크랭크 앵글 센서 시그널의 파형 분석

크랭크 앵글 센서의 고장 유형에 대해서 설명하고자 한다. 크랭크 앵글 센서는 간헐적인 엔진 부조나 시동 꺼짐이 발생 시 가장 많이 의심 받는 것 중에 한가지 이다. 왜 그런가를 설명하고 가능한 크랭크 앵글 센서를 모두 이해할 수 있도록 고장내용부터 원리(알고리즘)에 대해서도 설명하여 정비사에부터 연구원까지 이해를 돕고자 한다.

1.고장내용


캠 시그널이 나오면서 크랭크 앵글 시그널이 전혀 나오지 않으면 고장

3. 크랭크앵글 센서시그널(투스)의 폭이 너무 좁다

고장원인

노이즈가 크랭크각 신호로 감지됨

수리방법

고장확인에 따라 원인을 찾아 수리한다
3.1 점화계통의 배선과 크랭크앵글 센서 접지선, 센서선을 다른 배선(TCU 계통 등)과 분리하고 실드를 확실히 (ECU전 3cm까지) 한 다음 , 크랭크앵글 센서의 배선을 점화계통의 배선과 멀리한다.
< 참고 >
노이즈의 발생 방지는 현실적으로 매우 어려우나, 반드시 수리를 해야하는 상황이라면 다음 그림과 같이 실드선 중간에 콘덴서를 연결하여 접지 시켜 본다.

엔진 현상

간헐적으로 시동이 꺼지거나, 가끔 공회전 중에 부조를 보이면서 진동이 발생하며 이 때 연료 분사 또는 점화가 생략되거나 연료 분사시기 또는 점화시기가 크게 벗어난다.
특히 LPG차량에서는 이런 상황이 되면 역화 현상(Back fire)이 크게 발생한다

파형 보기



참고 : 크랭크 앵글 시그널을 측정할 때 인젝터 작동상태와 점화 상태를 같이 측정하여 중단되는 경우, 그 때의 시그널을 확대하여 노이즈 발생유무를 찾는다


4. 크랭크앵글 센서시그널에 의해 생성된 투스의 개수가 맞지 않는다.

고장원인

4.1 노이즈가 크랭크각 신호로 감지됨
4.2 엔진회전이 짧은 순간(1-5msec) 역전방향으로 움직인다
4.3 시동시 셀프모터가 작동시 플라이휠의 진동이 크랭크각 신호를 생성 시킴

수리방법

고장확인에 따라 원인을 찾아 수리한다
4.1 점화계통의 배선과 크랭크앵글 센서 접지선, 센서선 을 다른 배선(TCU 계통 등)과 분리하고 실드를 확실히 (ECU전 3cm까지) 한 다음 , 크랭크앵글 센서의 배선을 점화계통의 배선과 멀리한다.
4.2 급가속시에 울컥거리는 현상이 없도록 엔진 마운팅 또는 하체를 조정한다 (ECU내부에 가속시 충격을 줄이는 점화시기 보정을 한다)
4.3 셀프모터와 물리는 플라이휠의 나사부분의 접촉면을 매끄럽게 한다, 또는 캘리브레이션 데이타 변경 및 프로그램 수정이 가능한 경우, ECU내부에서 첫 크랭크각이 나온 후 50msec동안 크랭크 각 신호를 무시하도록 프로그램을 한다.
< 참고 >노이즈의 발생 방지는 현실적으로 매우 어려우나, 반드시 수리를 해야하는 상황이라면 다음 그림과 같이 실드선 중간에 콘덴서를 연결하여 접지 시켜 본다.

엔진 현상

간헐적으로 시동이 꺼지거나, 가끔 공회전 중에 부조를 보이면서 진동이 발생하며 이 때 연료 분사 또는 점화가 생략되거나 연료 분사시기 또는 점화시기가 크게 벗어난다.
특히 LPG차량에서는 이런 상황이 되면 역화 현상(Back fire)이 크게 발생한다

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< 참고 >마그네틱 타입의 크랭크 앵글 센서를 장착 시에 자주 나타나며, 시동 초기 셀프 모터에 플라이 휠이 물리는 아주 짧은 순간(100msec 이내)에 크랭크 앵글 시그널이 잘못 인식되어 문제를 일으킨다. 이러한 내용은 ECU내부에서 인식하는 내용으로 직접 외부에서 볼 수 없으므로 처음 시동을 걸면서 인젝터 분사시기와 점화시기를 같이 측정을 하고, 인젝터 분사시기와 점화시기로 추적하여 알아내야 한다.


5. 롱 투스 또는 캠 시그널의 위치가 맞지 않는다

고장원인

5.1 엔진회전이 짧은 순간(1-5msec) 역전방향으로 움직인다
5.2 시동 시 셀프 모터가 작동 시 플라이휠의 진동이 크랭크 각 신호를 생성 시킴

수리방법

고장확인에 따라 원인을 찾아 수리한다
5.1 급 가속 시에 울컥거리는 현상이 없도록 엔진 마운팅 또는 하체를 조정한다 (캘리브레이션 데이타 변경이 가능한 경우 ECU내부에 가속 시 충격을 줄이는 점화시기 보정을 한다)
5.2 셀프 모터와 물리는 플라이휠의 나사부분의 접촉면을 매끄럽게 한다, 또는 캘리브레이션 데이타 변경및 프로그램 변경이 가능한 경우 ECU 내부에서 첫 크랭크 각이 나온 후 50msec동안 크랭크 각 신호를 무시하도록 프로그램을 한다.

엔진 현상

캠 센서 고장코드가 간헐적으로 나오며, 가속 시 울컥거리는 현상이 나온다

시동 중에는 셀프 모터가 끼여서 잘 안 돌아가는 것 처럼 울컥 거리면서 약 0.5초 정도 멈칙거리다가 시동이 걸리며, LPG차량의 경우 심하게 역화현상(Back fire)가 발생한다.

파형 보기


< 참고 사항 >
1. 엔진이 순간 역전 방향으로 회전하면서 크랭크 앵글 센서 시그널의 폭이 과도해지거나 롱 투스 사이의 개수가 증가하는 경우는 기아 차량의 옵 틱컬 타입에 자주 나타난다.
2. 마그네틱 타입의 크랭크 앵글 센서를 장착 시에 자주 나타나며, 시동 초기 셀프 모터에 플라이 휠이 물리는 아주 짧은 순간(100msec 이내)에 크랭크 앵글 시그널이 잘못 인식되어 문제를 일으킨다. 이러한 내용은 ECU내부에서 인식하는 내용으로 직접 외부에서 볼 수 없으므로 처음 시동을 걸면서 인젝터 분사시기와 점화시기를 같이 측정을 하고, 인젝터 분사시기와 점화시기로 추적하여 알아내야 한다.


6. 크랭크 각 신호(투스)간의 간격이 너무 멀다

고장원인

6.1 센서 불량
6.2 엔진회전이 짧은 순간(1-5msec) 역전방향으로 움직인다

수리방법

고장확인에 따라 원인을 찾아 수리한다
6.1 크랭크앵글 센서를 교환한다6.2 급 가속 시에 울컥거리는 현상이 없도록 엔진 마운팅 또는 하체를 조정한다 (캘리브레이션 데이타 변경이 가능한 경우 ECU내부에 가속 시 충격을 줄이는 점화시기 보정을 한다).

엔진 현상

캠 센서 고장코드가 간헐적으로 나오며, 가속 시 울컥거리는 현상이 나온다

시동 중에는 셀프 모터가 끼여서 잘 안 돌아가는 것 처럼 울컥 거리면서 약 0.5초 정도 멈칙거리다가 시동이 걸리며, LPG차량의 경우 심하게 역화현상(Back fire)가 발생한다.

파형 보기



< 참고 사항 >
1. 엔진이 순간 역전 방향으로 회전하면서 크랭크 앵글 센서 시그널의 폭이 과도해지거나 롱 투스 사이의 개수가 증가하는 경우는 기아 차량의 옵 틱컬 타입에 자주 나타난다.
2. 시동 중 키를 놓는 순간, 전원 ON이 되는 접촉면이 바운싱(튀는 현상)되어 전원 차단 현상(약 80usec 이하)이 발생하여 시그널이 깨지는 현상이 보인다

2.현장사례

< 사례 1 >
차량 : 뉴 세피아 1.5L SOHC, 주행거리 : 7,200Km
현상 설명 : 시동 중에 엔진이 한번 정도 멈칙 거리듯이 울컥 거리면서 시동이 걸린다. 추운 날에는 시동이 걸렸다 꺼지고 다시 걸면 잘 안 걸린다.
원인 : 시동을 걸고 나서 키를 놓는 순간에 디스트리 뷰터에 가는 전원이 매우 짧게 차단되는 현상이 나와 크랭크 앵글 센서 시그널이 많이 깨져 있다.
파형 보기 :


설명 : 키 박스에서 시동 후를 키를 놓을 때 바운싱(접촉이 되었다 안 되었다 하는 현상)이 발생하여 크앵크 앵글 시그널이 그 순간에 나오지 않아 ECU는 연료 분사를 하지 않았다.
확대 응용 : 엔진의 회전이 급격하게 변하는 것(피스톤의 운동이 갑자기 저하되는 것)과 같은 현상이 나오면 연료의 분사가 정지 되었거나 점화시기가 이상하게 나오는 경우이다. 이렇게 이상한 경우는 대부분 ECU에서 크랭크앵글 센서 시그널을 제대로 받지 못할 경우 이므로 이 때는 항상 크랭크 앵글 시그널이 제대로 나오는지 확인해야 한다. 이 때는 점화시기와 연료 분사를 같이 보는 것이 좋다.
㉠ LPG차량에서 역화현상 (Back fire)이 발생하는 경우
㉡ 공회전 중 갑자기 시동이 꺼지는 경우
㉢ 간헐적으로 엔진이 진동이 생기면서 흔들거리는 경우
㉣ 시동 중에 셀프 모터가 낀 것 처럼 울컥 거리면서 시동이 걸리는 경우

< 사례 2 >
차량 : 세피아 2 1.5L SOHC, 주행거리 : 24,000Km / 크레도스 2.0L DOHC LPG
현상 설명 : 가솔린 차량의 경우 : 시동을 걸 때 울컥거리면서 마치 셀프모터에 플라이 휠이 낀 것 처럼 "끽" 하면서 엔진이 회전을 하지 않고 0.5초 정도 멈칙하는 현상이 나온 후 시동이 걸리거나 시동이 걸리지 않는다.
LPG차량 : 시동을 걸 때 "뻥"하는 역화현상(Back fire)이 발생한다.
원인 :
인젝터의 열리는 시기가 매우 비정상적이고 점화시기가 엉뚱하게도 흡입행정에 나타난다.
파형 보기 :


설명 :
ECU에서 크랭크 앵글 시그널을 받아 들일 때, 시동 중에 처음 플라이휠이 셀프모터에 물리는 순간 발생한 진동에 의해 미세하게 나오는 크랭크 앵글 시그널을 투스 시그널로 받아 들인 후 나중에 정상으로 나오는 첫 번째 시그널을 롱 투스로 인식하여 그 다음에 나오는 상사점을 잘못 계산하여 연료 분사시기와 점화시기가 비 정상적인 시기에서 나왔다.
확대 응용 :
ECU에서 입력되는 시그널을 잘못 인식하여 발생하는 예로 외부에서 시그널이 정상이라 하여도 ECU에서 잘못 받아 들이면 문제가 발생하는 경우가 되는 것으로 연료 분사시간과 점화 파형을 볼 때, 그 적용시기에 대해서 의심이 가는 경우 항상 크랭크 앵글 센서 시그널을 같이 봐서 그 타이밍을 확인해야 한다.
㉠ LPG차량에서 역화현상 (Back fire)이 발생하는 경우
㉡ 공회전 중 갑자기 시동이 꺼지는 경우
㉢ 간헐적으로 엔진이 진동이 생기면서 흔들거리는 경우
㉣ 시동 중에 셀프 모터가 낀 것 처럼 울컥 거리면서 시동이 걸리는 경우

< 사례 3 >
차량 : 아벨라/세피아 1.5L SOHC/DOHC , 주행거리 : 24,000Km / 크레도스 1.8L/2.0L DOHC LPG 택시 차량 (옵틱컬 디스트리 뷰터 차량)
현상 설명 : 가끔 시동이 꺼지는 현상이 나오다가 나오기 시작하면 자주 발생을 한다. 그러다가 한참 정상으로 되다가 갑자기 또 시동이 꺼지는 현상이 발생한다. 그리고 그 때 시동을 걸면 안 걸리는 경우가 있다.
원인 :
크랭크 앵글 시그널이 가끔 나오지 않거나 노이즈가 많이 있다.
파형 보기 :

설명 : 크랭크 앵글 센서 시그널이 나오지 않거나 혹은 노이즈가 발생하는 경우, ECU에서 투스의 개수를 셀 때 개수가 맞지 않는다. 그러면 ECU에서는 투스의 개수가 맞을 때까지 연료와 점화시기를 중단한다. 중단 중에 개수가 맞으면 다시 연료 분사와 점화을 하여 주는데 그 전에 시동이 꺼질 수 있다.
확대 응용 : 통상 엔진에 전혀 이상한 작동을 보이지 않고 갑자기 시동이 꺼지는 경우 크랭크 앵글 시그널에 이상이 있는 경우가 매우 많다. 이런 경우 크랭크 앵글 센서 시그널과 연료 분사시간과 점화 파형을 같이 보는 것이 좋으며 중간에 연료나 점화시기가 생략되는 경우를 보이게 되면 그 때의 크랭크 앵글 시그널을 확대하여 노이즈가 있는가를 확인하여야 한다.
㉠ LPG차량에서 역화현상 (Back fire)이 발생하는 경우
㉡ 공회전 중 갑자기 시동이 꺼지는 경우
㉢ 간헐적으로 엔진이 진동이 생기면서 흔들거리는 경우
㉣ 시동 중에 셀프 모터가 낀 것 처럼 울컥 거리면서 시동이 걸리는 경우

3. 크랭크 앵글 센서의 위치

4. 확인 방법

고장확인 - 크랭크앵글 센서

고장을 확인 하는 방법과 진단을 설명합니다.

준비내용

오실로 스코프를 연결한 상태에서 데이터 샘플링 속도를 250KHz 이상으로 한 다음, 엔진의 이상현상이 나타날 때 크랭크 각 시그널을 잰 다음 각 롱 투스 사이의 투스의 개수와 폭을 비교한다. 이 때 동시에 캠 앵글 센서와 인젝터, 이그닛션을 같이 측정하여 동기(Syncronization)가 맞는 지를 확인해야 한다.

< 참 고 > 이 신호는 최소한 250KHz이상의 샘플링 속도로 측정해야 하므로 용량이 적은 경우에는 매우 짧은 시간 밖에 측정할 수 없으므로, 엔진에 이상이 발생하는 순간에 트리거링 해서 재야 한다.

1. 배선도를 참조하여 시그널, 접지선을 찾아 연결한다.
2. 시그널을 측정 후 정상 측정값과 비교한다.
3. 이 시그널에 관련되는 부품들의 작동 상태를 해당 부품에서 정상 작동 값과 비교하여 정상인 가를 확인한다.
< 관련 부품 >
(1) 인젝터 작동 상태와 시기
(2) 이그닛션 작동 상태와 시기
(3) 캠 앵글 시그널의 동기


참고 : 절대값의 시그널만 보기 위해서는 접지 단자를 엔진 또는 차체에 연결하며, ECU에 입력되는 시그널을 보기 위해서는 시그널 선은 측정 탐침 봉에, 접지 부는 접지 단자에 연결한다.특히 마그네틱의 경우에는 플러스 방향의 시그널은 측정 탐침 봉에 마이너스 방향의 시그널은 전지 단자에 연결한다.

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