Catoo

형식	엔진	제목	전자제어 연료분사식 연료장치
1. 전자제어 연료 분사식 연료 장치 전자제어 연료 분사 장치는 일정한 압력으로 형성된 가솔린을 흡기다기관 내에 분사하는 방식이며, 연료 분사량의 조절은 인젝터를 엔진의 흡입 공기량에 맞추어 일정 시간 동안 열어주는 방법을 사용한다. 즉, 연료 분사량을 인젝터의 니들 밸브(Needle Valve)가 열려 있는 시간으로 결정되므로 정밀하게 조절할 수 있다. 전자제어 연료 분사식 연료 장치 엔진의 운전 조건은 각종 센서에서 보내온 신호를 받은 후 운전 상태에 따라 분사량과 엔진의 회전속도를 ECU로 조절한다. 전자제어 연료 분사 장치는 흡입 계통, 연료 계통, 제어 계통의 3주요부로 구성되어 있다. 1.1. 흡입 계통 공기 청정기, 공기 유량 센서, 스로틀 보디, 서지 탱크, 흡기다기관 등으로 구성된다. 전자제어 연료 분사 장치의 흡입 계통은 공기 청정기로 들어온 공기가 공기 유량 센서(AFS : Air Flow Sensor)로 들어와 흡입 공기량이 결정되면, 스로틀 보디의 스로틀 밸브 열림 정도에 따라 서지 탱크(Surge Tank)로 유입된다. 서지 탱크로 유입된 공기는 각 실린더의 흡기다기관으로 분배되어 인젝터에서 분사된 연료와 혼합되어 실린더로 들어간다. 3.2. 연료 계통 연료 탱크, 연료 펌프, 연료 여과기, 분배 파이프, 연료 압력 조절기, 인젝터 등으로 구성되어 있다. 연료 장치는 엔진의 모든 작동 조건에서 요구되는 연료를 공급시켜 주기에 충분한 기능과 규정 압력을 유지시켜 준다. 연료 탱크내의 연료는 연료 펌프에 의해 2~3kgf/㎠의 압력으로 연료 여과기를 거쳐 분배 파이프로 들어온다. 분배 파이프에서 연료는 인젝터와 연료 압력 조절기로 공급된다. 연료 압력 조절기는 흡기다기관의 진공도에 따라 연료의 공급 압력을 조절하여 공급하고, 남은 과잉의 연료를 연료 탱크로 되돌아가게 된다. 인젝터는 ECU의 신호에 따라 솔레노이드 코일이 여자되면 인젝터 내부의 니들 밸브가 완전히 열려 각 실린더의 점화 순서에 따라 흡기다기관 내에 연료를 분사한다. 연료계통 (1) 연료 탱크(Fuel Tank) 일정 주행에 소요되는 연료를 저장하는 용기로 프레임이나 차체 일부에 설치된다. 재질 은 내부에 연료탱크 내부의 부식을 방지하기 위해 아연으로 도금으로 방청 처리가 된 강판이 사용되었으나 최근에는 합성수지를 사용 한 것도 있다. 탱크는 화재 등의 위험성이 있으므로 배기 통로나 노출된 전기 단자 등 열원으로 부터 떨어져 설치된다. 위쪽에는 탱크 내에 대기 압력을 도입하기 위한 블리더 호스(breather horse)가 있고 연료탱크의 작은 구멍을 수리할 경우에는 연료증기를 완전히 제거한 후 납땜을 하도록 한다. 연료탱크 (2) 연료 파이프(Fuel Pipe) 연료 장치의 각부를 연결하여 연료를 운반하는 관으로 내유성을 가진 고무호스와 구리나 강관이며 직경은 보통 5～8mm 정도이고 파이프 이음은 연료가 누출되지 않도록 원뿔모양이나 둥근 플레어(flare)로 하고 파이프가 끼워져 있는 피팅(fitting 또는 니플)으로 조이도록 되어 있다. 또 이 피팅은 반드시 오픈엔드 렌치(open end wrench)로 풀거나 조여야 한다. 연료 파이프 피팅 (3) 연료 여과기(Fuel Filter) 연료 중의 불순물(먼지, 수분)을 제거하며 종류로는 케이스와 엘리먼트의 분리가 가능한 분해형과 분리가 되지 않는 카트리지식(비분해형)이 있다. 승용차에는 주로 카트리지식이 사용된다. (4) 연료 펌프(Fuel Pump) 연료탱크에서 연료를 빨아 들여 인젝터에 압송하는 일을 하며 기화기 방식에서는 캠축에 의해 작동되는 기계식 이었으나 전자제어 연료분사식의 연료펌프는 전자력으로 구동되는 전동기를 사용하며, 연료탱크 내에 들어 있다. 연료의 공급량은 기관이 최대로 요구하는 양보다 더 많은 양의 연료를 계속 공급해 주어 연료계통 내의 압력을 일정한 수준으로 유지시켜서 어떤 운전조건에서도 연료의 공급 부족현상이 일어나지 않도록 한다. 그리고 연료펌프 내에는 펌프 내의 압력이 높을 때 작동하여 압력상승에 따른 연료의 누출 및 파손을 방지해주는 릴리프밸브(relief valve)와 연료펌프에서 연료의 압송이 정지되었을 때 곧바로 닫혀 연료계통 내의 잔압을 유지시켜 높은 온도에서 베이퍼로크(vapor lock)를 방지하고, 재 시동성을 높이기 위해 체크밸브(check valve)를 두고 있다. 연료펌프는 점화스위치가 ON에 있더라도 기관의 작동이 정지 된 상태(흡입 공기량이 감지되지 않는 상태)에서는 작동되지 않는다. (5) 연료분배 파이프(delivery pipe) 이 파이프는 각 인젝터에 동일한 분사압력이 되도록 하며, 연료저장 기능을 지니고 있다. 분배 파이프의 체적은 인젝터에서 분사되는 연료 공급량에 비례하므로 분사에 따른 파이프 내부 압력변동이 없도록 한다. 그리고 이 파이프에 각 인젝터들이 연결되어 있어 각각의 인젝터에 동일한 분사압력이 되게 할 수 있으며, 인젝터 설치도 쉽도록 해 준다. 6) 연료압력 조절기 (Fuel Pressure Regulator) 연료 압력조절기는 흡기다기관의 부압을 이용하여 연료계통 내의 압력을 조절해주는 것으로 분배파이프 앞 끝에 설치되어 있다. 즉 연료계통 내의 압력을 2～3kgf/cm2로 유지시켜 주는 다이어프램 조절의 오버플로(over flow)형식이다. 연료 압력조절기의 내부는 2부분으로 나누어지며, 한쪽은 미리 압축된 스프링이 들어 있으며 흡기다기관 부압이 작동하도록 되어 있고, 다른 한쪽은 연료가 채워져 있다. 작동은 연료계통 내의 압력이 규정 값 이상 되면 다이어프램에 의해 조절되는 밸브가 열려 연료 출구포트를 연다. 연료 압력조절기 이에 따라 규정압력 이상의 연료는 밸브를 통하여 연료탱크로 되돌아간다. 다이어프램에는 흡기다기관의 진공이 작용하므로 흡기다기관의 부압이 높으면 다이어프램을 당기는 힘이 강해져 연료탱크로 되돌아가는 연료량이 많아져 공급압력이 낮아진다. 이 작용으로 연료계통 내의 연료압력이 조절되며 인젝터에서 분사되는 압력을 항상 일정하게 유지시킨다. (7) 인젝터(Injector) 인젝터는 각 실린더의 흡입밸브 앞쪽(흡기다기관)에 1개씩 설치되어 각 실린더에 연료를 분사하는 솔레노이드밸브이다. 인젝터는 컴퓨터로부터의 전기적 신호에 의해 작동하며, 그 구조는 밸브보디와 플런저(plunger)가 설치된 니들밸브로 되어 있다. 인젝터의 구조 솔레노이드 코일에 전류가 흐르지 않을 경우 니들밸브는 스프링의 장력에 의해 밸브시트에 밀착되어 연료의 분사를 차단하고, 솔레노이드 코일에 전류가 흐르면 솔레노이드 코일이 니들밸브를 들어올려 연료가 원통형의 분사구멍에서 분사된다. 인젝터의 분사각도는 10~40° 정도이며, 분사시간은 1~1.5ms(ms＝ 1/1,000sec), 분사압력은 2~3kgf/cm2이다. 초기의 L-제트로닉에서는 저항 값이 0.6~3Ω/20℃ 정도의 낮은 저항의 전압 제어방식의 인젝터를 주로 사용하였으나 최근에는 저항 값이 12~17Ω/20℃ 정도인 높은 저항의 전류 제어방식 인젝터를 많이 사용한다. 1) 인젝터 분사 시간, 분사량 조정 및 점검사항 ① 기관을 급가속할 때에는 순간적으로 분사시간이 길어진다. ② 축전지 전압이 낮으면 무효 분사시간이 길어진다. ③ 기관을 급감속할 때에는 순간적으로 분사가 정지되기도 한다. ④ 산소센서의 전압이 높으면(혼합비가 농후한 상태)분사시간이 짧아진다. ⑤ 인젝터는 작동음, 분사량, 저항 등을 점검한다. 2) 인젝터 설치 수에 따른 분류 ① TBI(throttle body injection)방식 : SPI(single point injection)라고도 부르며 스로틀밸브 위의 한 중심점에 위치한 인젝터(1～2를 둠)를 통하여 간헐적으로 연료를 분사하므로 기화기 방식과 비슷하게 흡기다기관을 통하여 실린더로 들어간다. TBI에서 제어기능을 수행하기 위해 필요로 하는 주요 센서는 배기다기관에 부착된 산소센서이며 배기가스 중에 산소농도를 검출하여 컴퓨터(ECM)에 입력시키면 컴퓨터는 인젝터를 제어하여 혼합비(공연비)가 14.7 : 1이 되도록 연료 분사량을 조절한다. ② MPI(multi point injection) : 이 방식은 인젝터를 각 실린더마다 1개씩 설치하고, 흡입밸브 바로 앞에서 연료를 분사시킨다. 분사 시기는 흡입행정 전 75° 부근이며 분사된 연료는 흡입구멍 근처에서 흡입밸브가 열릴 때를 기다리는 동안 기화하며 흡입밸브가 열리면 흡입력에 의해 실린더 내로 들어간다. MPI (multi point injection)는 월 웨팅(wall wetting)에 따른 냉간 시동, 과도 특성의 효과가 크고 저속 또는 고속에서 회전력 영역의 변경이 가능하며, 온?냉간 상태에서도 최적의 성능을 보장한다. 설계할 때 체적효율의 최적화에 집중하여 흡기다기관 설계가 가능하다. ③ 실린더 내 가솔린 직접 분사방식 : 디젤 기관과 같이 실린더 내에 가솔린을 직접 분사하는 것으로 약 35~40 : 1의 매우 희박 공연비로도 연소가 가능하다. 연료 공급압력은 일반적인 전자제어 연료 분사방식의 경우 약 3~6kgf/cm2인데 비해, 약 50~100kgf/cm2으로 매우 높으며, 실린더 내의 유동을 제어하는 직립형 흡입포트, 연소를 제어하는 접시형 피스톤(bowl type piston), 고압 연료 펌프, 와류 인젝터(swirl injector) 등이 사용된다. 1.3. 제어 계통 ECU, 컨트롤 릴레이, 수온 센서, 흡기 온도 센서, 스로틀 포지션 센서, 공전 속도 조절기, 제1번 실린더 상사점 센서, 크랭크 각 센서 등으로 구성되어 있다. 엔진의 운전 상태를 감지하는 센서 등과 이들 신호를 받아 연산하는 ECU로 구성된다. 센서 등은 흡입 공기량, 스로틀 위치, 배기 중의 산소량, 흡기 온도, 냉각수 온도, 가감속 상태 등을 감지하여 ECU로 보내며 ECU에서는 이를 기초로 연료 분사량과 점화시기를 각 상태에 적합하게 결정한다. 최근에는 이와 같은 기본적인 기능 외에 배기 계통 부품의 작동 불량 여부를 판단하는 OBD 기능, 자기 보정 기능 등도 한다. (1) 컴퓨터(ECU)의 구성 컴퓨터는 기억장치 중앙처리장치, 입력 및 출력장치, A/D변환기, 연산부분으로 구성되어 있다. 1) 기억장치(memory) ① ROM(read only memory ; 영구 기억장치) : 읽기 전용의 기억장치이며, 전원을 차단하더라도 기억 내용이 지워지지 않는다. ② RAM(random access memory ; 일시 기억장치) : 각종 센서들로부터 입력되는 데이터를 일시 저장하는 기억장치이며, 전원을 차단하면 기억되어 있던 데이터가 소멸된다. 2) 중앙처리장치(CPU) 이 장치는 연산장치, 주 기억장치, 제어장치 등의 3가지로 구성되어 있으며, 기억장치에서 읽어 들인 프로그램 및 각종 센서들로부터의 입력된 데이터를 일시 저장하며, 산술 연산이나 논리 연산 및 판정을 실행하는 부분이다. 3) 입력 및 출력장치 입력장치는 각종 센서들로부터 검출된 신호를 받아들이는 부분이며, 센서의 신호를 처리하여 컴퓨터로 입력시킨다. 그리고 출력장치는 산술 및 논리 연산된 데이터를 액추에이터(ISC-서보, 인젝터, 에어컨 릴레이 등)에 제어신호를 보낸다. 4) A/D변환기(analog & digital convertor) 아날로그 신호를 중앙처리장치에서 디지털 신호로 변환시키는 부분이다. 5) 연산부분 중앙처리장치 내에서 연산이 되는 가장 중요한 부분이며, 컴퓨터의 연산은 출력이 되는 다른 것과 비교하여 결론을 내리는 방식이다. 즉 스위치의 ON-OFF를 0 또는 1로 나타내는 2진법과, 0에서 9까지의 수치로 나타내는 10진법으로 계산한다. (2) 기관 컴퓨터(ECU)의 제어 컴퓨터에 의한 제어는 분사시기 제어와 분사량 제어로 나누어진다. 분사시기 제어는 점화코일의 점화신호(또는 크랭크각 센서의 신호)와 흡입공기량 신호를 자료로 기본분사 시간을 만들고 동시에 각 센서로부터의 신호를 자료로 분사시간을 보정하여 인젝터를 작동시키는 최종적인 분사시간을 결정한다. ECU제어 1) 제어방식에 의한 분류 제어방식에 의한 분류에는 K-제트로닉, D-제트로닉, L-제트로닉 등이 있다. ① 기계 제어방식(mechanical control injection) : 기계적으로 연속분사하는 방식이다. bosch사의 K-jetronic이 여기에 속한다. ② 전자 제어방식(electronic control injection) : 이 방식은 각 사이클마다 흡입되는 공기량을 컴퓨터(ECU)가 센서를 이용하여 분사량을 제어하는 방식이며, D-jetronic, L-jetronic 등이 여기에 속한다. 2) 흡입 공기량 계측방식에 의한 분류 ① 매스플로방식(mass flow type ; 질량 유량방식) : 이 방식은 공기유량 센서가 직접 흡입 공기량을 계측하고 이것을 전기적 신호로 변화시켜 컴퓨터로 보내 분사량을 결정하는 방식이다. 공기유량 센서의 종류에는 베인방식(vane or measuring plate type), 칼만 와류방식(karman vortex type), 열선방식(hot wire type), 열막방식(hot film type) 등이 있다. ② 스피드 덴시티방식(speed density type ; 속도 밀도방식) : 이 방식은 흡기다기관 내의 절대압력(대기압력+진공압력), 스로틀밸브의 열림정도, 기관의 회전속도로부터 흡입 공기량을 간접계측하는 것이며, D-jetronic이 여기에 속한다. 흡기다기관 내의 압력측정은 초기에는 아네로이드(aneroid)를 사용하였으나 현재는 피에조(piezo; 압전소자) 반도체 소자를 이용한 MAP센서를 사용한다. 3) 분사시기 제어 연료분사는 모든 실린더가 동시에 크랭크축 1회전에 1회 분사하는 동시 분사방식과 점화순서에 동기(同期)하여 그 실린더의 흡입행정의 초기에 분사하는 동기 분사방식이 있다. 동기 분사방식도 기관을 시동할 때 및 고부하 영역 등에는 동시 분사방식으로 전환하여 분사하기도 한다. ① 동기분사(독립분사 또는 순차분사)방식 : 이 분사방식은 1번 실린더 상사점 센서의 신호를 기준으로 하여 크랭크 각 센서의 신호와 동기하여 각 실린더의 흡입행정 직전에 연료를 분사하는 형식이다. 즉 1사이클에 1회 분사에 1실린더만 점화시기에 동기하여 분사한다. ② 그룹(group)분사방식 : 이 분사방식은 각 실린더에 그룹(제1번과 제3번 실린더, 제2번과 제4번 실린더)을 지어 1회 분사를 할 때 2실린더씩 연료를 분사한다. 특징은 흡입행정 부근에서 연료가 분사되므로 혼합가스가 곧바로 실린더 내로 흡입되므로 가속할 때 응답성능이 좋다. ③ 동시(同時)분사(또는 비동기 분사)방식 : 이 분사방식은 피스톤의 작동과는 관계없이 크랭크축 1회전에 1회씩 모든 실린더에 동시에 분사하는 형식이다. 즉 기관이 요구하는 연료량을 1/2로 나누어서 1사이클 당 2회씩 분사한다. 특징은 인젝터 구동회로가 간단하며 분사량 조정이 쉬우며, 인젝터 제어신호를 보냄과 동시에 연료를 분사시킨다. 4) 연료 분사량 제어 연료 분사량 제어는 점화코일의 (－)단자 신호(크랭크 각 센서 또는 캠축 센서의 신호)를 기초로 회전속도 신호를 만들고, 이 신호와 흡입 공기량 신호에 의해 아래에 설명하는 보정을 위해서 작동시킨다. ① 기본 분사량 제어 : 인젝터는 크랭크 각 센서의 출력신호와 공기유량센서의 출력 등을 계측한 컴퓨터의 신호에 의해 인젝터가 구동되며, 분사횟수는 크랭크 각 센서의 신호 및 흡입 공기량에 비례한다. ② 기관을 크랭킹할 때의 분사량 제어 : 기관을 크랭킹할 때에는 시동성능을 향상시키기 위해 크랭킹 신호(점화스위치 St, 크랭크 각 센서, 점화코일 1차 신호)와 수온센서의 신호에 의해 연료 분사량을 증가시킨다. ③ 기관 시동 후 분사량 제어 : 기관을 시동한 직후에는 공전속도를 안정시키기 위해 일정한 시간 동안 연료 분사량을 증가시킨다. 증가 비율은 크랭킹할 때 최대가 되고, 시동 후 시간이 흐름에 따라 점차 감소하며 증량 지속 시간은 냉각수 온도에 따라서 다르다. ④ 냉각수 온도에 따른 제어 : 냉각수 온도 80℃를 기준(증가비율 1)으로 하여 그 이하의 온도에서는 분사량을 증가시키고, 그 이상에서는 기본 분사량으로 분사한다. ⑤ 흡기 온도에 따른 제어 : 흡기 온도 20℃(증량비 1)를 기준으로 그 이하의 온도에서는 분사량을 증가시키고, 그 이상의 온도에서는 분사량을 감소시킨다. ⑥ 축전지 전압에 따른 제어 : 인젝터의 분사량은 컴퓨터에서 보내는 분사신호 시간에 의해 결정되므로 분사시간이 일정하여도 축전지 전압이 낮은 경우에는 인젝터의 기계적 작동이 지연되어 실제 분사시간이 짧아진다. 즉, 축전지 전압이 낮아질 경우에는 컴퓨터는 분사신호 시간이 길어진다. ⑦ 가속할 때의 분사량 제어 : 기관이 냉각된 상태에서 가속시킬 때 일시적으로 혼합비가 희박해지는 현상을 방지하기 위해 냉각수 온도에 따라서 분사량이 증가하는데 공전 스위치가 ON에서 OFF로 바뀌는 순간부터 시작되며 증가비율과 증가 지속시간은 냉각수 온도에 따라서 결정된다. 가속하는 순간에 최대의 증가비율이 얻어지고, 시간이 경과함에 따라 증가 비율이 낮아진다. ⑧ 기관의 출력을 증가할 때의 분사량 제어 : 기관의 높은 부하영역에서 운전성능을 향상시키기 위하여 스로틀밸브가 규정 값 이상 열렸을 때 분사량을 증가시킨다. 출력을 증가할 때 분사량 증가는 냉각수 온도와는 관계없으며 스로틀 위치 센서의 신호에 따라서 제어된다. ⑨ 감속할 때 연료분사 차단(대시포트 제어) : 스로틀 밸브가 닫혀 공전스위치가 ON으로 되었을 때 기관의 회전속도가 규정 값일 경우에는 연료분사를 일시 차단한다. 이것은 연료 절감과 탄화수소(HC)과다 발생 및 촉매 컨버터의 과열을 방지하기 위함이다. 5) 피드백 제어(feed back control) 이 제어는 촉매 컨버터가 가장 양호한 정화 능력을 발휘하는데 필요한 혼합비인 이론 혼합비(14.7 : 1) 부근으로 정확히 유지하여야 한다. 이를 위해서 배기다기관에 설치한 산소센서로 배기가스 중의 산소농도를 검출하고 이것을 컴퓨터로 피드 백(feed back)시켜 연료 분사량을 증감해 항상 이론 혼합비가 되도록 제어한다. 피드백 보정은 운전성능, 안전성능을 확보하기 위해 다음과 같은 경우에는 제어를 정지한다. ① 냉각수 온도가 낮을 때 ② 기관을 시동할 때 ③ 기관 시동 후 분사량을 증가시킬 때 ④ 기관의 출력을 증가시킬 때 ⑤ 연료 공급을 일시 차단할 때(농후 신호가 길게 지속될 때) 6) 점화시기 제어 점화시기 제어는 파워 트랜지스터로 컴퓨터에서 공급되는 신호에 의해 점화코일 1차 전류를 ON-OFF시켜 제어한다. 7) 연료펌프 제어 점화스위치가 시동(St)위치에 놓이면 축전지 전류는 컨트롤 릴레이를 통하여 연료펌프로 흐른다. 기관 작동 중에는 컴퓨터가 연료펌프 제어 트랜지스터를 ON으로 유지하여 컨트롤 릴레이 코일을 여자시켜 축전지 전원이 연료펌프로 공급된다. 8) 공전속도 제어 공전속도 제어는 각종 센서의 신호를 기초로 컴퓨터에서 공전속도 조절기구(ISC- servo) 구동신호로 바꾸어 공전속도 조절기구가 스로틀 밸브의 열림 정도를 제어한다. ① 기관을 크랭킹할 때 제어 : 이때는 스로틀 밸브의 열림은 냉각수 온도에 따라 시동하기에 가장 적합한 위치로 제어한다. ② 패스트 아이들(fast idle) 제어 : 한냉시 워밍업을 빨리하기 위해 작동하며 이때는 공전스위치가 ON으로 되면 기관의 회전속도는 냉각수 온도에 따라 결정된 회전속도로 제어되며, 공전스위치가 OFF되면 공전속도 조절기구가 작동하여 스로틀 밸브를 냉각수 온도에 따라 규정된 위치로 제어한다. ③ 공전속도 제어 : 이때는 에어컨스위치가 ON이 되거나 자동변속기가 N레인지에서 D레인지로 변속될 때 등 부하에 따라 공전속도를 컴퓨터의 신호에 의해 공전속도 조절기구를 확장위치로 회전시켜 규정 회전속도까지 증가시킨다. 또 동력 조향장치 오일압력 스위치가 ON이 되어도 마찬가지로 증속시킨다. ④ 대시포트 제어(dash port control) : 이 장치는 기관을 급 감속할 때 연료공급을 일시 차단시킴과 동시에 충격을 방지하기 위해 감속 조건에 따라 스로틀 밸브의 닫힘 속도를 제어한다. ⑤ 에어컨 릴레이 제어 : 기관이 공전할 때 에어컨 스위치가 ON이 되면 공전속도 조절기구가 작동하여 기관의 회전속도를 증가시킨다. 그러나 기관의 회전속도가 실제로 증가되기 전에 약간 지연이 있다. 이렇게 지연되는 동안에 에어컨 부하에서 회전속도를 적절히 유지시키기 위해 컴퓨터는 파워 트랜지스터를 약 0.5초 동안 OFF시켜 에어컨 릴레이 회로를 개방한다. 이에 따라 에어컨 스위치가 ON이 되더라도 에어컨 압축기가 즉시 구동되지 않으므로 기관의 회전속도 저하가 일어나지 않는다. 9) 노크(knock) 제어장치 노크제어는 기관에서 발생하는 노크를 노크센서로 감지하여 점화시기 및 연료 분사량을 제어하고 기관 보호 및 기관성능을 향상시킨다. 노크는 점화시기를 늦추면 발생하기 어려우므로, 노크가 발생한 경우에 노크센서가 기관의 진동을 감지하여 컴퓨터로 입력시키면 컴퓨터는 곧바로 점화시기를 늦추어 더 이상 노크가 일어나지 않도록 한다. 10) 자기진단 기능 컴퓨터는 기관의 여러 부분에 입?출력 신호를 보내게 되는데 비정상적인 신호가 처음 보내질 때부터 특정 시간 이상이 지나면 컴퓨터는 비정상이 발생한 것으로 판단하고 고장코드를 기억한 후 신호를 자기진단 출력단자와 계기판의 기관 점검등(CHECK ENGINE)으로 보낸다. 점화스위치를 ON으로 한 후 15초가 경과하면 컴퓨터에 기억된 내용이 계기판의 기관 점검 등으로 출력되며, 정상이면 점화스위치를 ON으로 한 후 5초 후에 점검등이 소등된다. 이때 비정상(고장)항목이 있으면 점화스위치를 한 후 15초 동안 점등되어 있다가 3초 동안 소등된 후 고장 코드가 순차적으로 출력된다. 1.4. 자동차 센서의 기능 및 종류 (1) 크랭크각 센서(CAS : Crank Angle Sensor & CPS : Crank Shaft Position Sensor) 1) 기능 크랭크각 센서는 연료의 분사시기와 점화시기를 결정하기 위해서 크랭크축의 회전 각도를 검출하여 ECU에 입력시키면 ECU는 기관의 회전수를 연산한다. 크랭크각 센서는 페일 세이프 기능이 없으므로 고장시 시동이 안된다. 2) 종류 ① 마그네틱 타입(Magnetic Type) : 마그네틱 센서로 센서에서 자력선을 방출하며 플라이휠이 자력선을 자르고 지나면 신호(Signal)전압이 발생하는 원리를 이용한 것으로 전원 공급이 필요 없이 신호가 발생되게 되어있다. 이 센서는 별도의 전원 공급 없이 신호(Signal)를 발생시킬 수 있어 편리하나, 엔진 회전수(rpm)에 따라 신호의 크기가 변화한다. ② 홀 타입(Hall Type) : 센서 안에 회로가 있어 12V가 공급되어 이 센서 감지부에서 전자를 방출하는데 이 전자를 방출하는 부위(센서 감지부)를 1.0±0.5mm 이내의 간극으로 어떤 금속체가 지나치면 방출된 전자와 부딪히면서 센서 내부에서 회로에 의해 5V가 나오게 된다. 이 방식은 열과 노이즈(Noise)에 약한 옵티컬 타입이나 시그널의 판정에 기준을 정학히 하여야 하는 마그네틱 타입에 비해 노이즈면이나, 시그널의 파형에 있어 절대적으로 유리하여 최근에 많이 사용하는 편이다. ③ 옵티컬 타입(Optical Type) : 원주 방향으로 여러 개 뚫린 원판이 캠축과 같이 회전하면서 발광 다이오드에서 빛을 원판(타킷 휠)에 보내면 그 빛이 원판의 구멍을 통과하여 빛을 받은 수신판(포토 다이오드)에서 전압이 발생하여 크랭크축의 회전 각도를 검출하는 방법이다. 초기에는 가장 보편적으로 사용하였으나, 빛을 받아 전압을 발생시키는 광센서가 열과 습기에 약하고 노이즈(Noise)발생이 많아 최근에는 별로 사용하지 않는다. 홀 타입 옵티컬 타입 (2) 캠축 위치 센서(C.M.P : Cam Shaft Position Sensor & No. 1 TDC Sensor) 1) 기능 연료 분사 순서를 결정하기 위하여 설치된 센서로서 4실린더 기관에서는 1번 실린더의 상사점을 디지털 신호로 바꾸어 ECU에 입력시키고, 6실린더 기관에서는 1번, 3번, 5번 실린더의 상사점을 디지털 신호로 바꾸어 ECU에 입력시키는 역할을 한다. 캠축 위치 센서를 No.1 TDC 센서(Top Dead Center Sensor)또는 페이즈 센서(Phase Sensor)라고도 부른다. 고장시 가속이 되지 않거나 심하면 시동이 꺼진다. 2) 종류 ① 마그네틱 타입(Magnetic Type) : 센서에서 자력선을 방출하며 휠이 이 자력선을 지나면 신호(Signal)전압이 발생하는 원리를 이용한 것으로 마그네틱 타입의 크랭크각 센서와 동일하게 전원 공급이 필요없이 신호(Signal)가 발생하여 1번 실린더 상사점 위치를 검출하는 방식이다. 이 형식은 국내 일부 차종에 사용되고 있으나, 신호의 올라가고 내려가는 시점이 명확하지 않은 단점이 있어 잘 사용하지 않는 타입니다. ② 홀 타입(Hall Type) : 홀 타입 크랭크각 센서와 동일하게 센서 안에 회로가 있어 여기에 12V의 전원을 공급하면, 센서 감지부에서 전자를 방출하여 이 방출된 전자가 1.8mm이내의 간극으로 어떤 회전체가 센서 감지부를 지나치면서 전자 방출을 차단하면 센서 내부에서 회로에 의해 5V의 펄스파가 발생하여 1번 실린더 상사점 위치를 검출하는 방식이다. 이 형식은 자체적으로 신호를 발생시키므로 전기적인 노이즈(Noise)의 영향이 적고, 신호(Signal) 파형이 사각파로 정확히 나와 신뢰성이 높아 최근에 많이 사용하고 있다. 다만 12V전원 공급선이 별도로 추가되는 단점이 있다. ③ 옵티컬 타입(Optical Type) : 원주 방향으로 여러 개 뚫린 원판이 캠축과 같이 회전하면서 원판에 빛을 비추어 그 빛이 회전판(타킷 휠)의 구멍을 통과하면 빛을 받은 수신판에서 전압이 발생하여 1번 실린더 상사점을 검출하는 방식으로 발광 다이오드와 포토 다이오드가 사용된다. 이 센서 타입을 열과 습기에 많이 약하여 과거에는 많이 사용하였지만, 현재 신차종에는 거의 적용하지 않는 방식이다. 홀타입 옵티컬 타입 (3) 흡입 공기량 센서(A.F.S : Air Flow Sensor) 1) 기능 실린더에 공급되는 흡입 공기량을 검출하여 알맞은 기본 연료 분사향을 결정하기 위하여 설치된 센서로서 공기량의 흐름에 따라 직접 변화하는 것을 이용하는 센서와 서지 탱크내의 압력을 통해 공기 유량을 간접적으로 측정하는 센서가 있다. 현재 가장 많이 사용하는 것은 서지 탱크내의 압력을 통하여 엔진에 흡입되는 공기량을 측정하는 MAP 센서와 같은 간접방식과 흡입 공기량의 흐름에 따라 가열된 부분이 식으면서 저항이 변하는 것을 이용하는 HOT Film 타입, Hot Wire타입, 공기 흐름에 돌기물(기둥)이 있어 이 부분에 공기의 소용돌이가 발생하는데 이 부분을 지나는 초음파가 소용돌이 정도에 따라 주파수가 바뀌는 것을 이용한 칼만 와류(Karman Vortex)타입 등 직접 측정 방식이 있다. 2) 종류 ① MAP(Manifold Absolute Pressure) 센서 : 서지 탱크내의 압력을 측정하여 엔진에 흡입되는 공기량을 측정하는 센서로서 서지 탱크에 장착되며, 압력에 따라 전압이 변하는 특성을 보이는 피에조소자를 이용한 것으로 설치의 어려움이 적고 가격이 저렴하여 많이 사용되는 방식이다. 서지 탱크내의 압력을 통해 엔진에 흡입되는 공기량을 간접적으로 측정을 하기 때문에 흡입 공기 온도에 매우 민감하다. 따라서, MAP 방식에는 필수로 흡기온 센서(A.T.S)가 장착되며, 센서 내부에 흡입 공기 온도를 재는 온도 센서가 내장되어 있는 것을 T-MAP 센서라고 하며, 없는 것을 그냥 MAP 센서라고 한다. ② 칼만 볼텍스 타입(Karman Vortex Type) : 공기의 질량 유량을 계량하는 방식으로 공기의 흐름 속에서 발생된 와류를 이용하여 공기량을 검출한다. 발신기로부터 발신되는 초음파가 칼만 와류에 의해 잘려질 때 칼만 와류 수만큼 밀집되거나 분산된 후 수신기에 전달되면 변조기에 의해 전기적 신호로 컴퓨터에 보내는 방식이다. ③ 핫 와이어(HOT Wire) & 핫 필름(HOT Film) 타입 : 공기가 흐르는 통로 중앙에 와이어(HOT Wire Type)나 필름(HOT Film Type)을 달구어 놓고 흐르는 공기량에 따라 식으면서 저항이 변하는 방식을 이용하는 것으로 와이어 타입은 내구성이 좋지 않아 핫 필름 방식을 많이 사용하고 있다. 흡입되는 공기의 온도에 따라 센서 감지부의 식는 정보가 달라지게 되어 자동적으로 온도에 대한 보상이 가능하여 흡기온 센서(A.T.S)를 사용하지 않는 경우가 많으며, 공기의 맥동을 감지하거나 좀 더 정확한 공기 유량을 측정하기 위하여 흡기온 센서(A.T.S)를 사용하는 경우도 있다. ④ 베인(Vane), 메저링 플레이트 타입(Measuring Plate Type) : 공기의 체적 유량을 계량하는 방식으로 공기의 계량을 메저링 플레이트의 떨림각이 변화되면 메저링 플레이트 축에 설치된 포텐시오미터의 변화된 저항값을 전압비로 바꾸어 흡입 공기량을 검출하는 방식이다. MAP센서 칼만 볼텍스 타입 핫 필름 타입 베인,메저링 플레이트 타입 3) 고장시 증상 ① 엔진 시동후 한참동안 부조현상이 나타나다가 시동이 정지한다. ② 가속시 충격이나 당기는 현상이 나타난다. ③ 시동이 걸린 후 곧바로 정지한다. ④ 가속페달을 급히 밟을 때 엔진 rpm이 올라가는 것이 더디거나 오히려 떨어졌더가 올라간다. (4) 스로틀 위치 센서(T.P.S : Throttle Position Sensor) 1) 기능 이 센서는 기관의 감속 및 가속에 따른 연료 분사량을 제어하기 위하여 설치된 센서로 스로틀 밸브의 개도량을 아날로그 전압으로 변환하여 ECU에 입력시키는 역할을 한다. 기관이 공회전시에는 농후한 혼합기, 부분 부하시에는 희박한 혼합기, 전부하시에 농후한 혼합기가 공급되어야 하므로 기관의 부하 상태를 스로틀 밸브의 개도량으로 검출하여 판별한다. 스로틀 위치 센서는 스로틀 밸브축에 설치되어 있는 가변 저항기로 스로틀 밸브가 열림에 따라 출력 전압이 변화되어 ECU에 입력되면 기관의 회전수 등 다른 입력신호와 함께 기관의 작동상태를 판단하여 알맞은 연료 분사량으로 제어한다. 2) 고장시 증상 ① 공회전시 엔진의 부조 현상이 발생하고 시동이 꺼진다. ② 가속중에 심하게 충격이 있거나 힘없이 가속된다. ③ 공회전일 때 배기가스 배출이 평상시 보다 많이 나온다. ④ 가속 페달을 살짝 밟고 나갈 때, 울컥거림이 심하다. ⑤ 공회전중인데도 엔진의 회전수가 높은 상태로 있으면서 공전 회전수로 리턴되지 않는다. TPS (5) 공전 속도 조절(I.S.C : Idle Speed Control) 1) 기능 공전 속도 제어는 I.S.C 서보가 스로틀 밸브 개도를 조절하며 I.S.C 모터는 각종 센서의 신호를 토대로 엔진 상태에 따라 ECU에 의해 제어되므로 최상의 공전 속도를 유지시키는 역할을 한다. 시동시 제어는 냉각수 온도에 따라 스로틀 밸브 개도를 제어하고 아이들 업 제어는 패스트 아이들 스위치나 에어컨 스위치 ON시 부하에 따라 공전 속도를 목표치까지 상승시키며 대시 포트 제어는 감속시의 조건에 따라 제어한다. 2) 종류 ① 듀티 방식의 ISC 밸브 : I.S.C 밸브를 여닫는데 두 개의 코일의 전자력을 이용하는 방식으로 ON이 되면 전자력에 의해 밸브가 열리고 OFF하면 닫히게 되어 ON / OFF를 반복하면서(한 주기에 있어 ON되는 시간 비율을 듀티량(%) 이라 한다.) 최적인 공전 속도를 유지하게 된다. ② 스텝 방식의 ISC 밸브 : I.S.C 밸브를 여닫는데 영구 자석을 이용하는 방식으로 I.S.C 밸브의 핀들 축 위에는 세 개의 전자석이 원주 방향으로 싸고 있으며 ECU가 전기가 통하는 방향을 바꾸어 주고 N극과 S극이 바뀌게 되어 핀들 상단 자석의 극과 같게 하면 밀어내는 힘이 생기고 또는 극이 다르게 하여 당기게 한 다음 한 스텝에 핀들을 1/6회전씩 회전시키면서 공회전 속도를 제어하는 방식이다. 3) 고장시 증상 ① 공회전시 엔진의 부조 현상이 발생하고 시동이 꺼진다. ② 공회전일 때 배기가스 배출이 평상시 보다 많이 나온다. ③ 가속 페달을 살짝 밟고 나갈 때, 울컥거림이 심하다. ④ 공회전중인데도 엔진의 회전수가 높은 상태로 있으면서 공전 회전수로 리턴되지 않는다. 듀티 방식의 ISC밸브 스텝방식의 ISC밸브 (6) 노크 센서(Knock Sensor) 1) 기능 기관의 작동 중에 노킹이 발생되면 점화시기를 조절하여 노킹을 방지하기 위하여 설치된 센서로 실린더 블록에 설치된 압전 소자(Piezo electric effect element)로 수정편 양쪽에 금속판을 접촉시켜 노킹이 발생되면 수정 편에서 고주파 진동을 전기적 신호로 변환시켜 ECU에 입력시키는 역할을 한다. 노킹 센서에서 전기적 신호가 입력되면 ECU에 내장된 마이크로 컴퓨터는 A/D 변환기를 통한 노킹 센서의 출력신호를 연산하여 노킹으로 판별되면 점화시기를 늦추어 기관을 정상적으로 작동시킨다. 또한 노킹이 없는 상태에서는 다시 점화시기를 노킹 한계까지 진각시켜 기관의 효율을 최적의 상태로 유지시켜 연료 소비율을 향상시킨다. 2) 고장시 증상 ① 연료 소비가 증대된다. ② 기관의 출력이 저하된다. ③ 배기 가스 중에 CO 및 HC가 증대된다. ④ 엔진의 부조 현상이 발생한다. 노크센서 (7) 차속 센서(V.S.S : Vehicle Speed Sensor) 1) 기능 공전 속도 및 연료 분사량을 조절하기 위하여 설치된 센서로서 스피드 미터 케이블 1회전당 4회의 디지털 펄스 신호를 ECU에 입력시키는 역할을 한다. 또한 차속 센서에는 리드 스위치식, 마그네틱 타입, 홀 타입 등이 있다. 2) 종류 ① 리드 스위치식 : 스피드 미터내에 설치되어 변속기 출력축의 회전수를 전기적인 펄스 신호로 변환하여 ECU에 입력 시키는 역할을 한다. ECU는 차속 센서에서 입력된 신호를 자동차의 속도로 연산하여 연료 분사량을 제어한다. 일반적으로 스피드 미터 케이블 1회전당 4회의 펄스 신호가 발생한다. 차속센서 ② 마그네틱 타입(Magnetic Type) : 변속시 출력축에 설치되어 센서에서 자력선을 방출하면 변속기의 드리븐 기어가 이 자력선을 자르고 지나면서 신호(Signal)전압이 발생하는 원리를 이용한 것으로 전원 공급이 필요 없이 신호(Signal)가 발생하는 장점이 있다. ③ 홀 센서 타입(Hall Type) : 홀 센서 타입은 마그네틱 타입과 비슷하나 센서를 작동하기 위한 전원을 공급해 주어야 한다는 것이 특징이다. 차속 센서 종류 (8) 대기압 센서(B.P.S : Barometric Pressure Sensor) 1) 기능 주행 중인 자동차의 고도에 따른 적정한 공연비가 되도록 연료의 분사량 및 점화시기를 조절하기 위하여 설치된 센서로 대기 압력이 비례하는 아날로그 전압으로 변환시켜 ECU에 입력시키는 역할을 한다. 대기압 센서는 공기 유량 센서(칼만 와류식)에 부착되어 스트레인 게이지의 저항값이 압력에 비례하는 것을 이용하여 전압으로 변화시키는 반도체 피에조 저항형 센서로서 전압으로 변환한 신호를 ECU에 보내면 ECU는 신호를 이용해 차의 고도를 계산하여 적정한 공기와 연료의 혼합기가 되도록 연료 분사량 및 점화시기를 조정한다. BPS (9) 인히비터 스위치(Inhibitor Switch) 1) 기능 인히비터 스위치는 P레인지와 N레인지에서만 기동 전동기가 작동될 수 있도록 회로를 연결하여주고, 크랭킹 하는 동안 연료 분사 시간을 조절하기 위해 설치된 스위치로 점화 스위치를 ST위치에서 크랭킹하는 동안 크랭킹 신호를 ECU에 입력시켜 P레인지와 N레인지에 알맞은 공전 속도 제어 서보를 조절하고 그 외는 자동 변속기의 각 위치에 따른 신호를 TCU에 입력시키는 역할을 한다. 인히비터 스위치 (10) 엑셀러레이터 위치 센서(A.P.S : Accelerator Position Sensor) 1) 기능 엑셀러레이터 위치 센서는 미끄러지기 쉬운 노면에서 타이어의 슬립을 방지하고 선회시의 조향 성능을 향상시키기 위하여 설치된 센서로 엑셀러레이터의 밟는 양에 비례하는 전압으로 변환하여 T.C.S(Traction Control System)의 ECU에 입력시키면 ECU는 기관의 출력을 감소시키는 역할을 한다. 엑셀러레이터 위치 센서 (11) 흡입 공기 온도 센서(A.T.S : Intake Air Temp Sensor) 1) 기능 실린더에 흡입되는 공기의 온도에 알맞은 연료를 보정하기 위하여 설치된 센서로 온도가 상승하면 저항값이 감소하는 서미스터(N.T.C : Negative Temperature Coefficient)를 이용하여 흡기 온도를 검출하여 ECU에 입력시키는 역할을 한다. ECU에서 5V의 전압을 공급받아 서미스터를 통하여 전류가 흐를 때 흡기 온도가 높으면 저항값이 감소하여 출력 전압이 낮아지므로 연료의 분사량을 감소시키고, 흡기 온도가 낮으면 저항값이 증가하여 출력 전압이 높아지므로 연료의 분사량을 증가시킨다. 이처럼 흡기온 센서는 별도로 분리하여 흡입 공기 통로에 설치되기도 하지만, 흡입 공기량 센서에 일체로 장착이 되는 경우가 많다. 이런 경우 MAP 센서는 T-MAP센서 MAF(Mass Air Flow)센서는 T-MAF 센서라고 한다. 2) 고장시 증상 ① 공회전시 엔진 부조 현상이 발생한다. ② 가속 성능이 저하된다. ③ 연료 소비가 증대된다. ④ 엔진 rpm이 공회전 상태로 리턴 되지 않거나 시동이 꺼진다. 흡기온도 센서 냉각수온도 센서 (12) 냉각 수온 센서(W.T.S & C.T.S) 1) 기능 기관의 냉각수 온도에 따라서 공전 속도를 적절하게 유지시키고 연료 분사량을 보정하며, 점화 진각도를 결정하기 위하여 설치된 센서로 기관의 냉각수 통로에 설치되어 냉각수 온도를 검출하여 ECU에 입력시키는 역할을 한다. ECU는 기관이 난기 운전시에는 실린더 벽 및 흡입 밸브에 연료의 입자가 응축되기 때문에 농후한 혼합기가 공급되어야 하며, 기관의 냉각수 온도에 따라서 정상적인 연료 분사량 보다 30~60% 더 많은 연료량이 분사되도록 한다. 수온 센서는 온도가 상승함에 따라서 저항이 감소하는 NTC 서미스터로 기관의 냉각수 온도를 아날로그 전압으로 변환시켜 ECU에 입력되면 ECU는 난기 상태를 판별하여 연료 분사량을 조절하고 기관의 온도에 따라 적절한 공전 속도를 유지시킨다. 2) 고장시 증상 ① 공전 회전수가 높게 나온다.(공회전이 불안정하다.) ② 가속시에 소리가 약간 둔해지면서 가속이 잘 안된다. ③ 가속 페달을 밟는 순간 울컥거림이나 충격이 온다. ④ 워밍업시 검은 연기가 배출된다. ⑤ 배기가스 중에 CO 및 HC가 증대된다.

형식

엔진

제목

전자제어 연료분사식 연료장치

1. 전자제어 연료 분사식 연료 장치

전자제어 연료 분사 장치는 일정한 압력으로 형성된 가솔린을 흡기다기관 내에 분사하는 방식이며, 연료 분사량의 조절은 인젝터를 엔진의 흡입 공기량에 맞추어 일정 시간 동안 열어주는 방법을 사용한다. 즉, 연료 분사량을 인젝터의 니들 밸브(Needle Valve)가 열려 있는 시간으로 결정되므로 정밀하게 조절할 수 있다.

전자제어 연료 분사식 연료 장치

엔진의 운전 조건은 각종 센서에서 보내온 신호를 받은 후 운전 상태에 따라 분사량과 엔진의 회전속도를 ECU로 조절한다. 전자제어 연료 분사 장치는 흡입 계통, 연료 계통, 제어 계통의 3주요부로 구성되어 있다.

1.1. 흡입 계통

공기 청정기, 공기 유량 센서, 스로틀 보디, 서지 탱크, 흡기다기관 등으로 구성된다. 전자제어 연료 분사 장치의 흡입 계통은 공기 청정기로 들어온 공기가 공기 유량 센서(AFS : Air Flow Sensor)로 들어와 흡입 공기량이 결정되면, 스로틀 보디의 스로틀 밸브 열림 정도에 따라 서지 탱크(Surge Tank)로 유입된다. 서지 탱크로 유입된 공기는 각 실린더의 흡기다기관으로 분배되어 인젝터에서 분사된 연료와 혼합되어 실린더로 들어간다.

3.2. 연료 계통

연료 탱크, 연료 펌프, 연료 여과기, 분배 파이프, 연료 압력 조절기, 인젝터 등으로 구성되어 있다. 연료 장치는 엔진의 모든 작동 조건에서 요구되는 연료를 공급시켜 주기에 충분한 기능과 규정 압력을 유지시켜 준다. 연료 탱크내의 연료는 연료 펌프에 의해 2~3kgf/㎠의 압력으로 연료 여과기를 거쳐 분배 파이프로 들어온다. 분배 파이프에서 연료는 인젝터와 연료 압력 조절기로 공급된다. 연료 압력 조절기는 흡기다기관의 진공도에 따라 연료의 공급 압력을 조절하여 공급하고, 남은 과잉의 연료를 연료 탱크로 되돌아가게 된다. 인젝터는 ECU의 신호에 따라 솔레노이드 코일이 여자되면 인젝터 내부의 니들 밸브가 완전히 열려 각 실린더의 점화 순서에 따라 흡기다기관 내에 연료를 분사한다.

연료계통

(1) 연료 탱크(Fuel Tank)

일정 주행에 소요되는 연료를 저장하는 용기로 프레임이나 차체 일부에 설치된다. 재질 은 내부에 연료탱크 내부의 부식을 방지하기 위해 아연으로 도금으로 방청 처리가 된 강판이 사용되었으나 최근에는 합성수지를 사용 한 것도 있다. 탱크는 화재 등의 위험성이 있으므로 배기 통로나 노출된 전기 단자 등 열원으로 부터 떨어져 설치된다. 위쪽에는 탱크 내에 대기 압력을 도입하기 위한 블리더 호스(breather horse)가 있고 연료탱크의 작은 구멍을 수리할 경우에는 연료증기를 완전히 제거한 후 납땜을 하도록 한다.

연료탱크

(2) 연료 파이프(Fuel Pipe)

연료 장치의 각부를 연결하여 연료를 운반하는 관으로 내유성을 가진 고무호스와 구리나 강관이며 직경은 보통 5～8mm 정도이고 파이프 이음은 연료가 누출되지 않도록 원뿔모양이나 둥근 플레어(flare)로 하고 파이프가 끼워져 있는 피팅(fitting 또는 니플)으로 조이도록 되어 있다. 또 이 피팅은 반드시 오픈엔드 렌치(open end wrench)로 풀거나 조여야 한다.

연료 파이프 피팅

(3) 연료 여과기(Fuel Filter)

연료 중의 불순물(먼지, 수분)을 제거하며 종류로는 케이스와 엘리먼트의 분리가 가능한 분해형과 분리가 되지 않는 카트리지식(비분해형)이 있다. 승용차에는 주로 카트리지식이 사용된다.

(4) 연료 펌프(Fuel Pump)

연료탱크에서 연료를 빨아 들여 인젝터에 압송하는 일을 하며 기화기 방식에서는 캠축에 의해 작동되는 기계식 이었으나 전자제어 연료분사식의 연료펌프는 전자력으로 구동되는 전동기를 사용하며, 연료탱크 내에 들어 있다. 연료의 공급량은 기관이 최대로 요구하는 양보다 더 많은 양의 연료를 계속 공급해 주어 연료계통 내의 압력을 일정한 수준으로 유지시켜서 어떤 운전조건에서도 연료의 공급 부족현상이 일어나지 않도록 한다. 그리고 연료펌프 내에는 펌프 내의 압력이 높을 때 작동하여 압력상승에 따른 연료의 누출 및 파손을 방지해주는 릴리프밸브(relief valve)와 연료펌프에서 연료의 압송이 정지되었을 때 곧바로 닫혀 연료계통 내의 잔압을 유지시켜 높은 온도에서 베이퍼로크(vapor lock)를 방지하고, 재 시동성을 높이기 위해 체크밸브(check valve)를 두고 있다. 연료펌프는 점화스위치가 ON에 있더라도 기관의 작동이 정지 된 상태(흡입 공기량이 감지되지 않는 상태)에서는 작동되지 않는다.

(5) 연료분배 파이프(delivery pipe)

이 파이프는 각 인젝터에 동일한 분사압력이 되도록 하며, 연료저장 기능을 지니고 있다. 분배 파이프의 체적은 인젝터에서 분사되는 연료 공급량에 비례하므로 분사에 따른 파이프 내부 압력변동이 없도록 한다. 그리고 이 파이프에 각 인젝터들이 연결되어 있어 각각의 인젝터에 동일한 분사압력이 되게 할 수 있으며, 인젝터 설치도 쉽도록 해 준다.

6) 연료압력 조절기 (Fuel Pressure Regulator)

연료 압력조절기는 흡기다기관의 부압을 이용하여 연료계통 내의 압력을 조절해주는 것으로 분배파이프 앞 끝에 설치되어 있다. 즉 연료계통 내의 압력을 2～3kgf/cm2로 유지시켜 주는 다이어프램 조절의 오버플로(over flow)형식이다. 연료 압력조절기의 내부는 2부분으로 나누어지며, 한쪽은 미리 압축된 스프링이 들어 있으며 흡기다기관 부압이 작동하도록 되어 있고, 다른 한쪽은 연료가 채워져 있다. 작동은 연료계통 내의 압력이 규정 값 이상 되면 다이어프램에 의해 조절되는 밸브가 열려 연료 출구포트를 연다.

연료 압력조절기

이에 따라 규정압력 이상의 연료는 밸브를 통하여 연료탱크로 되돌아간다. 다이어프램에는 흡기다기관의 진공이 작용하므로 흡기다기관의 부압이 높으면 다이어프램을 당기는 힘이 강해져 연료탱크로 되돌아가는 연료량이 많아져 공급압력이 낮아진다. 이 작용으로 연료계통 내의 연료압력이 조절되며 인젝터에서 분사되는 압력을 항상 일정하게 유지시킨다.

(7) 인젝터(Injector)

인젝터는 각 실린더의 흡입밸브 앞쪽(흡기다기관)에 1개씩 설치되어 각 실린더에 연료를 분사하는 솔레노이드밸브이다. 인젝터는 컴퓨터로부터의 전기적 신호에 의해 작동하며, 그 구조는 밸브보디와 플런저(plunger)가 설치된 니들밸브로 되어 있다.

인젝터의 구조

솔레노이드 코일에 전류가 흐르지 않을 경우 니들밸브는 스프링의 장력에 의해 밸브시트에 밀착되어 연료의 분사를 차단하고, 솔레노이드 코일에 전류가 흐르면 솔레노이드 코일이 니들밸브를 들어올려 연료가 원통형의 분사구멍에서 분사된다. 인젝터의 분사각도는 10~40° 정도이며, 분사시간은 1~1.5ms(ms＝ 1/1,000sec), 분사압력은 2~3kgf/cm2이다.

초기의 L-제트로닉에서는 저항 값이 0.6~3Ω/20℃ 정도의 낮은 저항의 전압 제어방식의 인젝터를 주로 사용하였으나 최근에는 저항 값이 12~17Ω/20℃ 정도인 높은 저항의 전류 제어방식 인젝터를 많이 사용한다.

1) 인젝터 분사 시간, 분사량 조정 및 점검사항

① 기관을 급가속할 때에는 순간적으로 분사시간이 길어진다.

② 축전지 전압이 낮으면 무효 분사시간이 길어진다.

③ 기관을 급감속할 때에는 순간적으로 분사가 정지되기도 한다.

④ 산소센서의 전압이 높으면(혼합비가 농후한 상태)분사시간이 짧아진다.

⑤ 인젝터는 작동음, 분사량, 저항 등을 점검한다.

2) 인젝터 설치 수에 따른 분류

① TBI(throttle body injection)방식 : SPI(single point injection)라고도 부르며 스로틀밸브 위의 한 중심점에 위치한 인젝터(1～2를 둠)를 통하여 간헐적으로 연료를 분사하므로 기화기 방식과 비슷하게 흡기다기관을 통하여 실린더로 들어간다. TBI에서 제어기능을 수행하기 위해 필요로 하는 주요 센서는 배기다기관에 부착된 산소센서이며 배기가스 중에 산소농도를 검출하여 컴퓨터(ECM)에 입력시키면 컴퓨터는 인젝터를 제어하여 혼합비(공연비)가 14.7 : 1이 되도록 연료 분사량을 조절한다.

② MPI(multi point injection) : 이 방식은 인젝터를 각 실린더마다 1개씩 설치하고, 흡입밸브 바로 앞에서 연료를 분사시킨다. 분사 시기는 흡입행정 전 75° 부근이며 분사된 연료는 흡입구멍 근처에서 흡입밸브가 열릴 때를 기다리는 동안 기화하며 흡입밸브가 열리면 흡입력에 의해 실린더 내로 들어간다. MPI (multi point injection)는 월 웨팅(wall wetting)에 따른 냉간 시동, 과도 특성의 효과가 크고 저속 또는 고속에서 회전력 영역의 변경이 가능하며, 온?냉간 상태에서도 최적의 성능을 보장한다. 설계할 때 체적효율의 최적화에 집중하여 흡기다기관 설계가 가능하다.

③ 실린더 내 가솔린 직접 분사방식 : 디젤 기관과 같이 실린더 내에 가솔린을 직접 분사하는 것으로 약 35~40 : 1의 매우 희박 공연비로도 연소가 가능하다. 연료 공급압력은 일반적인 전자제어 연료 분사방식의 경우 약 3~6kgf/cm2인데 비해, 약 50~100kgf/cm2으로 매우 높으며, 실린더 내의 유동을 제어하는 직립형 흡입포트, 연소를 제어하는 접시형 피스톤(bowl type piston), 고압 연료 펌프, 와류 인젝터(swirl injector) 등이 사용된다.

1.3. 제어 계통

ECU, 컨트롤 릴레이, 수온 센서, 흡기 온도 센서, 스로틀 포지션 센서, 공전 속도 조절기, 제1번 실린더 상사점 센서, 크랭크 각 센서 등으로 구성되어 있다.

엔진의 운전 상태를 감지하는 센서 등과 이들 신호를 받아 연산하는 ECU로 구성된다. 센서 등은 흡입 공기량, 스로틀 위치, 배기 중의 산소량, 흡기 온도, 냉각수 온도, 가감속 상태 등을 감지하여 ECU로 보내며 ECU에서는 이를 기초로 연료 분사량과 점화시기를 각 상태에 적합하게 결정한다. 최근에는 이와 같은 기본적인 기능 외에 배기 계통 부품의 작동 불량 여부를 판단하는 OBD 기능, 자기 보정 기능 등도 한다.

(1) 컴퓨터(ECU)의 구성

컴퓨터는 기억장치 중앙처리장치, 입력 및 출력장치, A/D변환기, 연산부분으로 구성되어 있다.

1) 기억장치(memory)

① ROM(read only memory ; 영구 기억장치) : 읽기 전용의 기억장치이며, 전원을 차단하더라도 기억 내용이 지워지지 않는다.

② RAM(random access memory ; 일시 기억장치) : 각종 센서들로부터 입력되는 데이터를 일시 저장하는 기억장치이며, 전원을 차단하면 기억되어 있던 데이터가 소멸된다.

2) 중앙처리장치(CPU)

이 장치는 연산장치, 주 기억장치, 제어장치 등의 3가지로 구성되어 있으며, 기억장치에서 읽어 들인 프로그램 및 각종 센서들로부터의 입력된 데이터를 일시 저장하며, 산술 연산이나 논리 연산 및 판정을 실행하는 부분이다.

3) 입력 및 출력장치

입력장치는 각종 센서들로부터 검출된 신호를 받아들이는 부분이며, 센서의 신호를 처리하여 컴퓨터로 입력시킨다. 그리고 출력장치는 산술 및 논리 연산된 데이터를 액추에이터(ISC-서보, 인젝터, 에어컨 릴레이 등)에 제어신호를 보낸다.

4) A/D변환기(analog & digital convertor)

아날로그 신호를 중앙처리장치에서 디지털 신호로 변환시키는 부분이다.

5) 연산부분

중앙처리장치 내에서 연산이 되는 가장 중요한 부분이며, 컴퓨터의 연산은 출력이 되는 다른 것과 비교하여 결론을 내리는 방식이다. 즉 스위치의 ON-OFF를 0 또는 1로 나타내는 2진법과, 0에서 9까지의 수치로 나타내는 10진법으로 계산한다.

(2) 기관 컴퓨터(ECU)의 제어

컴퓨터에 의한 제어는 분사시기 제어와 분사량 제어로 나누어진다. 분사시기 제어는 점화코일의 점화신호(또는 크랭크각 센서의 신호)와 흡입공기량 신호를 자료로 기본분사 시간을 만들고 동시에 각 센서로부터의 신호를 자료로 분사시간을 보정하여 인젝터를 작동시키는 최종적인 분사시간을 결정한다.

ECU제어

1) 제어방식에 의한 분류

제어방식에 의한 분류에는 K-제트로닉, D-제트로닉, L-제트로닉 등이 있다.

① 기계 제어방식(mechanical control injection) : 기계적으로 연속분사하는 방식이다. bosch사의 K-jetronic이 여기에 속한다.

② 전자 제어방식(electronic control injection) : 이 방식은 각 사이클마다 흡입되는 공기량을 컴퓨터(ECU)가 센서를 이용하여 분사량을 제어하는 방식이며, D-jetronic, L-jetronic 등이 여기에 속한다.

2) 흡입 공기량 계측방식에 의한 분류

① 매스플로방식(mass flow type ; 질량 유량방식) : 이 방식은 공기유량 센서가 직접 흡입 공기량을 계측하고 이것을 전기적 신호로 변화시켜 컴퓨터로 보내 분사량을 결정하는 방식이다. 공기유량 센서의 종류에는 베인방식(vane or measuring plate type), 칼만 와류방식(karman vortex type), 열선방식(hot wire type), 열막방식(hot film type) 등이 있다.

② 스피드 덴시티방식(speed density type ; 속도 밀도방식) : 이 방식은 흡기다기관 내의 절대압력(대기압력+진공압력), 스로틀밸브의 열림정도, 기관의 회전속도로부터 흡입 공기량을 간접계측하는 것이며, D-jetronic이 여기에 속한다. 흡기다기관 내의 압력측정은 초기에는 아네로이드(aneroid)를 사용하였으나 현재는 피에조(piezo; 압전소자) 반도체 소자를 이용한 MAP센서를 사용한다.

3) 분사시기 제어

연료분사는 모든 실린더가 동시에 크랭크축 1회전에 1회 분사하는 동시 분사방식과 점화순서에 동기(同期)하여 그 실린더의 흡입행정의 초기에 분사하는 동기 분사방식이 있다. 동기 분사방식도 기관을 시동할 때 및 고부하 영역 등에는 동시 분사방식으로 전환하여 분사하기도 한다.

① 동기분사(독립분사 또는 순차분사)방식 : 이 분사방식은 1번 실린더 상사점 센서의 신호를 기준으로 하여 크랭크 각 센서의 신호와 동기하여 각 실린더의 흡입행정 직전에 연료를 분사하는 형식이다. 즉 1사이클에 1회 분사에 1실린더만 점화시기에 동기하여 분사한다.

② 그룹(group)분사방식 : 이 분사방식은 각 실린더에 그룹(제1번과 제3번 실린더, 제2번과 제4번 실린더)을 지어 1회 분사를 할 때 2실린더씩 연료를 분사한다. 특징은 흡입행정 부근에서 연료가 분사되므로 혼합가스가 곧바로 실린더 내로 흡입되므로 가속할 때 응답성능이 좋다.

③ 동시(同時)분사(또는 비동기 분사)방식 : 이 분사방식은 피스톤의 작동과는 관계없이 크랭크축 1회전에 1회씩 모든 실린더에 동시에 분사하는 형식이다. 즉 기관이 요구하는 연료량을 1/2로 나누어서 1사이클 당 2회씩 분사한다. 특징은 인젝터 구동회로가 간단하며 분사량 조정이 쉬우며, 인젝터 제어신호를 보냄과 동시에 연료를 분사시킨다.

4) 연료 분사량 제어

연료 분사량 제어는 점화코일의 (－)단자 신호(크랭크 각 센서 또는 캠축 센서의 신호)를 기초로 회전속도 신호를 만들고, 이 신호와 흡입 공기량 신호에 의해 아래에 설명하는 보정을 위해서 작동시킨다.

① 기본 분사량 제어 : 인젝터는 크랭크 각 센서의 출력신호와 공기유량센서의 출력 등을 계측한 컴퓨터의 신호에 의해 인젝터가 구동되며, 분사횟수는 크랭크 각 센서의 신호 및 흡입 공기량에 비례한다.

② 기관을 크랭킹할 때의 분사량 제어 : 기관을 크랭킹할 때에는 시동성능을 향상시키기 위해 크랭킹 신호(점화스위치 St, 크랭크 각 센서, 점화코일 1차 신호)와 수온센서의 신호에 의해 연료 분사량을 증가시킨다.

③ 기관 시동 후 분사량 제어 : 기관을 시동한 직후에는 공전속도를 안정시키기 위해 일정한 시간 동안 연료 분사량을 증가시킨다. 증가 비율은 크랭킹할 때 최대가 되고, 시동 후 시간이 흐름에 따라 점차 감소하며 증량 지속 시간은 냉각수 온도에 따라서 다르다.

④ 냉각수 온도에 따른 제어 : 냉각수 온도 80℃를 기준(증가비율 1)으로 하여 그 이하의 온도에서는 분사량을 증가시키고, 그 이상에서는 기본 분사량으로 분사한다.

⑤ 흡기 온도에 따른 제어 : 흡기 온도 20℃(증량비 1)를 기준으로 그 이하의 온도에서는 분사량을 증가시키고, 그 이상의 온도에서는 분사량을 감소시킨다.

⑥ 축전지 전압에 따른 제어 : 인젝터의 분사량은 컴퓨터에서 보내는 분사신호 시간에 의해 결정되므로 분사시간이 일정하여도 축전지 전압이 낮은 경우에는 인젝터의 기계적 작동이 지연되어 실제 분사시간이 짧아진다. 즉, 축전지 전압이 낮아질 경우에는 컴퓨터는 분사신호 시간이 길어진다.

⑦ 가속할 때의 분사량 제어 : 기관이 냉각된 상태에서 가속시킬 때 일시적으로 혼합비가 희박해지는 현상을 방지하기 위해 냉각수 온도에 따라서 분사량이 증가하는데 공전 스위치가 ON에서 OFF로 바뀌는 순간부터 시작되며 증가비율과 증가 지속시간은 냉각수 온도에 따라서 결정된다. 가속하는 순간에 최대의 증가비율이 얻어지고, 시간이 경과함에 따라 증가 비율이 낮아진다.

⑧ 기관의 출력을 증가할 때의 분사량 제어 : 기관의 높은 부하영역에서 운전성능을 향상시키기 위하여 스로틀밸브가 규정 값 이상 열렸을 때 분사량을 증가시킨다. 출력을 증가할 때 분사량 증가는 냉각수 온도와는 관계없으며 스로틀 위치 센서의 신호에 따라서 제어된다.

⑨ 감속할 때 연료분사 차단(대시포트 제어) : 스로틀 밸브가 닫혀 공전스위치가 ON으로 되었을 때 기관의 회전속도가 규정 값일 경우에는 연료분사를 일시 차단한다. 이것은 연료 절감과 탄화수소(HC)과다 발생 및 촉매 컨버터의 과열을 방지하기 위함이다.

5) 피드백 제어(feed back control)

이 제어는 촉매 컨버터가 가장 양호한 정화 능력을 발휘하는데 필요한 혼합비인 이론 혼합비(14.7 : 1) 부근으로 정확히 유지하여야 한다. 이를 위해서 배기다기관에 설치한 산소센서로 배기가스 중의 산소농도를 검출하고 이것을 컴퓨터로 피드 백(feed back)시켜 연료 분사량을 증감해 항상 이론 혼합비가 되도록 제어한다. 피드백 보정은 운전성능, 안전성능을 확보하기 위해 다음과 같은 경우에는 제어를 정지한다.

① 냉각수 온도가 낮을 때

② 기관을 시동할 때

③ 기관 시동 후 분사량을 증가시킬 때

④ 기관의 출력을 증가시킬 때

⑤ 연료 공급을 일시 차단할 때(농후 신호가 길게 지속될 때)

6) 점화시기 제어

점화시기 제어는 파워 트랜지스터로 컴퓨터에서 공급되는 신호에 의해 점화코일 1차 전류를 ON-OFF시켜 제어한다.

7) 연료펌프 제어

점화스위치가 시동(St)위치에 놓이면 축전지 전류는 컨트롤 릴레이를 통하여 연료펌프로 흐른다. 기관 작동 중에는 컴퓨터가 연료펌프 제어 트랜지스터를 ON으로 유지하여 컨트롤 릴레이 코일을 여자시켜 축전지 전원이 연료펌프로 공급된다.

8) 공전속도 제어

공전속도 제어는 각종 센서의 신호를 기초로 컴퓨터에서 공전속도 조절기구(ISC- servo) 구동신호로 바꾸어 공전속도 조절기구가 스로틀 밸브의 열림 정도를 제어한다.

① 기관을 크랭킹할 때 제어 : 이때는 스로틀 밸브의 열림은 냉각수 온도에 따라 시동하기에 가장 적합한 위치로 제어한다.

② 패스트 아이들(fast idle) 제어 : 한냉시 워밍업을 빨리하기 위해 작동하며 이때는 공전스위치가 ON으로 되면 기관의 회전속도는 냉각수 온도에 따라 결정된 회전속도로 제어되며, 공전스위치가 OFF되면 공전속도 조절기구가 작동하여 스로틀 밸브를 냉각수 온도에 따라 규정된 위치로 제어한다.

③ 공전속도 제어 : 이때는 에어컨스위치가 ON이 되거나 자동변속기가 N레인지에서 D레인지로 변속될 때 등 부하에 따라 공전속도를 컴퓨터의 신호에 의해 공전속도 조절기구를 확장위치로 회전시켜 규정 회전속도까지 증가시킨다. 또 동력 조향장치 오일압력 스위치가 ON이 되어도 마찬가지로 증속시킨다.

④ 대시포트 제어(dash port control) : 이 장치는 기관을 급 감속할 때 연료공급을 일시 차단시킴과 동시에 충격을 방지하기 위해 감속 조건에 따라 스로틀 밸브의 닫힘 속도를 제어한다.

⑤ 에어컨 릴레이 제어 : 기관이 공전할 때 에어컨 스위치가 ON이 되면 공전속도 조절기구가 작동하여 기관의 회전속도를 증가시킨다. 그러나 기관의 회전속도가 실제로 증가되기 전에 약간 지연이 있다. 이렇게 지연되는 동안에 에어컨 부하에서 회전속도를 적절히 유지시키기 위해 컴퓨터는 파워 트랜지스터를 약 0.5초 동안 OFF시켜 에어컨 릴레이 회로를 개방한다. 이에 따라 에어컨 스위치가 ON이 되더라도 에어컨 압축기가 즉시 구동되지 않으므로 기관의 회전속도 저하가 일어나지 않는다.

9) 노크(knock) 제어장치

노크제어는 기관에서 발생하는 노크를 노크센서로 감지하여 점화시기 및 연료 분사량을 제어하고 기관 보호 및 기관성능을 향상시킨다. 노크는 점화시기를 늦추면 발생하기 어려우므로, 노크가 발생한 경우에 노크센서가 기관의 진동을 감지하여 컴퓨터로 입력시키면 컴퓨터는 곧바로 점화시기를 늦추어 더 이상 노크가 일어나지 않도록 한다.

10) 자기진단 기능

컴퓨터는 기관의 여러 부분에 입?출력 신호를 보내게 되는데 비정상적인 신호가 처음 보내질 때부터 특정 시간 이상이 지나면 컴퓨터는 비정상이 발생한 것으로 판단하고 고장코드를 기억한 후 신호를 자기진단 출력단자와 계기판의 기관 점검등(CHECK ENGINE)으로 보낸다.

점화스위치를 ON으로 한 후 15초가 경과하면 컴퓨터에 기억된 내용이 계기판의 기관 점검 등으로 출력되며, 정상이면 점화스위치를 ON으로 한 후 5초 후에 점검등이 소등된다. 이때 비정상(고장)항목이 있으면 점화스위치를 한 후 15초 동안 점등되어 있다가 3초 동안 소등된 후 고장 코드가 순차적으로 출력된다.

1.4. 자동차 센서의 기능 및 종류

(1) 크랭크각 센서(CAS : Crank Angle Sensor & CPS : Crank Shaft Position Sensor)

1) 기능

크랭크각 센서는 연료의 분사시기와 점화시기를 결정하기 위해서 크랭크축의 회전 각도를 검출하여 ECU에 입력시키면 ECU는 기관의 회전수를 연산한다. 크랭크각 센서는 페일 세이프 기능이 없으므로 고장시 시동이 안된다.

2) 종류

① 마그네틱 타입(Magnetic Type) : 마그네틱 센서로 센서에서 자력선을 방출하며 플라이휠이 자력선을 자르고 지나면 신호(Signal)전압이 발생하는 원리를 이용한 것으로 전원 공급이 필요 없이 신호가 발생되게 되어있다. 이 센서는 별도의 전원 공급 없이 신호(Signal)를 발생시킬 수 있어 편리하나, 엔진 회전수(rpm)에 따라 신호의 크기가 변화한다.

② 홀 타입(Hall Type) : 센서 안에 회로가 있어 12V가 공급되어 이 센서 감지부에서 전자를 방출하는데 이 전자를 방출하는 부위(센서 감지부)를 1.0±0.5mm 이내의 간극으로 어떤 금속체가 지나치면 방출된 전자와 부딪히면서 센서 내부에서 회로에 의해 5V가 나오게 된다. 이 방식은 열과 노이즈(Noise)에 약한 옵티컬 타입이나 시그널의 판정에 기준을 정학히 하여야 하는 마그네틱 타입에 비해 노이즈면이나, 시그널의 파형에 있어 절대적으로 유리하여 최근에 많이 사용하는 편이다.

③ 옵티컬 타입(Optical Type) : 원주 방향으로 여러 개 뚫린 원판이 캠축과 같이 회전하면서 발광 다이오드에서 빛을 원판(타킷 휠)에 보내면 그 빛이 원판의 구멍을 통과하여 빛을 받은 수신판(포토 다이오드)에서 전압이 발생하여 크랭크축의 회전 각도를 검출하는 방법이다. 초기에는 가장 보편적으로 사용하였으나, 빛을 받아 전압을 발생시키는 광센서가 열과 습기에 약하고 노이즈(Noise)발생이 많아 최근에는 별로 사용하지 않는다.

홀 타입 옵티컬 타입

(2) 캠축 위치 센서(C.M.P : Cam Shaft Position Sensor & No. 1 TDC Sensor)

1) 기능

연료 분사 순서를 결정하기 위하여 설치된 센서로서 4실린더 기관에서는 1번 실린더의 상사점을 디지털 신호로 바꾸어 ECU에 입력시키고, 6실린더 기관에서는 1번, 3번, 5번 실린더의 상사점을 디지털 신호로 바꾸어 ECU에 입력시키는 역할을 한다. 캠축 위치 센서를 No.1 TDC 센서(Top Dead Center Sensor)또는 페이즈 센서(Phase Sensor)라고도 부른다. 고장시 가속이 되지 않거나 심하면 시동이 꺼진다.

2) 종류

① 마그네틱 타입(Magnetic Type) : 센서에서 자력선을 방출하며 휠이 이 자력선을 지나면 신호(Signal)전압이 발생하는 원리를 이용한 것으로 마그네틱 타입의 크랭크각 센서와 동일하게 전원 공급이 필요없이 신호(Signal)가 발생하여 1번 실린더 상사점 위치를 검출하는 방식이다. 이 형식은 국내 일부 차종에 사용되고 있으나, 신호의 올라가고 내려가는 시점이 명확하지 않은 단점이 있어 잘 사용하지 않는 타입니다.

② 홀 타입(Hall Type) : 홀 타입 크랭크각 센서와 동일하게 센서 안에 회로가 있어 여기에 12V의 전원을 공급하면, 센서 감지부에서 전자를 방출하여 이 방출된 전자가 1.8mm이내의 간극으로 어떤 회전체가 센서 감지부를 지나치면서 전자 방출을 차단하면 센서 내부에서 회로에 의해 5V의 펄스파가 발생하여 1번 실린더 상사점 위치를 검출하는 방식이다. 이 형식은 자체적으로 신호를 발생시키므로 전기적인 노이즈(Noise)의 영향이 적고, 신호(Signal) 파형이 사각파로 정확히 나와 신뢰성이 높아 최근에 많이 사용하고 있다. 다만 12V전원 공급선이 별도로 추가되는 단점이 있다.

③ 옵티컬 타입(Optical Type) : 원주 방향으로 여러 개 뚫린 원판이 캠축과 같이 회전하면서 원판에 빛을 비추어 그 빛이 회전판(타킷 휠)의 구멍을 통과하면 빛을 받은 수신판에서 전압이 발생하여 1번 실린더 상사점을 검출하는 방식으로 발광 다이오드와 포토 다이오드가 사용된다. 이 센서 타입을 열과 습기에 많이 약하여 과거에는 많이 사용하였지만, 현재 신차종에는 거의 적용하지 않는 방식이다.

홀타입 옵티컬 타입

(3) 흡입 공기량 센서(A.F.S : Air Flow Sensor)

1) 기능

실린더에 공급되는 흡입 공기량을 검출하여 알맞은 기본 연료 분사향을 결정하기 위하여 설치된 센서로서 공기량의 흐름에 따라 직접 변화하는 것을 이용하는 센서와 서지 탱크내의 압력을 통해 공기 유량을 간접적으로 측정하는 센서가 있다. 현재 가장 많이 사용하는 것은 서지 탱크내의 압력을 통하여 엔진에 흡입되는 공기량을 측정하는 MAP 센서와 같은 간접방식과 흡입 공기량의 흐름에 따라 가열된 부분이 식으면서 저항이 변하는 것을 이용하는 HOT Film 타입, Hot Wire타입, 공기 흐름에 돌기물(기둥)이 있어 이 부분에 공기의 소용돌이가 발생하는데 이 부분을 지나는 초음파가 소용돌이 정도에 따라 주파수가 바뀌는 것을 이용한 칼만 와류(Karman Vortex)타입 등 직접 측정 방식이 있다.

2) 종류

① MAP(Manifold Absolute Pressure) 센서 : 서지 탱크내의 압력을 측정하여 엔진에 흡입되는 공기량을 측정하는 센서로서 서지 탱크에 장착되며, 압력에 따라 전압이 변하는 특성을 보이는 피에조소자를 이용한 것으로 설치의 어려움이 적고 가격이 저렴하여 많이 사용되는 방식이다. 서지 탱크내의 압력을 통해 엔진에 흡입되는 공기량을 간접적으로 측정을 하기 때문에 흡입 공기 온도에 매우 민감하다. 따라서, MAP 방식에는 필수로 흡기온 센서(A.T.S)가 장착되며, 센서 내부에 흡입 공기 온도를 재는 온도 센서가 내장되어 있는 것을 T-MAP 센서라고 하며, 없는 것을 그냥 MAP 센서라고 한다.

② 칼만 볼텍스 타입(Karman Vortex Type) : 공기의 질량 유량을 계량하는 방식으로 공기의 흐름 속에서 발생된 와류를 이용하여 공기량을 검출한다. 발신기로부터 발신되는 초음파가 칼만 와류에 의해 잘려질 때 칼만 와류 수만큼 밀집되거나 분산된 후 수신기에 전달되면 변조기에 의해 전기적 신호로 컴퓨터에 보내는 방식이다.

③ 핫 와이어(HOT Wire) & 핫 필름(HOT Film) 타입 : 공기가 흐르는 통로 중앙에 와이어(HOT Wire Type)나 필름(HOT Film Type)을 달구어 놓고 흐르는 공기량에 따라 식으면서 저항이 변하는 방식을 이용하는 것으로 와이어 타입은 내구성이 좋지 않아 핫 필름 방식을 많이 사용하고 있다. 흡입되는 공기의 온도에 따라 센서 감지부의 식는 정보가 달라지게 되어 자동적으로 온도에 대한 보상이 가능하여 흡기온 센서(A.T.S)를 사용하지 않는 경우가 많으며, 공기의 맥동을 감지하거나 좀 더 정확한 공기 유량을 측정하기 위하여 흡기온 센서(A.T.S)를 사용하는 경우도 있다.

④ 베인(Vane), 메저링 플레이트 타입(Measuring Plate Type) : 공기의 체적 유량을 계량하는 방식으로 공기의 계량을 메저링 플레이트의 떨림각이 변화되면 메저링 플레이트 축에 설치된 포텐시오미터의 변화된 저항값을 전압비로 바꾸어 흡입 공기량을 검출하는 방식이다.

MAP센서 칼만 볼텍스 타입

핫 필름 타입 베인,메저링 플레이트 타입

3) 고장시 증상

① 엔진 시동후 한참동안 부조현상이 나타나다가 시동이 정지한다.

② 가속시 충격이나 당기는 현상이 나타난다.

③ 시동이 걸린 후 곧바로 정지한다.

④ 가속페달을 급히 밟을 때 엔진 rpm이 올라가는 것이 더디거나 오히려 떨어졌더가 올라간다.

(4) 스로틀 위치 센서(T.P.S : Throttle Position Sensor)

1) 기능

이 센서는 기관의 감속 및 가속에 따른 연료 분사량을 제어하기 위하여 설치된 센서로 스로틀 밸브의 개도량을 아날로그 전압으로 변환하여 ECU에 입력시키는 역할을 한다. 기관이 공회전시에는 농후한 혼합기, 부분 부하시에는 희박한 혼합기, 전부하시에 농후한 혼합기가 공급되어야 하므로 기관의 부하 상태를 스로틀 밸브의 개도량으로 검출하여 판별한다. 스로틀 위치 센서는 스로틀 밸브축에 설치되어 있는 가변 저항기로 스로틀 밸브가 열림에 따라 출력 전압이 변화되어 ECU에 입력되면 기관의 회전수 등 다른 입력신호와 함께 기관의 작동상태를 판단하여 알맞은 연료 분사량으로 제어한다.

2) 고장시 증상

① 공회전시 엔진의 부조 현상이 발생하고 시동이 꺼진다.

② 가속중에 심하게 충격이 있거나 힘없이 가속된다.

③ 공회전일 때 배기가스 배출이 평상시 보다 많이 나온다.

④ 가속 페달을 살짝 밟고 나갈 때, 울컥거림이 심하다.

⑤ 공회전중인데도 엔진의 회전수가 높은 상태로 있으면서 공전 회전수로 리턴되지 않는다.

TPS

(5) 공전 속도 조절(I.S.C : Idle Speed Control)

1) 기능

공전 속도 제어는 I.S.C 서보가 스로틀 밸브 개도를 조절하며 I.S.C 모터는 각종 센서의 신호를 토대로 엔진 상태에 따라 ECU에 의해 제어되므로 최상의 공전 속도를 유지시키는 역할을 한다. 시동시 제어는 냉각수 온도에 따라 스로틀 밸브 개도를 제어하고 아이들 업 제어는 패스트 아이들 스위치나 에어컨 스위치 ON시 부하에 따라 공전 속도를 목표치까지 상승시키며 대시 포트 제어는 감속시의 조건에 따라 제어한다.

2) 종류

① 듀티 방식의 ISC 밸브 : I.S.C 밸브를 여닫는데 두 개의 코일의 전자력을 이용하는 방식으로 ON이 되면 전자력에 의해 밸브가 열리고 OFF하면 닫히게 되어 ON / OFF를 반복하면서(한 주기에 있어 ON되는 시간 비율을 듀티량(%) 이라 한다.) 최적인 공전 속도를 유지하게 된다.

② 스텝 방식의 ISC 밸브 : I.S.C 밸브를 여닫는데 영구 자석을 이용하는 방식으로 I.S.C 밸브의 핀들 축 위에는 세 개의 전자석이 원주 방향으로 싸고 있으며 ECU가 전기가 통하는 방향을 바꾸어 주고 N극과 S극이 바뀌게 되어 핀들 상단 자석의 극과 같게 하면 밀어내는 힘이 생기고 또는 극이 다르게 하여 당기게 한 다음 한 스텝에 핀들을 1/6회전씩 회전시키면서 공회전 속도를 제어하는 방식이다.

3) 고장시 증상

① 공회전시 엔진의 부조 현상이 발생하고 시동이 꺼진다.

② 공회전일 때 배기가스 배출이 평상시 보다 많이 나온다.

③ 가속 페달을 살짝 밟고 나갈 때, 울컥거림이 심하다.

④ 공회전중인데도 엔진의 회전수가 높은 상태로 있으면서 공전 회전수로 리턴되지 않는다.

듀티 방식의 ISC밸브 스텝방식의 ISC밸브

(6) 노크 센서(Knock Sensor)

1) 기능

기관의 작동 중에 노킹이 발생되면 점화시기를 조절하여 노킹을 방지하기 위하여 설치된 센서로 실린더 블록에 설치된 압전 소자(Piezo electric effect element)로 수정편 양쪽에 금속판을 접촉시켜 노킹이 발생되면 수정 편에서 고주파 진동을 전기적 신호로 변환시켜 ECU에 입력시키는 역할을 한다. 노킹 센서에서 전기적 신호가 입력되면 ECU에 내장된 마이크로 컴퓨터는 A/D 변환기를 통한 노킹 센서의 출력신호를 연산하여 노킹으로 판별되면 점화시기를 늦추어 기관을 정상적으로 작동시킨다. 또한 노킹이 없는 상태에서는 다시 점화시기를 노킹 한계까지 진각시켜 기관의 효율을 최적의 상태로 유지시켜 연료 소비율을 향상시킨다.

2) 고장시 증상

① 연료 소비가 증대된다.

② 기관의 출력이 저하된다.

③ 배기 가스 중에 CO 및 HC가 증대된다.

④ 엔진의 부조 현상이 발생한다.

노크센서

(7) 차속 센서(V.S.S : Vehicle Speed Sensor)

1) 기능

공전 속도 및 연료 분사량을 조절하기 위하여 설치된 센서로서 스피드 미터 케이블 1회전당 4회의 디지털 펄스 신호를 ECU에 입력시키는 역할을 한다. 또한 차속 센서에는 리드 스위치식, 마그네틱 타입, 홀 타입 등이 있다.

2) 종류

① 리드 스위치식 : 스피드 미터내에 설치되어 변속기 출력축의 회전수를 전기적인 펄스 신호로 변환하여 ECU에 입력 시키는 역할을 한다. ECU는 차속 센서에서 입력된 신호를 자동차의 속도로 연산하여 연료 분사량을 제어한다. 일반적으로 스피드 미터 케이블 1회전당 4회의 펄스 신호가 발생한다.

차속센서

② 마그네틱 타입(Magnetic Type) : 변속시 출력축에 설치되어 센서에서 자력선을 방출하면 변속기의 드리븐 기어가 이 자력선을 자르고 지나면서 신호(Signal)전압이 발생하는 원리를 이용한 것으로 전원 공급이 필요 없이 신호(Signal)가 발생하는 장점이 있다.

③ 홀 센서 타입(Hall Type) : 홀 센서 타입은 마그네틱 타입과 비슷하나 센서를 작동하기 위한 전원을 공급해 주어야 한다는 것이 특징이다.

차속 센서 종류

(8) 대기압 센서(B.P.S : Barometric Pressure Sensor)

1) 기능

주행 중인 자동차의 고도에 따른 적정한 공연비가 되도록 연료의 분사량 및 점화시기를 조절하기 위하여 설치된 센서로 대기 압력이 비례하는 아날로그 전압으로 변환시켜 ECU에 입력시키는 역할을 한다. 대기압 센서는 공기 유량 센서(칼만 와류식)에 부착되어 스트레인 게이지의 저항값이 압력에 비례하는 것을 이용하여 전압으로 변화시키는 반도체 피에조 저항형 센서로서 전압으로 변환한 신호를 ECU에 보내면 ECU는 신호를 이용해 차의 고도를 계산하여 적정한 공기와 연료의 혼합기가 되도록 연료 분사량 및 점화시기를 조정한다.

BPS

(9) 인히비터 스위치(Inhibitor Switch)

1) 기능

인히비터 스위치는 P레인지와 N레인지에서만 기동 전동기가 작동될 수 있도록 회로를 연결하여주고, 크랭킹 하는 동안 연료 분사 시간을 조절하기 위해 설치된 스위치로 점화 스위치를 ST위치에서 크랭킹하는 동안 크랭킹 신호를 ECU에 입력시켜 P레인지와 N레인지에 알맞은 공전 속도 제어 서보를 조절하고 그 외는 자동 변속기의 각 위치에 따른 신호를 TCU에 입력시키는 역할을 한다.

인히비터 스위치

(10) 엑셀러레이터 위치 센서(A.P.S : Accelerator Position Sensor)

1) 기능

엑셀러레이터 위치 센서는 미끄러지기 쉬운 노면에서 타이어의 슬립을 방지하고 선회시의 조향 성능을 향상시키기 위하여 설치된 센서로 엑셀러레이터의 밟는 양에 비례하는 전압으로 변환하여 T.C.S(Traction Control System)의 ECU에 입력시키면 ECU는 기관의 출력을 감소시키는 역할을 한다.

엑셀러레이터 위치 센서

(11) 흡입 공기 온도 센서(A.T.S : Intake Air Temp Sensor)

1) 기능

실린더에 흡입되는 공기의 온도에 알맞은 연료를 보정하기 위하여 설치된 센서로 온도가 상승하면 저항값이 감소하는 서미스터(N.T.C : Negative Temperature Coefficient)를 이용하여 흡기 온도를 검출하여 ECU에 입력시키는 역할을 한다. ECU에서 5V의 전압을 공급받아 서미스터를 통하여 전류가 흐를 때 흡기 온도가 높으면 저항값이 감소하여 출력 전압이 낮아지므로 연료의 분사량을 감소시키고, 흡기 온도가 낮으면 저항값이 증가하여 출력 전압이 높아지므로 연료의 분사량을 증가시킨다. 이처럼 흡기온 센서는 별도로 분리하여 흡입 공기 통로에 설치되기도 하지만, 흡입 공기량 센서에 일체로 장착이 되는 경우가 많다. 이런 경우 MAP 센서는 T-MAP센서 MAF(Mass Air Flow)센서는 T-MAF 센서라고 한다.

2) 고장시 증상

① 공회전시 엔진 부조 현상이 발생한다.

② 가속 성능이 저하된다.

③ 연료 소비가 증대된다.

④ 엔진 rpm이 공회전 상태로 리턴 되지 않거나 시동이 꺼진다.

흡기온도 센서 냉각수온도 센서

(12) 냉각 수온 센서(W.T.S & C.T.S)

1) 기능

기관의 냉각수 온도에 따라서 공전 속도를 적절하게 유지시키고 연료 분사량을 보정하며, 점화 진각도를 결정하기 위하여 설치된 센서로 기관의 냉각수 통로에 설치되어 냉각수 온도를 검출하여 ECU에 입력시키는 역할을 한다. ECU는 기관이 난기 운전시에는 실린더 벽 및 흡입 밸브에 연료의 입자가 응축되기 때문에 농후한 혼합기가 공급되어야 하며, 기관의 냉각수 온도에 따라서 정상적인 연료 분사량 보다 30~60% 더 많은 연료량이 분사되도록 한다. 수온 센서는 온도가 상승함에 따라서 저항이 감소하는 NTC 서미스터로 기관의 냉각수 온도를 아날로그 전압으로 변환시켜 ECU에 입력되면 ECU는 난기 상태를 판별하여 연료 분사량을 조절하고 기관의 온도에 따라 적절한 공전 속도를 유지시킨다.

2) 고장시 증상

① 공전 회전수가 높게 나온다.(공회전이 불안정하다.)

② 가속시에 소리가 약간 둔해지면서 가속이 잘 안된다.

③ 가속 페달을 밟는 순간 울컥거림이나 충격이 온다.

④ 워밍업시 검은 연기가 배출된다.

⑤ 배기가스 중에 CO 및 HC가 증대된다.