흡기온 센서의 파형 보기


1. 고장 내용


1. 시그널 선이 단락 됨(시그널 전압이 너무 높게 : 약 4.5볼트 이상) : 흡기온이 너무 낮게 ( -40℃ 이하) 나온다

고장원인

1.1 흡기온 센서선 (ECU핀 : F11)이 접지(그라운드)와 접촉하고 있다.

수리방법

1.1 흡기온 센서선 (ECU핀 : F11)이 접지부와 접촉하는 부위를 찾아 개선한다
< 참 고 > 시멘스의 FX5.1의 전자제어가 장착된 차량은 엔진이 과열(126℃ 이상)된 경우 수온센서가 고장으로 판단될 수 있으며, 이는 전자제어 상의 특징으로 엔진이 정상 온도가 되면 원 위치되므로 문제삼을 필요가 없다.

엔진 현상

ECU에서는 냉각수온이 20℃ 이상이면 20∼25℃로 고정해서 흡기온을 인식하며, 냉각수온이 20℃ 이하이면 5℃ 정도로 흡기온을 인식하여 엔진에 큰 이상은 보이지 않으나, 산소센서 피이드 백량이 과대하거나 과소해질 수 있으며, 엔진이 열간 상태에서는 노킹이 발생할 수 있다.
ECU에서 고장 진단을 하므로, 스캐너를 통해 고장 내용을 확인할 수 있다.

파형 보기

시그널 전압이 항상 4.5볼트 이상이 나온다.


2. 시그널 선이 접지부와 쇼트 됨 (시그널 전압이 항상 낮게 : 0.5볼트 이하) : 흡기온이 너무 높게 (130℃ 이상) 나온다

고장원인

2.1 흡기온 센서선 (ECU핀 : F11) 또는 센서 접지선 (ECU핀 : F1)이 끊어 졌다2.2 흡기온 센서선 (ECU핀 : F11)이 전원부 (5V 또는 12V)와 접촉하고 있다

수리방법

2.1 흡기온 센서선 (ECU핀 : F11) 또는 센서 접지선 (ECU핀 : F1)이 끊어진 부분을 찾아 개선한다.
2.2 흡기온 센서선 (ECU핀 : F11)이 전원부와 접촉하는 부위를 찾아 개선한다

엔진 현상

ECU에서는 냉각수온이 20℃ 이상이면 20∼25℃로 고정해서 흡기온을 인식하며, 냉각수온이 20℃ 이하이면 5℃ 정도로 흡기온을 인식하여 엔진에 큰 이상은 보이지 않으나, 산소센서 피이드 백량이 과대하거나 과소해질 수 있으며, 엔진이 열간 상태에서는 노킹이 발생할 수 있다.
ECU에서 고장 진단을 하므로, 스캐너를 통해 고장 내용을 확인할 수 있다.

파형 보기

시그널 전압이 항상 0.5볼트 이하로 나온다.


2. 현장 사례

< 사례 1 >
흡기온 센서 고장에 의한 영향
차량 :
시멘스/보쉬 시스템(흡기온 센서가 있은 것) 장착 차량
현상 설명 : 엔진 체크 램프가 들어와 있는데, 엔진에 큰 이상이 없어서 그냥 타고 다녔는데 한참 공회전을 시키고 나서 출발을 하려고하면 가속 페달을 밟는 순간 노킹이 심하게 발생한다. 특히 적체된 구간에서 서행을 하면 현상이 심해진다.
원인 :흡기온 센서가 고장이 나서 ECU에서는 흡기온을 20℃로 인식하고 있어, 실제 온도가 높을 때 점화시기를 지각을 해야 하는데 지각을 하지 않아 노킹이 발생함.
파형 보기 : 흡기온 센서가 고장이 발생 시 흡기온 센서 시그널(상단부)와 이 때 노킹 발생 시의 노킹센서 시그널(하단부)과 같이 측정할 때 나올 수 있는 파형

설명 : 흡기온이 높으면, 연소실에서 점화 후에 화염 전파 시간이 짧아진다. 그러므로 화염전파 시간이 빨라지는 만큼 점화시기를 지각해야 하는데, 그 지각시키는 양은 흡입공기량이 증가할수록 많아진다. 흡기온이 40℃에서 80℃로 높아지면 점화시기는 약4∼6도 정도 지각해야 한다.
응용 확대 : 흡기온 센서가 고장이 나면 흡기온에 따라 보정되는 양이 맞지 않아 ㉠연료량의 경우 산소센서 피이드백 량이 비 정상적으로 적거나 많아지며, ㉡점화시기의 경우 엔진이 뜨거운 상태에서 노킹 발생이 예상되고, ㉢ISC밸브의 학습량이 비 정상적으로 많아지거나 적어진다.

3. 흡기온 센서의 위치



< 흡기온 센서 유형 >


4. 확인 방법

고장을 확인 하는 방법과 진단을 설명합니다.

준비내용

1. 오실로 스코프 또는 멀티 메터
2. 흡기온 센서 배선도

1. 배선도를 참조하여 시그널 선, 접지 선을 찾아 연결한다.
2. 시그널을 측정 후
정상 측정값과 비교한다.
(1) 정상 측정 값에 시그널 전압과 그 때의 온도를 참조하여 현재 측정하는 시그널 전압과 흡기 온도를 비교한다.
(2) 스캐너를 연결하여 실제 흡기 온도도 같이 본다
3. 흡기온 센서를 정확히 보기 위해서는 아래의 내용을 같이 확인하여 보는 것이 좋다
< 확인 내용 >
(1) 스캐너를 통해 흡기 온도 값

측정 방법

참고 : 시그널을 절대값으로 보려면, 접지 단자를 차체 또는 엔진에 접지시킨다.


5. 파형 분석

흡기온에 따른 센서 시그널 전압은 아래 그래프와 같다.




6. 일반 소개

NTC ( Negative Temperature Coefficient : 소자가 서미스터(Thermister) 저항체로 온도가 높을 수록 저항이 줄어드는 특성이 있음) 소자를 이용하여 엔진에 흡입되는 온도를 측정한다 엔진에 흡입되는 공기량을 재는 방식이 써지탱크 내의 압력을 재는 방식은 흡입공기의 온도가 매우 중요하다. 실제로 연소될 때 소모되는 공기(산소)량은 일정하여도 온도에 따라 압력은 크게 변하기 때문이다. 그래서 ECU는 실제 엔진에 흡입되는 공기량을 계산하기 위하여 온도를 흡기온 센서의 시그널을 통해서 알아낸다



< 참 고 > T_MAP센서는 흡기온 센서는 별도로 있는 것이 아니고 MAP센서 내부에 설치되어 있으며, 그래서 MAP의 이름을 T_MAP센서라고 한다.

7. 원리(알고리즘) 소개

이 흡기온 센서에 대해서는 고장이 발생 시 엔진의 작동에 큰 영향이 없어 일반 오너는 물론이고 정비사도 큰 특징을 느낄 수 없다. 그래서 정비를 하는 분들에게 있어서 크게 알려지지 않으며, 그 역할에 대해서도 잘 알려지지 않고 있다.
이 흡기온 센서에 대해서는 어떤 고장을 일으키고 그 수리방법을 알고자 하는 방향보다는 전자제어 엔진에 있어서 어떻게 활용되는 가를 이해하는 것이 좋을 듯 싶다.

7.1 흡기온 센서가 ECU내부에서 어떻게 활용 되는가?
우선 흡기온이 사용되는 목적은 엔진에 흡입되어 들어오는 공기가 어느 정도 데워져 있는가를 알기 위한 것이지만 실제는 "공기 무게"이며 좀더 정확히 말하면 "공기(산소와 질소 등)의 분자 수"를 정확히 알기 위함"이다. 그 목적은 크게 연료 계통, 점화계통, ISC밸브 열림 계통 등 세가지로 나누어 진다.

1) 연료 계통의 활용

(1) MAP (Manifold Air Pressure)센서의 경우
MAP센서의 방식은 엔진에 흡입되는 공기량을 써지 탱크 내의 압력을 통해서 측정하게 되는데, 여기서 한가지 알고 넘어가야 할 것이 있다. 우선 가속 페달을 많이 밟으면 흡입되는 공기량이 많아지고 당연히 써지 탱크 내의 압력도 증가하여 MAP센서 시그널 값이 많아질 것이다. 그런데 만약 회전수가 높으면 엔진에 흡입되는 공기가 많아져서 공기유량은 증가하게 되는데 그러면 압력은 어떻게 될 것인가. 간단히 감소한다. 즉 베르누이 정리에 의하여 유속이 빨라지면 압력은 떨어지기 때문이다. 그러면 낮은 회전수에서는 반대로 공기 유량은 적어지고 써지 탱크 내의 압력은 증가한다. 그렇다면 어떻게 할 것인가?
간단하다 ECU내부에서는 MAP센서 시그널에 따라 실제 공기량은 회전수 별로 나누어 계산을 한다. ECU버전마다 다른데 통상 회전수를 약 6500rpm 또는 7200rpm 까지 12단계 또는 17단계로 나누어서 계산한다.


그리고 써지탱크 내의 압력은 온도가 높으면 어떻게 될 것인가. 당연히 높아진다. 같은 공기량이라 해도 뜨거워지면 압력이 상승하게 되고 반대로 차가우면 압력은 낮아진다. 그래서 공기량을 측정하는 방식이 MAP 센서인 경우 흡기온 센서는 매우 중요하다.
어떻게 온도에 따라서 흡입공기량을 계산(보정)하는 가를 보자. 우선 흡기 온도별로 시험을 통하여 계수를 구한다. 여기서 계수라 함은 연료량 계산하는데 곱하는 값이다.
<참고> 연료량 계산식 = (공기량) * 기울기(공기량을 연료량으로 바꿔 주는 상수) * ---각종 계수 --- * ( 1 + 흡기온 보정 계수)가 된다.
즉 흡기온도 별로 흡기온 보정 계수 값을 여러가지를 넣어 봐서 산소센서에 의해서 보정하는 값이 항상 중간 값(즉 1이 되도록)이 되는 값을 택해서 입력한다.
이 흡기온 보정 계수는 가속 페달을 밟고 있을 때와 밟고 있지 않을 때 두 가지로 나누는데 그 이유는 가속페달을 밟고 있을 때는 흡입공기량의 흐름이 많고 빨라서 흡기온 센서에서의 온도와 엔진에 유입될 때의 온도에 큰 차이가 없지만, 가속 페달을 밟고 있지 않을 때는 오랫동안 아이들을 시킬 때와 주행 직 후 정지 상태에서 흡기온 센서의 온도와 엔진에 흡입되는 온도가 차이가 나기 때문(즉 흡기온 센서를 지난 다음에 더 가열되는 경우가 있음)에 아이들에서는 경험적으로 입력할 수 있도록 하기 위함이다.
참고로 모 메이커에서는 흡기온 센서의 위치를 어디에 두는 것이 바람직 한 가를 알아보기 위해 흡기온 센서를 에어크리너, 트로틀 보디, 인테이크 러너, 인젝터 연료 분사 위치 등에 장착하면서 시험을 하였지만 모두 아이들에서는 얼마동안 아이들을 시키는가에 따라 큰 차이를 보여서 결국 큰 의미가 없음을 알게 된 경우가 있다.

이와 같이 MAP센서 방식에서는 흡기온은 흡입 공기량을 계산하는데 사용하는 것이 아니고,연료량을 계산하는데 사용한다.




(2) MAF 센서의 경우
여기서 MAF(Mass Air Flow)센서라 함은 통상 AFS(Air Flow Sensor)라고도 하는데 전자제어 메이커나 자동차 메이커의 개발 담당자는 MAF센서라고 많이 사용한다.
이 센서는 공기의 흐름에 의하여 가열된 부분(Hot wire 또는 Hot film)이 식게 되는데 이 식는 정도에 따라 저항이 바뀌고 그래서 시그널 전압이 바뀌게 되는 것을 이용한 것으로, 흡기온 센서가 필요가 없을 수 있다. 왜냐하면 뜨거운 공기가 지나가게 되면 그 만치 덜 식고 반대로 차가운 공기가 지나면 많이 식게 되기 때문에 이를 이용하여 흡기온 센서를 사용하지 않아도 되기 때문인데, 현재는 많이 흡기온 센서를 사용한다. 그 이유는 지금 공기가 많이 지나가서 많이 식는 지 적게 흐르지만 차가운 공기가 지나서 많이 식게 되는 지 그 구별이 쉽지 않기 때문이다. 참고로 최근 배기가스 규제가 더욱 어려워지면서 가능한 정확히 연료량을 맞추기 위해서 대부분 흡기온 센서를 사용한다. 이 MAF센서에서는 흡기온 센서의 영향은 MAP센서 만큼 큰 영향을 주지 않는다. 이유는 잠깐 설명했듯이 흡기온이 높으냐 낮으냐에 따라 MAF센서의 공기 유량을 감지 하는 가열된 부분을 식히는 정도가 차이가 생기기 때문이다.
결국 연료량의 계산에 있어 흡기온 센서의 영향은 정확히 연료량을 계산하는데 필요한 것이다. 그러나 이 흡기온 센서가 고장이 발생한 경우 정확한 연료량의 계산이 맞지 않았다 하더라도 산소센서의 피이드 백 보정을 통하여 충분히 맞출 수 있기 때문에 연료 공급량에 어떤 큰 차이를 발견할 수 없게 된다. < 참고 > 흡기온에 따른 연료량의 차이 : 약 Max ± 15% 산소 센서를 통해 연료량을 조정할 수 있는 범위 : Max ±30% 또는 ±50% 임

2) 점화시기의 영향

점화시기의 영향은 냉각수온 센서에서 설명한 영향과 동일하다. 온도가 낮으면 점화 시에 화염의 전파가 늦어지지만 반대로 높으면 화염의 전파가 빨라진다. 기본적으로 입력되어 있는 점화시기는 엔진이 정상일 때 ( 냉각수온은 약 80 - 95도, 흡기온은 40 - 50 도, 오일 온도는 약 80 - 110도 정도 부근) 입력된 것으로 만약 너무 고온 일 때는 화염 전파가 빨라져서 조기 점화가 발생할 수 있으므로 빨라지는 정도 만큼 지각을 시킨다.
다만 냉각수온 센서는 주로 저온에서 중요 시 되며, 흡기온 센서는 고온에서 중요하다. 이유는 냉각수온이 80도 이상에서는 실제 엔진이 많이 과열되어 있는 지를 정확히 볼 수 없다. 이유는 경우에 따라 냉각수온은 100도씨 까지 정상인데도 올라 갈 수 있으며 그 이상이 되어 있다 하더라도 냉각수온 만 올라가 있는 지 엔진에 흡입되는 공기도 뜨거워져 있는 지를 정확히 알 수는 없다. 그래서 통상 냉각수온으로는 약 80- 90도씨 까지만 점화시기를 보정하며 그 이상의 온도에서는 흡기온 센서를 보고 점화시기를 보정한다.
그래서 실제 저온이라 화염전파가 늦어 점화시기가 지각되는 현상과 같이 되는 경우 냉각수온을 보고 진각 보정을 하며 고온에서는 화염전파가 빨라 점화시기가 진각된 것과 같이 되므로 지각하는 것은 흡기온 센서로 하게 된다. 흡기온 센서가 고장인 경우 고온에서 점화시기를 늦춰주는 보정을 하지 못하기 때문에 엔진이 과열되었을 때 노킹이 많이 발생하는 현상이 나올 수 있다


다음페이지

목록보기