645F 엔진 등도 터보차저를 장착하여 출력을 높였다.
5. 해외 사용 사례
EMD 645 엔진은 여러 나라의 철도에서 사용되었다. 다음은 주요 해외 사용 사례이다.
| 국가 | 철도 회사 | 기관차 모델 | 비고 |
|---|---|---|---|
| DBR급 | 8-645C 엔진 사용[9] | ||
| 빅토리안 철도 | Y급 (G6B) | 6-645E 엔진 사용 | |
| V/Line | V/Line P급, T급 (3차 시리즈) / H급 | 8-645E 엔진 사용 | |
| CIE | CIE 201급 (개조) | 8-645E 엔진 사용 | |
| Renfe | Renfe 310급 | 8-645E 엔진 사용 | |
| V/Line | V/Line N급 (2차 시리즈), V/Line A급 | 12-645E3B 엔진 사용 | |
| 뉴사우스웨일스 | 뉴사우스웨일스 81급 기관차 | 16-645E3B 엔진 사용 | |
| 호주 국립 | 호주 국립 BL급 | 16-645E3B 엔진 사용 | |
| NSB | NSB Di 4 | 16-645E3B 엔진 사용 | |
| DSB | DSB ME급[11] | 16-645E3B 엔진 사용 | |
| V/Line | V/Line N급 (1차 시리즈) | 12-645E3C 엔진 사용 | |
| DFT급 | 12-645E3C 엔진 사용 | ||
| 퀸즐랜드 철도 | 퀸즐랜드 철도 2300급 | 12-645E3C 엔진 사용 | |
| 영국 철도 59급 | 16-645E3C 엔진 사용 | ||
| V/Line | V/Line G급 (원본) | 16-645E3C 엔진 사용 | |
| 퍼시픽 내셔널 | 퍼시픽 내셔널 XRB급 | 16-645E3C 엔진 사용 | |
| 프레이트 오스트레일리아 | 프레이트 오스트레일리아 XR급 | 16-645E3C 엔진 사용 | |
| VL급 (호주) | 16-645E3C 엔진 사용 | ||
| 호주 국립 | ALF급 | 16-645E3C 엔진 사용 | |
| TCDD | TCDD DE33000 | 16-645E3C 엔진 사용 | |
| 57/3 & 57602-57605 | 12-645F3B 엔진 사용 |
이 외에도 EMD 645 엔진은 고정형 및 선박용으로도 판매되었다.
참조
[1]
간행물
History and Development of the 567 Series General Motors Locomotive Engine
https://books.google[...]
Electro-Motive Division, General Motors Corporation
1951-11-29
[2]
서적
A Field Guide to Trains
Houghton Mifflin Company
[3]
특허
[4]
문서
[5]
문서
[6]
문서
[7]
문서
[8]
문서
[9]
문서
[10]
웹사이트
MP15 Locomotives
http://www.gatx.com/[...]
2013-01-26
[11]
서적
Motor Materiel 5: Med motor fra GM
bane bøger
[12]
서적
EMD GP15T Operator's Manual
https://archive.org/[...]
Electro-Motive Division
2023-09-02
[13]
웹사이트
Terex 33-19 Hauler Form No. GMD 1946
http://pdfcast.org/p[...]
Terex Division of General Motors Corporation
1974-12
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