이번 호에는 산소센서의 서비스 데이터 분석요령에 대해 살펴본다. 산소센서는 배기가스 내에 산소의 농도를 감지해 이를 전압으로 바꾸어 ECU에 입력한다. 공기와 연료 비율이 이론 공연비보다 농후하면 800mV 이상 출력하고 희박할 경우에는 100mV 이하로 출력한다. 산소센서 출력값이 어느 일정한 값으로 고정되거나 아주 높거나 낮을 경우 센서 자체의 이상보다는 엔진의 이상유무 및 배선의 수분 유입 등을 의심해야 한다

서비스 데이터 분석요령

산소센서는 배기가스 내에 산소의 농도를 감지해 이를 전압으로 바꾸어 ECU에 입력한다. 공기와 연료 비율이 이론 공연비(14.7:1)보다 농후하면 800mV 이상 출력하고 희박할 경우에는 100mV 이하로 출력한다.

산소센서 출력값이 어느 일정한 값으로 고정되거나 아주 높거나 낮을 경우 센서 자체의 이상보다는 엔진의 이상유무 및 배선의 수분 유입 등을 의심해야 한다. 물론 센서의 노후 또는 열화로 인해 성능이 저하되는 경우에는 파형으로 이상유무를 판단해야 한다.

일반적으로 산소센서의 출력값이 낮게 나오는 경우에는 정상적인 공기와 연료의 비율이 기계적인 원인에 의해 상당히 차이가 나는 경우가 많다.

우선 공기는 정상적으로 흡입되나 드백 받아 공연비 제어(Close Loop)를 할 경우이고 센서의 고장으로 판단한 경우에는 공연비 피드백 제어를 하지 않는다.(Open Loop) 아래에는 공연비 피드백 제어를 하지 않는 경우를 나열했다.

공연비 피드백 금지조건(Open Loop)

① 냉각수온이 낮을 때(35℃)

② 시동 때

③ 시동 후 연료 증량 때

④ 고부하 주행 때(TPS 개도량 80% 이상)

⑤ 연료 컷 때

⑥ 산소센서, MAP 센서, 인젝터 등 공연비에 영향을 주는 센서 고장 때

그 외에도 실린더의 실화에 의해서도 연소가 일어나지 않기 때문에 배출가스 중에는 당연히 산소의 양은 증가하므로 출력값은 희박하게 출력되므로 정비 때 참고해야 한다.

지멘스 시스템 차에서는 흡기계통에 진공이 누설될 경우 ISA 학습값이 감소되고, 카본의 누적, 막힘이 있는 경우에는 200% 가까이 상승하므로 희박의 원인이 진공누설인지, 연료계통의 문제인지 쉽게 판단이 가능하다.

공연비 보정값은 ECU가 산소센서 출력값을 입력받아 현재의 공연비가 농후한지 희박한지를 판단한 후 이론 공연비에 맞도록 제어하고 부하 때에도 엔진 부하값과 rpm에 맞추어 정확한 이론 공연비가 되도록 제어한다.

따라서 엔진에서 미세한 진공의 누설이나 미세한 연료의 부부조하고 있는 엔진의 공연비 보정값을 분석하면 200% 부근에서 작동할 경우에는 정상적인 범위보다 약 100% 정도 연료의 양을 증량시킨 결과이다. 원인은 산소센서의 값이 희박하게 출력되었기 때문이므로 희박의 원인에 초점을 맞추면 될 것이다.

하지만 운전자가 부조를 느끼지 못한다면 굳이 100% 부근으로 맞출 필요는 없다. 매번 다른 운전조건에 따라 즉시 정확한 공연비 제어를 위해 ECU는 학습을 하고 있다. 이것이 공연비 학습값이고 엔진의 회전수와 엔진 부하에 의해 ECU가 학습하는 범위에 따라 덧셈 보정(저부하 학습값)과 곱셈 보정(중부하 학습값)으로 나누어진다.

학습제어의 범위는 <그림 2>와 <그림 3>에 나타내었다.

공연비 학습값을 리셋시키기 위해서는 배터리 (­)단자를 5분 이상 분리해야만 가능하고 그전에 다시 결합할 경우에는 학습값이 그대로 적용된다.

공연비 피드백 보정과 공연비 관계

산소센서는 배기가스 중의 산소농도로부터 공연비가 이론 공연비보다도 ‘농후’, ‘희박’이라고 하는 단순한 신호만 보낼 뿐 어느 정도 농후, 희박한가를 판별할 수 없다. 따라서 산소센서의 신호로부터 현재의 공연비보다 어느 정도 농후(희박)하게 하면 좋을까는 알 수가 압보다 낮을 때에는 이론 공연비보다 희박하다고 판단한다. 이 산소센서의 출력전압을 기초로 공연비 피드백 제어는 다음과 같이 행해진다.(①…③, ⓐ…ⓓ는 그림 4 참조)

① : ECU 컨트롤 유니트는 산소센서의 출력전압이 기준 전압보다 높아짐에 따라 공연비가 이론 공연비보다 농후하다고 판단한다. 따라서 공연비 피드백 보정을 스텝 상태 ⓐ만큼 작게 한다. 즉 분사 펄스를 짧게, 공연비를 희박 쪽으로 변화시킨다.

①~② : 그러나 연료 인젝터에서의 공연비는 희박하게 되어도 그 변화가 배기관에 나타나기까지는 시간이 걸리기 때문에 배기관에서 검출하는 공연비는 여전히 희박한 상태 그대로이다.

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