흡기시스템에서 사용되는 센서의 역할 이해하기
지난 호에서는 흡기시스템의 각 부품 중 에어클리너와 공기흡입구에 대하여 알아보았다. 지금부터는 인테이크 파이프로 이동하는 공기의 흡입량을 측정하는 센서와 흡입 소음 및 진동 억제를 위한 레조네이터(resonator)에 대하여 알아보도록 한다.
먼저 레조네이터는 공기를 흡입할 때 발생하는 흡입력이 높아질수록 소음과 진동이 생긴다. 그리고 흡기소음은 엔진 회전수에 따라 다른 주파수(진동) 특성을 나타낸다. 이때 소음과 진동을 억제하는 것이 레조네이터이다. 그리고 자동차가 고속으로 운행하다보면, 특히 터보의 경우 공기 흐름이 역행하는 경우가 발생한다. 이런 현상을 맥동저항이라고 하는데 이 역류현상을 감소시키는 역할도 한다. 그리고 와류현상을 이용한 별도의 부품을 사용하여 이 맥동현상을 제어하기도 한다.
양산차가 전자제어 엔진으로 변경되면서부터 연비 상승을 위해 이전에 없던 구조물을 장착했는데, 레조네이터도 그 구조물 중 하나이다. 물론 소음 진동의 억제와 맥동저항 감소로 인한 가속페달의 반응이 좋아지는 점도 있다. 그러나 반대로 공기 흡입효율의 저하와 엔진 구동 시 일부 구간에 부하가 걸리는 단점이 있다. 그래서 흡기 효율을 높이기 위해 소음과 진동에 대한 미련을 버리고, 오픈형 에어클리너를 설치하는데 이때 레조네이터를 제거하는 경우가 있다.
에어클리너에서 인테이크 파이프를 지나 연소실로 흡입되는 공기량을 측정하는 센서를 AFS(Air Flow Sensor)라고 통칭해서 부른다. 가솔린 기관에서 AFS는 완전연소를 위해서 흡입되는 공기량과 연동하여 연료의 분사량과 분사기간을 조절하기 위해 사용된다. 디젤 기관도 물론 가솔린기관과 동일하나 EGR(Exhaust Gas Re-circulation : 배기가스 재순환) 밸브의 피드백 컨트롤을 위해 사용된다는 점이 차이가 있다.
그럼 최근 차량에 많이 사용되는 AFS에 대하여 간략하게 알아보자.
맵(MAP : Manifold Absoulte Pressure)센서는 서지탱크 내의 압력을 측정해 흡입 공기량을 간접 측정하는 방식이다. 단점은 정밀도가 낮은 편이다. 장점은 가격이 저렴하고 고장이 잘 나지 않아 일반적으로 널리 사용되고 있다. 또한 맵 센서는 AFS의 기능 외에 대기압센서와 크랭킹 확인 신호로서 활용하고 있다.
MAF(Mass Air Flow) 센서는 직접측정 방식의 AFS 이다. AFS의 종류에는 핫 필름(Hot Film)과 핫 와이어(Hot wire) 방식이 있다. 최근 출고되는 차량에는 내구성이 좋은 핫 필름 방식이 많이 적용되고 있다.
핫 필름 방식은 공기가 흐르는 통로 중앙에 필름에 열을 가해 놓고 순간 흡입되는 공기량에 의해 식으면 저항이 바뀌는 것을 측정하여 흡입 공기량을 측정한다. 이 방식에서는 흡입공기량에 대한 온도 보상이 이루어져 흡기온(IAT : Intake Air Temperature) 센서를 사용하지 않는 경우가 많다. 그러나 흡입 공기 맥동을 감지하거나 좀 더 정밀한 공기 유량 측정이 필요한 엔진에서는 흡기온 센서를 사용하고 있다. 장점으로 응답성이 뛰어나지만 단점으로 맵 센서에 비해 진동이나 열, 맥동에 민감하다.
AFS는 흡입되는 공기량을 바탕으로 ECU가 인젝터에게 언제 얼만큼의 연료를 분사하라고 하는 명령을 내리는데 중요한 지표 역활을 하는 센서이다.
이상으로 레조네이터와 AFS에 대하여 살펴봤습니다. 다음에는 인테이크 파이프에 대하여 알아보도록 하겠습니다.
손진석 기자
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