EMS 개발 - ⑦ Lambda control (연료량 제어) Part 2

 

 

 

 

이전에 EMS 개발 관련하여 Lambda control (연료량 제어)에 관해서 포스팅을 하였습니다.

 

* 관련글 

2012/12/24 - [띠띠빵빵/엔진제어] - EMS 개발 - ⑥ Lambda control (연료량 제어) Part 1

 

가솔린 엔진의 경우 이론공연비 14.7 :1 로  제어가 되는 것,

그리고 람다 (Lambda, λ)의 의미에 대해서 알아봤습니다.

만약 계산된 공기량 대비 이론공연비로 단순하게 연료량을 계산한다면 연료량 제어를 할 필요가 없게 됩니다.

 

하지만 몇 가지 운전 모드에서는 이론공연비(λ=1)로 제어가 아닌 좀 더 농후(Rich)하게 제어가 됩니다.

오늘 다룰 내용은 위의 운전 모드가 되겠습니다.

 

그럼 자세히 살펴보도록 하겠습니다.

 

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1. 촉매 보호 (Catalyst protection)

 

  자동차를 고속으로 운전하게 되면 운전자의 요구에 따라 엔진 회전수(rpm)도 올라갈 수 밖에 없습니다. 그리고 단위 시간당 회전수가 올라가면 올라갈수록 그만큼 연소된 배기가스의 유량 또한 올라가게 됩니다. 그러면 자연스럽게 흡기 매니폴드 뒤에 위치하고 있는 촉매의 온도 또한 상승하게 됩니다.

 

  흔히 알고 있듯이 촉매에는 벌집 모양의 담체에 백금, 로듐 등의 귀금속이 입혀져 있는데, 촉매의 온도가 임계점 이상 올라가게 되면 담체가 열에 녹아서 벌집 모양의 구멍이 막혀버리게 됩니다. 그렇게 되면 배기가스가 제대로 촉매를 지나 머플러로 배출이 되지 못하기 때문에 배압(背壓, Back pressure)이 틀어지고 결국 엔진 연소에 영향을 미치고, 심각한 경우 엔진이 망가질 수도 있습니다. 이러한 이유 때문에 촉매를 보호하기 위하여 임계 온도를 설정해서 이 온도를 넘지 않도록 제어를 합니다.

 

  자세한 내용은 나중에 다루기로 하고 온도가 올라가는 상황이 되면, 배기가스 온도를 낮추기 위하여 이론공연비 대비 연료를 더 농후하게 분사시켜 줍니다. 즉, 람다가 1보다 작게 (λ<1) 제어를 하는 것입니다.

 

 

2. 엔진 보호

 

  위에 촉매 보호와 연결되는 것으로 엔진의 부하가 높아질수록 엔진 또한 무리를 할 수 밖에 없습니다. 부하가 많이 걸리는 운전 모드에서 엔진이 오래 노출이 된다면 엔진의 파손으로 이어질 수 있습니다.

그래서 부하가 높을 때 엔진의 온도를 낮춰줄 수 있도록 연료를 농후하게 분사시킵니다.

 

 

3. WOT (Wide Open throttle) 모드

 

  가솔린 엔진에는 흡기 유로 내에 아라 사진과 같은 쓰로틀 밸브 (Throttle valve)가 있습니다.

기본적으로 흡기관을 막고있는 위치로 있지만, 운전자가 가속페달 (Acceleration pedal)을 밟는 정도에 따라 쓰로틀 밸브 개도가 점차 열리게 되며, 이에 가속 페달을 일정 수준까지 밟게 되면 밸브가 완전히 열리게 (Wide open) 됩니다.

 

 

흡기유로 내 쓰로틀 밸브

 

 

  WOT로 주행을 하게 되면 최대한으로 들어올 수 있는 공기량이 되기 때문에, 이 때는 운전 성능을 확보하기 위해서 이론공연비가 아닌 농후하게 연료량을 제어합니다.

 

 

 

4. 최초 시동 (Cold engine start)

 

  자동차가 운행을 마치고 엔진 시동 꺼짐 (Key off) 상태로 시간이 점차 흐르면 엔진의 온도(냉각수 온도)가 점차 떨어져 분위기 온도 (기온)과 동일한 상태가 됩니다. 이렇게 엔진 시동 꺼짐 이후의 시간을 계산해서 엔진의 온도를 예측하고 그에 맞게 최초 시동 시에 연료량을 제어합니다.

 

  온도가 낮아지면 낮아질수록 엔진의 기계적 마찰 저항이 커지기 때문에, 최초 시동 시에는 시동 모터(starter motor)에 의해 엔진이 회전하면서 첫 폭발부터 일정 회전까지 그 저항을 이겨내고 엔진 시동을 걸어줘야 합니다.

  이렇게 최초 시동에서는 연료의 기화, 엔진의 마찰 저항 증가 등 어려움이 많기 때문에 연료를 상당히 농후하게 분사시켜 주게 됩니다.