자동차공학)가솔린 엔진의 전자제어 (엔진제어)

엔진제에의 기본 항목으로서는 연료분사제어(분사시기, 분사량), 공회전 속도제어, 점화시기 제어, 증발가스제어 및 페일 세이프(fail safe) 등 고장발생 시 간단한 고장 진달을 하는 몇 개의 자기 진단 테스트 등이 있다. 엔진제어에 대하여 알아보자.

1. 밸브 타이밍 제어

밸브 타이밍 제어란 엔진회전수 및 차량의 부하 상태에 따라 흡기캠샤프트의 위상을 변화하여 흡기밸브의 개폐시기를 연속적으로 변경하는, 즉 밸브오버램을 제어함으로써 엔진 내부의 EGR량을 필요에 따라 조절하여 유해 배출가스의 저감, 연비절감, 저속토크 및 고속출력 향상, 공회전 안정성 향상을 꾀하려는 것이다. 연속가변밸브타이밍기구(CVVT, Continuous Variable Valve Timing)에 대하여 알아보자.

 

구성 

연속가변밸브타이밍(CVVT) 시스템은 ECM의 PWM(Pluse Width Modulation) 신호를 받아 강제적으로 캠샤프트를 회전시키며, CVVT유니트, OCV, OTS, OCV필터, 오토텐서녀 등으로 구성되어 있다.

 

- CVVT 유니트 : 배기 캠 샤프트에 장착되며, 내부에는 하우징, 로터로 구성되어 있다. 하우징과 로터 베인 사이에는 진각실과 지각실로 구성되며 오일컨트롤밸브를 통한 오일이 유입되어 로터 베인을 움직인다.

 

- 오일컨트롤밸브(OCV, Oil Control Vavle) : CVVT의 핵심 부품으로 오일펌프로부터 공급된 엔진 오일을 엔진 컴퓨터(ECU)의 제어를 받아 CVVT로 가는 유체 통로의 방향을 변경시켜 캠 페이저(cam phaser)로 오일을 공급하여 캠 페이저 내의 캠축과 연결된 로터를 회전시켜 캠의 위상각을 변화시켜 밸브 개폐 시기를 조정하는 역할을 한다.

 

- 오일온도 센서(OTS, Oil Temperature Sensor) : CVVT의 작동유체는 엔진 오일로 엔진오일의 온도에 따라 밀도의 변화가 생기는데 이러한 온도에 따른 변화량을 보정하기 위하여 오일온도 센서를 장착한다. 오일온도 센서는 오일컨트롤밸브로 엔진 오일이 들어가기 전에 온도를 측정하여 ECU에 보내고 ECU는 오일컨트롤밸브를 구동하여 보정한다.

 

- 오일컨트롤밸브 필터(OCV filter) : OCV 필터는 OCV로 가는 엔진오일 속의 분순물을 여과시키는 역할을 한다.

 

- 오토텐셔너 : 타이밍 체인의 장력과 각종 편차는 CVVT 응답성 지연(편차) 및 기능상의 문제를 유발한다. 오토텐셔너는 체인의 일정한 장력을 유지하므로 성능 안전성을 확보한다.

 

제어

엔진이 회전을 시작하면 엔진 오일 팬에 고여 잇는 엔진 오일이 오리펌프에 의해 CVVT용 오일 필터를 거쳐 오일온도 센서를 경유한 다음 오일컨트롤밸브로 공급된다. 이때 엔진 부하에 따라 엔진 컴퓨터는 오일 플로 컨트롤 밸브를 제어하여 목표밸브 타이밍을 조절한다.

 

- 시동전 베인의 위치 : 오일이 모두 빠져나간 상태로 베인은 최진각 상태로 있다.

 

- 시동시시동 시 베인의 위치 : 시동 시 CVVT진각실과 지각실로 오일이 유입된다. 진각실에 유입된 오일압력이 스토퍼핀을 이기면 베인이 움직이기 시작한다.

 

- 운전조건에 따른 베인의 위치 : 운전조건에 따라 진각이 필요하면 엔진컴퓨터의 신호에 따라 오일컨트롤밸브(OCV) 스폴이 움직여 진각실로 오일이 유입되고, 지각실로부터 오일이 빠져나가 베인이 진각쪽으로 이동한다. 지각이 필요하게 되면 지각실로 오일이 유입되고 진각실로 오일이 빠져나가므로 베인은 지각쪽으로 이동한다.

 

- 특정 제어각도를 유지할 경우 베인의 위치 : 특정 제어각도에 도달하여 그 상태를 유지 할 경우 그 상태에서 오일 누출량만큼 오일을 보충하여 각도를 유지한다. 이때 오일 컨트롤밸브(OCV)의 진각 유로를 조금씩 열며 지각실은 거의 막은 상태가 된다. 단 그 위치는 운전상태(rpm, 유온, 유압)에 따라 조금씩 차이가 있다.

 

내부 EGR

일반적으로 모든 차량은 배기 상사점 부근에서 흡기밸브와 배기밸브가 동시에 열려 있는 밸브 오버랩시기가 있다. 엔진의 부분 부하 운전시에 밸브 오버랩 시기에 배기가스가 실린 더 안쪽으로 역류하는데 이를 내부 EGR이라고 한다. 이것은 밸브 오버랩시 흡기관 압력이 배기관 압력보다 낮기 때문에 배기가스가 역류하는 것이다. 배기 행정 말기의 가스에는 아직 타지 않은 연료(탄화수소)를 많이 포함하고 있다. 또 내부 EGR량은 흡기관 부압의 크기와 밸브 오버랩에 따라 크게 변화하므로 연속가변밸브 타이밍기구(CVVT)를 이용하여 엔진 조건에 따라 최적의 오버랩을 설정하면 출력성능향상, 연비저감, 배기가스 저금을 얻을 수 있다.