연료 절감기와 전자제어 자동차 엔진의 성능

ㆍ작성자	권영호
ㆍ작성일	2011-11-21 (월) 06:04

연료 절감기와 전자제어 자동차 엔진의 성능
전자제어 엔진이 탑재된 자동차가 99%라고 하면 지나치지 않을 것이다. 이와같이 대세가 전자제어 방식으로 제어되는 엔진이 올라간 차량이 거리를 누비고 있는 것인데, 이즈음 여러분들이 알고있으면 좋을 정보를 제공하고자 연료절감기의 효능에 대하여 문의해 오는 경우가 많아 보다 많은 네티즌께 알리고자 한다.

연료 절감기 효능 어떻습니까?
어떤이는 효능이 있다고 하고, 어떤이는 효능이 없다고 한다.

아직 연료 절감기를 사용해 보지 않은 네티즌으로써 운전하고 있는 분이면 한번쯤 고민해 봤을 줄 안다.
그런 궁금증을 풀기 위하여 전자제어 엔진의 알고리즘을 알 필요가 있어 먼저 전자제어 엔진의 알고리즘(EMS)를 알아보자.

좌측의 표에는 입력측에 해당하는 중요 센서와 ECU에서 내리는 명령을 수령하는 부분으로 구분하고 있다.
그런데 중요한건 수시로 변하는 센서들의 데이터가 변할 경우 ECU는 어떻게 대처하는가인데, 이 내용은 본 자동차 상식편 "산소센서의 역할과 엔진의 성능" 이라는 글에서 제시한 바와같이 전자제어 엔진에서 비정상 센서 데이터가 ECU로 들어올 때 처리하는 방법을 논한바 있다.

과거는 OBD1이라는 엔진의 손상관련 법규에 의하여 요즘은 OBD1을 포함하여 OBD2라는 배출가스를 규정하는 법규에 의하여 공연비 14.7:1의 공기와 연료의 비율에 의하여 제어되고 있다. 그러므로 입력되는 센서에서 어느 센서가 잘못되어 ECU로 들어가더라도 최적의 공연비에 의하여 제어되는 엔진이 되고 있다는 것을 알 필요가 있다. 이와같이 공연비를 최적화 시켜 제어하더라도 최종적으로 검사는 산소센서를 통해 이뤄지고 산소센서에서 발생하는 신호를 다시 ECU가 받아서 다시한번 제어하게 된다.

지금 부터는 산소센서를 중심으로 엔진제어를 보자. 등장하는 모든 파형은 공회전에서 측정한 것이며, 여러가지 센서들 중에서 보기 쉬운 그리고 중요한 3가지를 중심으로 파형을 캡춰한 것이다. 특히 산소센서는 지르코니아센서와 티나티아센서 이렇게 두가지 종류가 있는데 그중 지르코니아 센서의 파형을 측정한 것이다. 두가지 센서 모두 기준 전압이 이미 ECU에 정해져 있으며, 기준 전압 이상으로 파형이 나올 경우 ECU는 연료가 많다고 판단하고 기준 전압 이하로 나오면 연료가 부족하다고 판단하여 연료량을 제어하게 된다.

좌측 파형에서 말하고자 하는 센서는 산소센서이며, 산소센서의 기준 전압(기술적인 내용이라 생략) 이하로 나오고 있다.

이렇게 기준 전압 이하로 나오는 파형의 시그널 전압이 ECU로 들어가면 ECU는 연료를 더 분사하도록 명령한다.

기준전압 이하로 파형이 나올 경우 그 원인은 여러가지다. 그중 중요한 몇가지만 추려보면 공기량이 많아도, 엔진 부위의 진공이 누설되어도, 인젝터가 막혀서 연료 분사량이 부족하여 연료보충을 하려고 하는 경우도 있겠고, 점화성능이 불량하여 완전연소하지 못하였을 경우도 기준 전압 이하로 나오게 되며, 불량 연료(길거리표)를 주입했어도 연료부족으로 판단하고 연료보정을 하며, 연소실의 온도가 낮아졌을 때도 기준 전압 이하로 파형의 시그널이 나오게 되고 그는 곧 연료보정 명령으로 쓰이는 것이다. 특히 연료 절감기를 사용하여 연료 분사량이 부족할 경우 ECU는 정확히 구분하여 제어한다. 또한 정유사별로 옥탄가의 차이로 인하여도 연료보정 명령을 내리게 되는 것이 전자제어 엔진이다.

이번에는 다른 경우를 보자. 위에서 본 파형과 비교해 읽어보면 재미있을 것이다. 그래서 파형으로 분석하고 정비하는 것이 정확성을 기하는 정비방법이라는 것을 본 페이지의 독자 여러분은 알게될 것이다.

위에서 본 산소센서 파형보다는 상승된 파형을 보이고 있다. 이 파형이 ECU로 들어가면 ECU는 위 파형보다는 연료보정량을 줄여서 제어한다.

위 센서 파형의 차량에서 연비가 10km/l라고 하면 좌측 파형에서는 12km/l가 된다. 그런데 위 파형에서는 공기량이 정확히 맞은 것이고, 좌측 파형에서는 공기량이 정상보다 많은 경우이므로 공연비 불량의 산소센서 피드백 파형이 나오고 있어서 비록 산소센서에 의한 연비가 좋을 것 같지만 실제는 위 파형보다 연비는 더 나쁘다. 또한 엔진의 열이 많고, 소음이 크며, 공회전 진동과 노킹을 가진 차량이다.
이와같이 공연비 불량의 엔진이라는 것이며, 공연비 불량의 원인은 제시하지 않지만 ECU는 연료보정 명령을 내리는 엔진이 되고 간혹 산소센서 불량이라는 고장코드 또는 채크램프를 띄우게 되는 엔진이다. 두가지 파형으로 봐도 산소센서의 역할에 대하여 약간은 이해될 수 있었을 것이다. 다른 차량의 산소센서를 통해 또 어떤 문제점을 가지고 있는지 살펴보자.

좌측 파형이 있는 차량 역시 공연비 불량의 엔진이라는 것을 보여주고 있다.
이 경우 위에서 본 파형들과 비교하여 연비는 형편없이 나오고 있다.
차량의 공회전이 불량하고, 안정되지 못하며 브레이크 제동거리가 길게 나타나는 차량이면서 가속성이 불량하다.
또한 가속순간 노킹을 가진 차량이라는 것을 파형을 아는 정비사라면 능히 분석할 수 있는 곧 정비할 수 있는 차량이라고 알 것이다.

특히 차량이 고장을 일으키게 된 배경은 엔진오일을 잘못 선택한 차량이라고 파형에서 알 수 있다.
그렇지만 대부분의 정비사는 이들 파형을 통해진단하고 정비하는데는 익숙하지 않다는 것이다. 왜 그러는지는 그들이 잘 알테니까 언급하지 않는다. 또 다른 차량에서 측정한 3가지 센서의 파형을 보면서 얘기해 보자.
우측에서

제시하는 파형은 산소센서 파형이 무척 빠르게 상하로 움직이는 모습을 볼 수 있다. 어떤이는 마그네틱 방식의 크랭크앵글센서 파형으로 오해할 수 있는 모습이다. 그렇지만 실제는 산소센서 파형이다.
이렇게 나오고 있는 이유는 공연비 불량시라고 제시하고 있으면서 나 지금 공연비 불량이거든 하고 ECU에 통보하고 있는 상태이다.

이렇게 나오는 파형이 있는 차량 역시 공회전 컨디션이 무척 불규칙한 상태를 보인다. 또 에어컨을 켠다던가 브레이크를 밟고 있으면 시동이 꺼질 것 같은 증상을 보이는 동시에 주행중에 브레이크 성능은 무척 약하여 제동거리가 길어지는 특징을 가지고 있으며, 엉뚱한 브레이크 정비를 하는 경우도 많다. 또 노킹을 유발하는 차량이라는 것도 알아두면 좋다.

차량의 고장 원인은 도둑공기에 의한 현상이므로 정비사는 도둑공기를 찾는 방법도 익혀두면 정비사로써 사명감이나 자긍심을 가질 수 있겠다. 이제 또 다른 차량에서 측정한 공회전시의 산소센서 파형을 보면서 분석해 보자.

좌측 파형이 나오고 있는 차량은 위에서 본 파형들에 비하여 정상 파형에 가까운 그러나 기준 전압 이하에서 피드백을 하고 있어서 양호한 컨디션을 가진 차량이며, 간헐적으로 시동꺼지는 증상을 가진 파형이다.

브레이크 제동거리가 약간 길다.
노킹이 있다.
변속충격이 있다.
감속충격이 있다.
시동꺼짐이 발생한다.
연비 역시 좋지 못한 차량이다.
엔진오일의 교환주기와 같은 오일관리를 잘못한 차량이다.

이런 모습을 당신의 차량에서 보이고 있다면 당신의 차량에서 경험한 내용과 비교해 볼 수 있었을 것이다. 무엇을 정비해? 라고 는 하지 말고 공연비 불량에 의한 엔진의 증상을 보는 것으로 산소센서를 다시 알게되는 과정이라고 생각해 주길 바라는 것이다.

우측에서 보여주는 파형은 몇일전 측정한 본 홈페이지 정비상담실에 올라온 질문속의 차량에서 측정한 파형으로써 그분이 거주하거나 직장 근처에 카프로 정비업체가 없어 다른 지역으로 원정가서 정비하게 했던 차량으로서 정비범위는 많지만 차량 소유주께서 원하는 노킹을 해결하고자 하는 차량에서 측정한 것이다.
스캔 데이터와 우측과 같은 파형으로 진단결과 정비범위가 있지만 지금 노킹 해결을위하여 최선을 다하여 정비하게 하였던 차량이며, 추후 차주에게 통보는 해야할지 말아야 할지 그분 스스로 어떤 느낌을 가지고 문의해 올 경우 제시해도 늦지 않는 증상이라 아직 차량 소유주에게는 통보하지 않았다. 단순히 파형 하나에서도 노킹을 유발하고 있다는 것을 알 수 있는 것이며 브레이크 제동 답력이 많이 필요하고 제동거리가 길게 나오는 차량이다.

좌측 파형의 차량 어느 엘피지 차량에서 측정한 것으로 역시 연비불량을 호소하던 차량이며, 연비정비를 위하여 스캐너와 파형 및 진공도를 측정하여야 했던 경우다. 진단결과 연비는 물론 좋지 않지만 차량이 무거운 증상을 가진 상태다. 곧 무거운 무게감을 가진 차량이어 연비가 불량한 것으로써 연비불량은 주로 무엇에 의하여 발생하는지 지금까지 나열한 산소센서를 통해 지구상을 운행하는 차량은 늘 몇가지 문제점을 가지고 있다고 해도 과언이 아닐 것이다.
최소한 연비 향상을 위한 준비는 엔진오일 관리이며, 오일 선택의 중요성과 충전성능 및 불필요한 전기장치의 부착도 제고해볼 문제이며, 무엇보다 더 중요한 것은 산소센서 피드백이 잘 되어야 하므로 피드백을 잘 하는 센서 파형이 나오도록 정비와 관리의 중요성을 일깨우고자 한다.

1. 엔진오일 선택과 교환시기의 중요성을 알아야 한다.
2. 합성유에 현혹되는 것 보다는 내 엔진에 맞는 합성유를 고르거나 선택할 눈을 가져야 한다.
3. 점화장치의 성능이 중요한데 무엇이 중요하게 여겨야 하며, 그저 트러블 있다면 점화장치 교환부터 하자는 말은 잘못된 경우라고 알아야 한다.
4. 운행패턴의 중요성도 있다. 서행이 좋은 것도 아니고, 고속이 좋은 것도 아니다. 적당히 속도를 낼 때 차량성능이 좋아진다.
5. 연료를 덜 들어가게 하는 장치를 부착해도 ECU는 잘 알아낸다. 아무리 잘 만들어진 연료절감기도 전자제어 엔진에는 필요하지 않다.
6. 고급 휘발유 역시 옥탄가가 높아 연소하는데는 무리가 따르므로 연료보정을 하라고 명령을 내리게 되어 연비불량이 된다. 내 차는 고급차니까 라는 발생은 나는 고관대작이니 밥 보다는 고기가 맞는다는 말과 같은 이치의 옥탄가 높은 연료는 곧 호주머니를 비우는 역할을 할 뿐이고 경제적으로 연료낭비와 탄소배출량을 늘려가는 운전자가 된다는 것을 알아아 한다. 비록 내가 부자라서 고급 휘발유를 넣겠다면 말리지 않겠으나 당신의 뒤를 따르는 운전자들께 불량연소가스를 마시라는 것과 같다는 것을 알고 서민으로부터 돈 벌어 부자가 되었다면 서민의 건강도 생각하는 운전자가 되어야 한다.
7. 엔진의 열관리가 무척 중요하다. 그러나 자동차 사용자 메뉴얼을 보면 4년에 한번 바꿔 주라는 식으로 안내된 것은 잘못된 엔진관리의 방법이다. 더운 여름과 추운 겨울 옷차림에서 변화를 주듯 엔진 역시 적절한 냉각수 비중관리가 중요하다.
8. 오너정비한다고 이것저것 필요한지 불필요한지 모르고 부착하는 전기장치는 내 차량의 성능을 떨어트리는 것이라고 알아야 하며, 참으로 당치않는 낭설에 더 많은 눈과 귀가 몰리는 것을 모르는 운전자가 없어야 할 것이다.

지금까지의 글을 여러분은 어떻게 이해했을까 궁금하지 않을 수없으며, 필자는 연료절감기에 대하여 어떻게 알고 있을까를 알게 되었을 것이고, 본 글을 통해 여러분들이 연료절감기의 실체를 바로 알기 바라는 마음이 여러분께 전해질 수 있었으면 한다.

전자제어 엔진은 ECU에 프로그램된 내용과 어긋나는 제어를 하지 않는다. 가장 올바르게 그는 제어하고 여러분은 ECU의 제어 작품을 이용하고 있는 것이고 충분히 먹이지 않으면 더 먹으려는게 전자제어 연료장치의 관계라는 것을 알 수 있었을 것이다. 또한 아무리 많이 먹어도 더 먹겠다고 하는 엔진이라면 그에는 분명한 이유가 있다는 것을 알아야 한다. 한마디로 소화불량의 엔진이 되지 않게 하여야 연비좋은 차량을 운행할 수 있다는 것이다.

연료절감기?
그가 필요할 정도로 허술하게 설계된 ECU가 아니라는 것이다. 또한 출고하여 업그래이드 해야 할정도로 또한 허술한 설계가 아닌 것이 ECU이다. 사람으로 말하면 먹을 만큼 먹도록 설계되어 있다는 것을 여러분은 알아야 한다.

스캐너를 활용하여 정비하는 정비사가 있다면 알 수 있을 내용하나 더 나열한다면 인젝터 분사량이 3.0ms인 차량이 있다면 이 차량에 연료절감기나 유사연료를 넣어보라. 그리고 인젝터 분사량을 다시 측정해 보라. 분사량은 50% 증가된 모습을 볼 수 있을 것이다. 이 지시는 ECU가 내린다. 왜 그럴까? 필요한 연료분사량이 아니어서 더 분사하는 명령을 내리는 것이다. 즉 충분히 넣어주어야 할 분사량이 아니어서 더 분사명령을 내리는 이유로 인젝터에서 연료분사량이 증가된 분사명령을 내리는 것이다.

이와같이 연료절감기의 필요성이 있는 자동차라면 이미 설계실수라는 과정을 담은 것이므로 전체 리콜대상의 ECU교환이 되어야 하는 것을 여러분이 기억해 둔다면 이상한 논리의 절감기는 부착하지 않고 또한 후회하지 않을 것이다.

연료절감기 달면 좋으냐는 질문도 유사연료 넣어도 되냐는 질문도 필요하지 않으며, 또 연료가 갑자기 많이 먹어요 하는 경우는 정비의 당위성을 가진 차량이구나 하고 단념도 채념도 아닌 때가 되었다는 그러므로 정비사를 찾아 진단해서 잘못된 부분을 정비하는 것이 필요한 시기구나 하라는 것이다.

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자동차에서 산소센서의 역할과 엔진의 성능