40. 자동차 내연기관에 입력되는 센서(Sensor)와 전자 제어 시스템(ECU, Electric Control Unit)

자동차 내연기관에 입력되는 센서(Sensor)와 전자 제어 시스템(ECU, Electric Control Unit) 

제어 계통(Control Sytem)은 기관의 상태를 감지하는 센서부와 그 신호에 따라 분사량, 분사시기, 공연비 등을 계산하는 전자 제어 유닛(Electric Control Unit)으로 구성되어 있다. 제어 주요 부분은 연료 분사량 제어, 분사 시기 제어, 공연비 제어 등이 있다.

일반적으로 자동차의 전자제어 장치의 흐름은 다음 그림과 같다. 각종 센서(Sensor)류가 입력부로서 각종 자동차 내외의 상태를 검출하여 자동차 ECU(Electric Control Unit)에 입력되면 ECU는 최적의 분사 시가, 연료 분사량, 연료 분사 시기, 공연비 등의 제어를 위하여 각종 액츄에이터(Actuators)를 구동하여 최적의 자동차 운행 조건을 만들어 낸다.

도해1. 자동차 전자제어(ECU, Electric Control Unit) 장치 흐름도

흡입 공기량 검출센서(AFS, Air Flow Control Sensor)

흡입 공기량을 전기적으로 검출하여 전자 제어 유닛으로 송신하고, 이 신호를 기본으로 전자 제어 유닛(ECU, Electric Control Unit) 이 기분 분사 시간을 결정한다.

그림1. 흡입 공기량 검출센서(AFS, Air Flow Control Sensor)

스로틀 포지션 센서(TPS, Throttle Position Sensor)

흡입 공기량을 제어하는 스로틀 보디(Throttle Body)에 설치되면, 스로틀 밸브의 열림에 따라 공회전 및 고부하 상태를 검출하여 그 상태를 전압으로 변환하여 전자제어 유닛(Electric Control Unit)으로 보낸다.

그림2. 스로틀 포지션 센서(TPS, Throttle Position Sensor)

수온센서(WTS, Water Temperature Sensor)

냉각수 출구에 조립되며, 냉각수 온도를 검출하여 전압으로 변환 후 전자제어 유닛(Electric Control Unit)으로 보낸다.

흡기 온도센서(ATS, Air Temperature Sensor)

흡기 온도를 전압으로 변환하여 전자 제어 유닛(Electric Control Unit)으로 보낸다.

산소 센서(O2 Sensor)

배기 매니폴드에 설치되며, 배기관 내의 산소 농도를 검출하여 전압으로 변환하여 전자제어 유닛(Electric Control Unit)으로 보낸다.

그림3. 산소 센서(O2 Sensor)

점화 1차 신호 센서(크랭크각 센서와 TDC 1번 센서, Crank angle Sensor: CAS, Top Dead Point Center No1 Sensor: TDC NO1 Sensor)

점화코일(-)단자의 점화 1차 신호에 검출하여 점화시기와 기관 회전수를 검출한다. 크랭크각 센서 및 TDC 1번 센서는 디스크와 유닛 어셈블로 구성되어 있고, 금속제 디스크 원판으로 주위에는 90° 간격으로 4개의 빛이 통과되는 슬릿이 있어 안쪽에 1번 실린더 TDC 센서용 1개의 슬릿이 있다.

그림4. Crank Angel Sensor(크랭크 각 센서)

시동 전동기(Start Motor Sensor)

시동 전동기의 단자 전압에 검출하여 기관이 시동 중인 신호를 전자 제어 유닛(Electric Control Unit)으로 보낸다.

배출 가스 제어 유닛(Exhaust Gas Control Unit)

촉매 변환기 내에 있는 가스 온도 센서에 의하여 배기 온도가 일정 온도 이상인 것을 검출하여 제어 유닛에 신호를 보낸다.

대기압 센서

고도에 따라 대기압이 달라지고, 대기압에 따라 공기 중의 산소량이 달라진다. 대기압이 낮으면 공기 중의 산소량이 적은 조건에서 대기압 센서가 없다면 기관이 평지 일 때 보다 더 농후한 혼합기가 공급 될 수 있다. 이런 문제를 해결하기 위해 대기압 센서는 대기압 신호를 측정하여 전자 제어 유닛(ECU)에 신호를 보내어 연료 분사량과 점화 시기를 결정하는 신호 중의 하나가 된다.

차속 센서(Speed Sensor)

앞쪽 엔진(Front Engine Front Drive)일 경우에 트랜스 액슬 기어(Trans Axle Gear)의 회전을 펄스(Pulse) 신호로 바꾸어 전자 제어 유닛(Electric Control Unit)에 보내어 ECU가 이 신호를 기본으로 하여 공회전 속도 등을 조절하게 된다.

모터 위치 센서(Motor Position Sensor)

ISC servo 모터의 위치를 감지하여 전자 제어 유닛(ECU)에 보내면 ECU가 이 신호를 수신하여 기관의 공회전 속도를 조절하게 된다.

동력 조향 오일 압력 스위치

파워 스티어링의 부하 여부를 신호로 전자제어 유닛(electric Control Unit)에 보내면 ECU는 이 신호를 이용하여 공회전 속도 조절 서보를 조절한다.

점화 스위치 ST(Ignition Switch Starter)와 인히비터 스위치(Inhibitor Switch)

점화 스위치를 Start 신호를 ECU에 보내면 ECU(전자제어유닛)는 기관이 크랭킹(Cranking)하고 있음을 ECU에 입력하면 시동 시 연료 분사량을 조절한다. 인히비터 스위치(Inhibitor Switch)는 기어 선택 레버의 위치를 on-off 신호로 전자 제어 유닛(ECU)에 입력하면 ECU는 이 신호를 참조하여 공전 속도 조절 서보를 조절한다.

노킹 센서(knocking Sensor)

흡기온도, 연료특성, 압축비, 압력, 점화시기 및 엔진 벽면으로의 열 전달률 등이 있다. 노킹 감지기(Knocking Detector)로 노킹을 판정하고 ECU는 노킹(Knocking) 감지 신호로 점화 시기를 조절하여 노킹(Knocking)을 억제한다.

노킹 발생을 감지하는 법

노킹이 주로 발생하는 영역(약 ATDC 10~60℃를 노크 윈도우(Knocking Window)로 설정하여 노킹 특정 주파수(6~20KHz)만을 대역 필터링(Band Pass Filtering)한 신호의 진폭 크기로 노킹을 판정한다. 실린더별로 압력 센서나 이온 프로브를 사용하면 되지만 비용이 많이 들어 실린더 블록이나 헤드의 진동소음, 진동신호를 이용하여 노킹의 발생을 감지한다. 진동의 신호나 소음으로 측정하는 방법 역시 압력파를 간접적으로 측정하는 방법이다.

그림5. 노킹센서(Knocking Sensor)

에어컨 스위치 및 에어컨 릴레이

에어컨을 작동 시키면 on-off 신호로 전자제어 유닛(ECU)에 입력하면 ISC 서보를 구동하여 공전 속도를 조절하며 동시에 에어컨 릴레이를 작동 시킨다.

이상으로 각 자동차 내연기관에 ECU(Electric Control Unit) 입력되는 각종 센서(Sensor)의 기능과 역할에 대하여 알아 보았습니다.

자동차에 입력 되는 센서에 대한 참조 자료는 아래 링크를 참조 바랍니다.

2015/11/27 - [자동차 학습/자동차 엔진/기관/PT] - 30. 자동차 엔진 노킹 센서(Knocking Sensor) [자동차 개발 용어: 엔진/파워트레인/기관]

2015/10/14 - [자동차 용어/엔진 용어] - 165. 공기흐름센서(Air Flow Sensor) [자동차 용어: 엔진/동력]

2015/09/07 - [자동차 용어/엔진 용어] - 150. 가속 위치 센서(Accel Position Sensor) [자동차 용어: 엔진/동력]

2014/12/22 - [자동차 정비/기관/엔진] - 14. 크랭크각 센서(CAS, Crank Angle Sensor)가 불량일 때 고장현상은? [자동차 정비: 기관/엔진]

2014/11/08 - [자동차 용어/엔진 용어] - 144. 녹크 센서(Knock Sensor) [자동차 용어: 엔진/기관]

2014/11/06 - [자동차 용어/엔진 용어] - 131. 크랭크각 센서, CPS, CAS(Crank Angle Sensor) [자동차 용어: 엔진/기관]

2014/11/06 - [자동차 용어/엔진 용어] - 134. 흡기온 센서, ATS(Intake Air Temperature Sensor) [자동차 용어:엔진/기관]

2014/11/05 - [자동차 용어/엔진 용어] - 128. WTS, 엔진 냉가수온 센서(Engine Water Temperature Sensor) [자동차 용어:엔진/기관]

2014/11/05 - [자동차 용어/엔진 용어] - 126. 1번 실린더 TDC 센서(No.1 Cylinder Top Dead Center Sensor) [자동차 용어:엔진/기관]

2014/11/04 - [자동차 용어/엔진 용어] - 124. 산소 센서(Oxygen Sensor) [자동차 용어 : 엔진/기관]

2014/11/04 - [자동차 용어/엔진 용어] - 122. TPS, 스로틀 포지션 센서(Throttle Position Sensor) [자동차 용어: 엔진/기관]