공기유량을 감지하는 센서
자동차용 센서④
지난 호에는 자동차용 센서 중 압력을 감지하는 센서에 대해 살펴보았다. 이번 호에는 가동 베인식 센서 및 칼만 와류 식 등 공기유량을 감지하는 센서에 대해 알아본다. 가동 베인식 센서는 에어클리너와 스로틀 밸브 중간에 설치해 흡입 공기량을 계측하고, 이 계측된 값을 전기신호로 변환시킨 후 엔진 ECU로 신호를 보낸다. 신호를 받은 ECU는 연료 분사량을 결정한다
김민복 【현대·기아자동차 남부정비연수원】
가동 베인(vane)식 센서
이 센서는 에어클리너와 스로틀 밸브 중간에 설치해 흡입 공기량을 계측하고, 이 계측된 값을 전기신호로 변환시킨 후 엔진 ECU로 신호를 보낸다. 신호를 받은 ECU는 연료 분사량을 결정한다. L-제트로닉에서는 이 센서를 ‘에어플로 미터’라고 말하기도 한다.
가동 베인식 센서의 구조는 <그림 1>과 같이 메저링-플레이트 부와 포텐쇼미터 부로 구성되어 있다.(포텐쇼미터는 가변저항을 의미)
에어클리너를 통한 공기는 메저링-플레이트를 밀어 흡입 공기량과 리턴 스프링이 균형을 이룬 각도까지 회전을 해 결국 메저링-플레이트의 열린 각도는 흡입 공기량과 비례한다. 메저링-플레이트 부의 축에는 <그림 2>와 같이 포텐쇼미터(가변저항)가 연결되어 있어 메저링-플레이트 축의 회전에 따라 포텐쇼미터의 습동 저항값은 변하는 것이다. 이 변한 습동 저항값을 간단히 전압값으로 변환시켜 ECU로 입력하는 것이다. 즉, 메저링-플레이트의 축에 연결된 포텐쇼미터가 유량계 역할을 하는 것이다.
또 연료펌프의 접점은 엔진이 정지 상태일 때는 OFF 되어 연료펌프가 작동을 하지 않으며, 엔진에 시동이 걸리면 메저링-플레이트가 어느 각도 이상 접근하게 되었을 때 접점은 ON 되어 연료펌프 모터는 구동을 하게 되는 것이다.
<그림 3>은 포텐쇼미터의 내부 회로를 표시하고 있다. 이런 방식은 전압비가 공기량에 역비례(흡입 공기량이 증가하면 전압값은 감소하고, 흡입 공기량이 감소하면 전압값은 증가하는 것을 의미)한다.
☞ 전압비 검출과 전압값 검출 방식
초기에는 EGI나 EFI에서는 이와 같은 전압비에 의해 제어를 했다. 그 이후에는 전압값 검출에 의한 제어로 변경하고 있다.
전압비 검출은 <그림 4>-1에서 VB에 배터리 전압이 걸려 있기 때문에 Vc단자를 놓고 VB와 E2간 Vc와 Vs간과의 전압비로 검출한다. 즉, 흡입 공기량은 Us(Vc-Vs)/UB(Vb-E2)로 검출하고 있는 것이다.
또한 포텐쇼미터의 움직임에 의해 변화하는 전압을 흡입 공기량으로 검출하는 것이 전압값 검출방식이다. 즉, <그림 4>-2에서 Vc에 일정한 전압을 가하면 흡입 공기량의 변동에 따라 슬라이더가 움직여 Vs와 E2간의 전압변화가 직접 흡입 공기량의 값이 되어 ECU로 입력되며, 이 전압값은 ECU 내부의 AD 컨버터 회로에 의해 디지털 신호값으로 전환되어 CPU로 입력하고 있다. 이 전압값 검출방식은 슬라이더 전압과 흡입 공기량이 비례하기 때문에 직선적으로 검출할 수 있는 것이 특징이다.(그림 5 참조)
에어플로 미터의 점검
앞서 설명한 가동 베인식 센서는 기본적으로 연료펌프 스위치의 접점을 점검해야 하는데 점화 키(IG KEY) ON 때 <그림 3>에서 Fc-E1간 전압은 12V면 접점이 OFF 되었음을 의미하며, 시동 때 Fc-E1간 전압이 0V면 연료펌프에 전원을 공급하는 것을 뜻한다.
포텐쇼미터의 점검은 슬라이드 부의 접점부위의 습동 저항은 멀티미터로 양·부를 정확히 점검할 수 없기 때문에 액셀러레이터를 밝아가며 하이디에스(HI-DS)나 하이스캔(HI-SCAN)으로 파형을 점검하는 것이 보다 정확하다.
·칼만 와류식 공기 유량 센서
‘칼만 와류’라는 것은 <그림 6>과 같이 공기가 흐르고 있는 곳에 원주를 놓으면 원주 뒤로는 와류가 만들어지는데 이 와류는 유체의 흐르는 속도에 따라 규칙적으로 변화한다. 이것을 칼만이라는 사람이 발견해 ‘칼만 와류’ 또는 ‘칼만과’라고 부르고 있다.
칼만 와류의 주파수 f는 유체의 속도 V, 원주의 직경이 d라고 했을 때 다음과 같은 공식이 성립된다.
