박병일「본지 기술자문위원/자동차정비 명장/카123텍 대표」
산소센서 공연비 보정값 분석방법
엔진이 정상 온도에서 공연비에 영향을 미치는 센서(AFS, WTS, ATS 등)가 고장이 아닐 경우 ECU는 산소센서의 출력값을 입력받아 현재 배기가스 중 산소의 농도가 농후한 지, 희박한 지를 판단해 공기의 양과 연료의 양을 제어, 촉매에서 정화율이 가장 높은 상태의 공연비를 제어한다. 따라서 산소센서가 열화 또는 외부의 영향에 의해 측정값이 부정확할 경우에는 ECU에서 정확한 공연비 제어가 불가능하게 된다.
산소센서의 출력값을 입력받아 공기와 연료를 제어하는 것을 클로즈 루프(Close Loop, 폐회로), 산소센서의 출력값은 입력하되 공기와 연료를 제어하지 않는 것을 오픈 루프(Open Loop, 개회로)라고 한다.
공연비에 영향을 미치는 센서의 고장 때, ECU는 오픈 루프(개회로) 제어를 하고 데이터의 출력값은 100%로 고정이 되므로 현재 엔진이 공연비 보정을 하는지 하지 않는지를 쉽게 판단 가능하다. 또한 현재의 공연비 보정값이 얼마냐에 따라 고장의 원인을 추적할 수 있다.
예를 들어 공회전 때 공연비 보정값이 160~170%에서 변화할 경우 엔진이 부조를 한다면 산소센서의 출력값이 희박하다는 뜻이고 그 원인은 진공의 누설이나 연료가 적게 들어가는 상태 즉, 연료의 압력이 낮거나 인젝터의 막힘, 배선의 불량, 실린더의 실화 등을 의심할 수 있다. 이로 인해 배기가스 중 산소의 분자량이 많은 경우이므로 ECU에서는 60~70%만큼의 연료를 더 분사해서 현재의 공연비는 정상이라고 생각하면 된다.
반대로 공연비 보정값이 60~70%에서 변화한다면 배기가스 중 산소분자가 적다는 의미이므로 연료가 많이 들어가거나 공기가 적게 들어감에 따라 산소센서의 출력값이 농후하게 출력되어 ECU에서 30~40%만큼의 연료가 적게 분사하고 있다는 뜻이다.
그 원인은 에어 클리너의 오염, ISA의 오염, 인젝터의 불량, AFS의 오출력 등 여러 가지가 문제가 될 수 있지만 현재의 rpm과 ISA 듀티 인젝터 분사시간, 산소센서, 공회전 스위치 등의 서비스 데이터를 확인해 보면 그 원인을 쉽게 찾을 수 있다.
덧셈보정 및 곱셈보정은 엔진의 rpm과 부하상태에 따라 공기로 제어할 것인지(덧셈보정), 연료로 제어할 것인지(곱셈보정)를 ECU가 판정하고, 덧셈보정과 곱셈보정은 따로 이루어지지 않고 같이 이루어진다.
산소센서는 클로즈 루프(폐회로)에서 피드백을 하는가, 아니면 오픈 루프(개회로)에서 피드백을 하지 않는가를 판단해야 한다.
1. 지멘스와 보쉬타입의 산소센서는 점화 스위치 키 ON 때 산소센서 커넥터를 분리한 후 시그널 배선전압이 약 0.414V의 리퍼런스 전압이 나오는가를 확인한다.
※ 리퍼런스 전압의 목적은 산소센서가 활성화되기 전까지 ECU는 0.414V를 출력해 산소센서 활성화를 돕는 것이 목적이며 산소센서의 오픈 루프(개회로) 조건을 ECU가 읽지 못하기 한다.
① 정상이면 커넥터를 결합한 후에도 0.414V가 나오는지 확인하다. 만약 전압이 낮으면 산소센서 내부의 쇼트를 의심할 수 있다.(냉간 때에는 0.414V가 나오지만 열간 때에는 전압이 나오지 않는다)
② 정상이 아니면 ECU까지의 배선을 점검하고 배선이 이상이 없는데 리퍼런스 전압이 나오지 않으면 ECU 불량으로 판단한다.
2. 산소센서 값이 시동 후 약 80초(산소센서 활성화 온도 350℃) 피드백이 정상으로 이루어지는지 확인한다.
① 시간이 길면 산소센서의 열화이거나 산소센서가 히팅이 제대로 되지 않는 경우이다. 따라서 시동 후 히팅 전압이 12V가 나오는지 확인하고 전압이 나오지 않는다면 배선과 ECU를 점검해 이상유무를 확인하다.
② 산소센서가 피드백은 하나 농후로 나타나면 점검은 간단하다. 연료가 과다하거나 아니면 공기가 부족한 조건일 것이다. 그렇다면 연료 과다의 조건을 알아보자.
센서류의 불량으로 ECU는 오픈 루프(개회로)로 고정되어 연료 보정분사를 해 농후한 조건일 것이다. 그러므로 연료를 가장 크게 보정할 수 있
