자동차 전기기초
가스 농도를 감지하는 센서·분진 및 연기를 감지하는 센서

김민복 「현대·기아자동차 남부연수원」

이번호에는 지난호에 이어 가스 농도를 감지하는 센서로 린 믹스쳐 센서를 살펴보고 분진 및 연기를 감지하는 센서에 대해서고 함께 알아본다. 분진 및 연기를 감지하는 센서에는 스모그를 감지하는 센서가 있으며 스모그 센서는 한 두모금 정도의 담배 연기나 분진도 감지해 자동적으로 공기 정화기를 작동시켜 실내 공기를 쾌적하게 해 주는 장치이다

린 믹스쳐 센서(lean mixture sensor)

기존의 산소센서 대신 린 믹스쳐 센서를 사용해 공연비 제어를 희박연소(lean burn) 상태에서 연소시켜 연비를 개선시키는데 사용되는 센서이다.

원리는 가열된 질코니아 고체 전해질에 전압을 공급하면 산소 이온이 발생한다. 이때 배기측에 설치된 확산 저항층에 의해 배기가스 중의 산소농도에 비례한 전류값을 출력으로 얻을 수 있어 이 값을 센서의 출력 신호로 이용하고 있는 센서이다.

(1) 린번의 적용 배경

산소센서와 삼원 촉매 장치를 사용해 공연비 피드백 제어를 하는 시스템으로, 촉매의 정화율이 높고 배기가스 저감에도 효율이 높지만 이론 공연비 영역을 제어하기 때문에 연비의 저감이라는 관점에서는 개선의 여지가 남아 있다. 따라서 배기가스와 연비의 개선을 동시에 만족할 수 있는 것이 바로 린번 시스템이다.

기존의 엔진을 희박 공연비 상태에서 운전을 하게 되면 공연비가 19(연료 1, 공기 19) 부근에서 연소가 불안정하게 되며 토크 변동이 허용범위를 초과해 버리는 단점은 있지만 어느 정도의 연비는 개선을 가져올 수 있다. 하지만 Nox(질소산화물)가 허용범위를 초과해 버리는 문제점이 발생하기 때문에 연소 상태의 개선을 위해 희박연소 한계를 향상시키고 토크 변동이 허용한계 부근에서 운전만 할 수 있다면 Nox(질소산화물)를 허용치 내로 조절, 연비도 대폭 개선할 수 있다.

(2) 린번 엔진

희박 연소 제어에는 헬리컬 포트(helical port)를 채용해 연소압 센서에 의해 희박연소 한계 공연비를 피드백 제어하고 Nox(질소산화물) 흡장 환원 촉매를 이용해 배기가스를 저감하고 있다.

<그림 5>에 나타낸 연소압 센서는 1번 실린더에 부착해 실리콘 결정인 피에조 저항효과로 연소 압력을 전압값으로 변환하고 발생된 전압을 증폭하기 위해 내부에는 전압증폭기가 내장되어 있다.

일반적으로 린 믹스쳐 센서를 사용해 공연비를 감지하는 방법에서 공연비 검출 밸런스 및 토크 변동에 영향을 받는 요소들을 모두 고려해야 한다. 그래서 희박 공연비 영역에서는 직접 연소 상태를 감지할 수 있는 연소압 센서를 사용, Nox(질소산화물) 배출이 적은 토크 변동이 허용범위 내에서는 공연비를 제어하고 고부하 영역 등에서는 기

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