냉각 수온 센서(WTS, Water Temperature Sensor) 기능

자동차 부품 2020. 3. 26. 14:11 Posted by 자동차 전문 교육 자동차 역사가

 냉각 수온 센서(WTS, Water Temperature Sensor) 기능

냉각수온(WTS, Water Temperature Sensor)센서는 전자 제어식 연료 분사장치의 냉각수 온도 검출에 주로 사용되는 센서이다.

이 냉각 수온 센서는 온도의 변화를 저항값의 변화로서 검출하는 것으로 저항값이 온도에 따라 크게 변하게 된다. 수온이 낮을 때는 저항값이 커지고 수온이 올라가면서 저항값이 작아진다. 이를 부특성 서미스터(NTC thermistor)라 한다.

냉각수온센선

1.설치 위치

주로 실린더 블록이나 냉각수 통로에 설치되며 엔진의 냉각수 온도를 측정한다.

냉각 수온 센서 구조

2. 전자제어식 연료 분사 장치에서 냉각 수온 센서의 기능

엔진이 예열되지 않은 상태에서 냉각수의 온도가 낮을 때 공연비를 짙게 해서 엔진의 연소가 안정적으로 되도록 해줍니다. 만약 엔진이 예열되지 않았을 때 엔진 온도가 낮다는 신호를 보내지 않으면 공연비가 너무 옅어지게 되어 엔진이 불안정하게 된다. 반대로 엔진이 예열되었을 때 엔진 온도가 낮다는 신호를 보내게 되면 공연비가 너무 짙어지므로 이때도 엔진이 불안정해 진다.

 그러므로 냉각 수온 센서는 엔진의 상태에 따라 냉각수 온도를 검출해서 최적의 공연비가 되도록 제어해주는 중요한 센서가 된다. 위의 기본적인 기능 이외에도 시동 시 연료 분사량 보정, 점화 시기 보정 등의 기능을 하며 차량에 따라 EGR 솔레노이드 밸브와 퍼지 컨트롤 솔레노이드 밸브를 제어하는 역할도 한다.  

냉각 수온 센서 회로도

3. 냉각수온센서(WTC, Water Temperature Sensor) 회로의 구성

자동차 전원 5V(ECU)이 내부저항을 경유하여 냉각 수온 센서로 전달된다. 내부저항과 서미스터는 직렬로 연력되어 냉각수 온도 변화에 따라 서미스터의 저항이 변화하면 출력신호(Coolant sensor signal)이 변하게 된다. 이 출력 신호값을 받아 ECU는 엔진의 온도를 판단한다.

 

4. 냉각수 온도 및 연료분사량, 점화시기, ISA 열림량의 관계

1) 냉각수 온도와 연료 분사량과의 관계

냉간시에는 엔진이 시동되면 바로 난기 운전 모드이다. 이때는 비교적 농후한 혼합기를 필요하는데, 냉시동 후 차가운 흡기밸브나 흡기포트 또는 또는 실린더 벽에 연료입자가 응축되기 때문이다. 이런 기화되지 못한 연료입자는 불완전 연소하므로 연료입자가 기화되지 못한 양 만큼 추가적으로 연료를 더 공급해야 한다. 보통의 경우 수초~수십 초간 농후한 혼합기가 공급되는데, 엔진의 온도에 따라 정상적인 분사량 보다 30~60% 더 많은 양의 연료가 분사 된다. 그리고 냉각수 온도가 올라가면 연료의 분사량은 점차 줄어 들게 된다.

냉각수온 센서 NTC 특성

2) 냉각수 온도와 점화시기와의 관계

냉간시에는 기화되지 않은 연료가 연소 시 화염의 전파를 방해한다. 그래서 웜잉업된 상태보다 화염의 전파가 잘 이루어지지 않아 연소가 나빠지게 된다. 이와 같이 냉간시에 화염전파속도가 늦어지는 것을 고려하여 그만큼 점화시기를 진각시킨다. 반대로 냉가수 온도가 올라감에 따라 서서히 점화시기는 지각된다.

3) 냉각수 온도와 ISA 열림량과의 관계

냉각수 온도가 낮을수록 엔진의 회전 저항이 커져서 진동이나 부조 등의 이상이 발생할 확률이 높아진다. 이를 방지할 목적으로 낮은 온도에도 충분히 원활한 회전을 할 수 있도록 하기 위하여 엔진의 회전수를 높인다. 따라서 냉각수 온도가 낮을수록 ISA의 열림량은 커진다.

냉각수온 및 분사 시간 관계

5. 냉각 수온 센서의 고장 원인과 증상

- 냉각 수온 센서가 고장 나는 원인

1) 엔진의 과열상태가 지속할 때, 센서 자체가 오래되어 기능을 상실(내부 단선 등의 문제)

  2)냉각수 라인의 심한 녹물로 감지 부에 녹물 때가 퇴적되었을 때 그리고 커넥터의 접속 불량과 배선 단선 등이 있는데 이와 같은 원인으로 고장이 발생하면 엔진의 상태가 불량해진다.  

 

수온 엔서의 기능은 엔진이 예열되지 않아서 냉각수의 온도가 낮을 때는 공연비를 짙게(연료를 많이 분사)하여 엔진의 연소가 안정적으로 되게 해주는 것이다. 그 후 엔진이 점점 예열되면서 냉각수의 온도가 올라가면 연료 분사량을 줄여 주게 된다. 

 

6. 고장 증상

1) 공회전 불량(ISA : Idle Speed Actuator 불안정)

만약 수온 센서가 불량하여 엔진이 예열되지 않았을 때 엔진 온도가 높다는 신호를 보내줘 연료의 분사량을 줄이거나, 엔진이 예열되었는데도 온도가 낮다는 신호를 보내서 연료 분사량을 필요 이상으로 늘리게 되면 이는 곧 엔진의 불안정 현상을 발생시키게 되는 것이다. 또한, 냉각 수온 센서가 단선되었을 때도 냉각수 온도를 매우 차가운 것으로 감지해서 연료 분사량을 지나치게 증가시킬 수 있습니다. 이처럼 시동이 걸린다고 하여도 공회전이 불안정하게 되면서 시동이 꺼지는 경우가 생기기도 한다.

2) 연료 소비율 증대

연료의 소비율이 높아지며 CO(일산화탄소) HC(탄화수소)의 배출량이 증가하게 된다.

3) 엔진 경고등 점등

4) 시동 불량

냉각 수온 센서가 고장 났을 경우에는 연료를 필요 이상으로 분사하여 시동이 걸리기 어렵고 연료의 냄새가 납니다.

5) 쿨링팬이 계속 작동됨

 

7. 냉각 수온 센서의 점검

- 냉각 수온 센서를 점검하는 방법은 몇 가지가 있습니다. 대표적인 것이 단자 간 저항측정, 출력 전압 측정, 배선 및 커넥터의 점검이 된다.

 

 a, 냉각 수온 센서의 저항을 측정할 때는 단자 사이에 저항계를 연결하고 센서의 감지부를 미리 준비해둔 물에 가까이하고(물의 표면과 3mm 정도는 떨어져야 함) 물을 가열하여 물의 온도가 올라갈수록 저항값이 작아지면 정상이다. 차량마다 저항값의 규정이 다르므로 이때는 정비 지침서를 이용하여 정확히 판단해야 한다. 

 

 

 b, 출력 전압을 측정하기 위해서는 먼저 센서에 전원을 공급해야 한다.

디지털 전압계의 적색선(플러스 선)을 커넥터의 센서 전원 단자에 연결하고 흑색선(마이너스 선) 을 차체에 접지시킨 후 점화스위치를 ON에 놓았을 때 5V의 전압이 검출되면 정상이고 전압이 검출 되지 않는다면 배선의 단선 또는 커넥터의 접촉 불량을 의심해 보면 된다.

 

 그리고 점화스위치를 OFF 시킨 후 디지털 전압계의 흑색 선을 차체에 접지시키고 적색선을 센서 출력 단자에 연결한 후 엔진을 시동하여 냉각수 온도가 올라감에 따라 출력 전압이 변화하면 정상이 된다.

 

 c, 배선 및 커넥터를 점검할 때는 커넥터의 풀림 현상 및 배선의 상태를 유심히 점검한다. 전선과 커넥터를 가볍게 흔들어 봐서 커넥터나 전선이 빠지는 현상이 발생하면 수리해 주고, 커넥터를 분리하여 압축공기로 가볍게 청소해 주거나, 점검용 터미널을 사용하여 연결 상태를 확인해 주면 된다. 또한, 배선이 까졌거나 끊어지려는 현상이 발견되면 이에 따른 수리 작업을 하면 된다.

 

8. 냉각 수온센서 정비 지침

1) 수온센의 고장은 대부분 엔진 경고등을 점등 시킨다. 그래서 대부분은 스캔 진단툴로 진단이 가능하다.

2) 냉각수 온도 센서의 고장은 다양한 유형의 고장 유발의 원인 된다.

3) 라디에이터, 워터펌프, 워터호스 등 냉각 시스템에 문제가 발생하여 누수가 발생하거나, 기포가 발생해서 냉각수의 순환이 원활하지 않은 경우에도 수온센서의 고장으로 진달할 수 있다. 또 커넥터의 접촉불량 혹은 배선의 이상 시에도 센서 교환 전에 점검이 필요 하다.

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