[OBD2 몬스터게이지 활용법] OBD2 데이터로 알 수 있는 흡기온도 사용법

스마트한 OBD2 스캐너 몬스터게이지 1000% 활용하기 2탄! 

오늘은 흡기온도에 대해 알아보겠습니다. 지난 1편 배기온도편을 보고 예&후열의 중요성, 특히나 겨울철의 중요성에 대해 알게 되었다는 분이 생겼습니다(아!! 기쁘네요). 어떤 사용자분은 쪽지로 운전을 하면서 내 차량의 배기온도가 어느 수준에서 움직이는지 눈여겨 보게 되었다고 하는데요 ㅎ 

평소와 다른 범위에서 배기온도가 움직인다면, 내 차에 이상이 있으며 오버히팅이 일어나고 있음을 빨리 인지하셔야 합니다. 그래야 OBD2 스캐너 몬스터게이지를 사용할 이유가 하나 더 생기겠죠!? 그렇다면 이번엔 흡기온도에 대해 알아봐야겠죠?  

 

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자동차 흡기 기관 

자동차 엔진은 다양한 구성요소로 이루어져 있습니다. 그리고 엔진의 활동을 돕기 위해 냉각/연료공급 등을 담당하는 다양한 부속 장치들 또한 존재하는데요. 엔진은 4행정으로 이루어져이며, 성능을 향상시키기 위해서는 이 4행정 사이클을 원활하게 동작시켜야 합니다. 그 중 중요한 부분 중 하나가 바로 이 흡기행정입니다. 

 

흡기행정에 개입을 하는 흡기장치는 보통 흡기구, 에어필터, 스로틀밸브, 흡기매니폴트로 설계되어 있으며, 각 부분은 에어덕트 또는 파이프로 연결되어 있습니다. 흡기 행정시 피스톤이 내려가면서 실린더 안의 압력은 낮아지고 그 낮아진 압력 사이로 공기가 들어갑니다. 이를 흡기 압력이라고 하는데 흡기장치의 역할은 이 흡기압력이 원활히 엔진내부로 들어오게끔 하는 것입니다. 

 

흡기장치 중 흡기구는 가장 먼저 공기가 지나는 곳입니다. 그리고 이 공기가 에어덕트를 통해 에어필터로 보내지는데요, 에어필터는 공기 속의 이물질을 제거하여 깔끔한 공기가 엔진으로 흡입될 수 있는 역할을 합니다. 동시에 공기의 유입속도를 일정하게 만들어 공기와 연료의 혼합비를 적절하게 맞추는 역할을 합니다. 

 

 

OBD2 스캐너 몬스터게이지의 흡기온도를 제대로 알기위해서는 확실히 흡기장치에 대해 이해해야 할 것이니 조금만 참고 더 읽어주세요! 모두가 내 차를 관리하기 위한 기본지식!! 


에어필터에 의해 필터된 공기는 스로틀밸브로 들어가 공기의 유량이 결정됩니다. 속도를 높이기 위해 악셀을 밟으면 ECU에 의해 스로틀밸브가 열리면서 공기가 더 많이 유입됩니다. 각 자동차에는 공연비가 (예로들어서 14.7:1이라는 이론 공연비) 존재하는데요, 공기를 조절해서 더 많이 유입시키면 희박, 연료가 더 높으면 농후라고 표현하기도 합니다. 참고로 엔진의 퍼포먼스를 증대시키기 위해서는 이론 공연비보다 더 농후하게 셋팅해야 한다고 합니다. 공연비를 너무 농후하게 하면 엔진에 무리가 갈 수 있다는 점은 참고!  

 

스로틀밸브를 통해 들어온 공기는 흡기 매니폴드에서 각 실린더로 분배됩니다. 그리고 실린더 내부 (또는 외부에서) 분사된 연료를 만나 촉촉하 공연비가 농후해집니다. 그리고 폭발로 실린더를 퉁! 치게되고 출력을 얻게 됩니다.

 

OBD2 스캐너 몬스터게이지 100%활용버 - 흡기온도센서 

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흡기온도 센서는 1) 공기량 측정센서(MAFS)와 2) 부스트압력 센서(BPS)에 부착되어 있으며, 온도와 저항이 반비례한다는 점을 활용하여 부저항온도계수의 특성을 듸는 써마스터로 구성되었습니다.온도 변화가 이루어진다면 이에 따라 온도센서의 저항값에 변화가 일어나고전압공급선의 전압으로 온도 변화를 수치화 시키는 원리입니다. 두 곳의 위치한 흡기압력 센서는 위 몬스터게이지에서 처럼 두가지 정보를 ECU(ECM)으로 전달하여 EGR량 보정 및 연료분사량을 보정하는 역할을 합니다. 

 

온도의 흡입 수준에 따라 IAT의 써마스터 저항값이 변하는데요, 온도가 상승하면 전압은 감소하게 됨을 활용하여 현재의 온도수준을 알려준다고 합니다. 저항값의 수준으로 표시가 되는 MAFS와 BPS 값은 -40도~80도 라고 합니다. 만약 IAT가 비정상적인 모습을 보인다면, 흡기에 문제가 발생한 것으로 엔진출력 저하, 연비 하락, 악셀감 둔화 등으로 나타날 수 있습니다. 

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이번엔 몬스터게이지에 Bar이라고 표시된 부스트압에 대해 알아보겠습니다. 기본적으로 가솔린차량과 디젤차량의 부스트압(흡기압)에는 차이가 있습니다. 공회전시 가솔린 터보차량은 (-) 압력을 보이는 방면, 디젤 터보차량은 대기압(0) 을 보입니다. (참고로 몬스터게이지의 절대값은 상대값으로 표기된다) 이러한 차이를 이해하기 위해서, 먼저 두 흡기압센서가 흡기밸브 바로 뒷쪽에 위치하고 있음을 새각하여야 합니다. 

 

가솔린 차량과 디젤 차량은 출력제어 방식이 다릅니다. 가솔린은 스로틀 밸브의 개폐폭을 늘려 공기량을 조절하면서 피스톤을 더 강하게 때리지만, 디젤은 커먼레일을 통해 연료량을 조절하여 폭발력을 강화시킵니다. 디젤의 경우 연료의 압력을 높힌다면 일정 부피 내에 연료량은 더 많아지고, 같은 시간에 인젝터가 분사할 수 있는 연료량이 증가하면서 폭발력을 증대시킬 수 있습니다. 이는 디젤 차량의 운전자가 악셀을 강하게 밟을 때 벌어집니다. 

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디젤은 시동을 키면 스로틀밸브가 개방되고 악셀과 상관없이 계속 개방된 상태가 유지됩니다. 여기서 디젤차량과 가솔린 차량간의 부스트압 차이가 발생합니다. 몬스터게이지 개발팀에 따르면 공회전시 가솔린 차량은 약 -0.5bar 인근에서 움직이지만 디젤차량은 0~-0.1bar에서 유지된다고 합니다. 아래표를 보면 적정 부스의 움직임 값을 알 수 있습니다. 아래 사진은 해외 블로그에서 퍼온 것으로 0.7~0.4bar에서만 멈추는 부스트 값을 두고 차량의 문제점에 대해 설명했습니다. 

 

글쓴이에 따르면 자신의 차량이 1500RPM에서는 0.6bar로 가지만 4500RPM으로 가면 0.35bar로 떨어진다고 불평했습니다. 부스트압이 증가하는 것은 그만큼 공기유입량이 많아지기 때문에 상대적인 고 RPM에서는 높아야 합니다.

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조금 다른 사례를 들면, VGT 시스템을 장착한 2.0 커먼레일 디젤엔진의 경우 공회전시 부스트압력은 1032mbar (1000mbar = 1bar, 몬스터게이지 값은 상대값입니다!)을 보이고, 4000RPM에서 1425mbar를 보입니다. 클러치와 브레이크 상태를 점검하는 스톨테스트 중(사이드를 당기고, 브레이크를 밟은 상태에서 RPM변화로 판단)에는 부스트압이 2449mbar를 보입니다. 

부스트압/흡기온도를 몬스터게이지에서 활용하기 

자동차용 엔진 전자제어 시스템의 목표는 1) 엔진에 공급된 공기에 알맞은 양의 연료를 분사하고 2) 분사된 연료가 연소실 내에서 산소와 잘 결합하여 빠른 시간내에 완벽한 연소가 이루어지도록 돕는데 있습니다. 이 때 완벽한 연소로 인해 발생된 힘을 모두 엔진회전에 사용할 수 있어야 하는데그러기 위해선 필요시점에 최대 폭발압력이 생기도록 점화시기를 결정해야 합니다. 동시에 자동차 배출가스를 감소시키려면연료소비량을 감소시켜야 합니다. 

 

쉽게 말하면 ECU 즉 자동차의 전자화를 통해 연비를 개선시키고, 환경을 보호하는 것이 자동차 회사들의 목적입니다. 결국 엔진의 연소효율을 증가시켜야 한단 소리.. 그리고 이 연소효율을 높이기 위해서는 엔진이 흡기와 배기를 잘해야 합니다. 

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엔진 연소실로 흡입되는 공기의 온도는높으면 높을수록 엔진의 흡기효율이 저하됩니다. 높은 온도에서는 공기 중 산소밀도가 낮아져 실제 연소에 필요한 산소가 부족해지기 때문이죠엔진제어 시스템은 흡입구의 온도센서를 이용해 공기의 온도를 측정하고각 온도별로 흡입효율을 높이기 위해 산소밀도/연료 분사량을 정밀하게 제어합니다이 정밀 제어에서 발생하는 점화시기의 격차를 화염전파시간이라고 하는데이를 조절하면서 연소효율을 증가시킵니다.

 

위에서 언급했듯 흡기온도센서는 2개입니다. 그리고 흡기압력센서(부스트압)도 존재하죠. 공기 유입량이 높아지면 부스트압이 증가하고 출력은 증가합니다. 물론 고 RPM이라고 출력이 증가만 하는 것이 아니듯, 과도한 부스트압은 차량의 이상신호입니다. 평소에 부스트압을 잘 보고 계시다가 평소와 과도하게 높거나 낮은 부스트압을 보인다면 스로틀 밸브에 문제가 생겼거나 에어덕트에 이상을 눈치채실 수 있습니다. 

 

흡기온도 또한 마찬가지입니다. 아 이 이야기를 하기전에 습도, 대기압, 흡기온도의 관해서 이해해야 합니다. 1) 흡기온도가 올라가거나 2) 습도가 올라가거나 3) 대기압이 낮아지면, 출력은 떨어집니다. 흡기온도-출력은 (-)의 관계, 2) 습도-출력은 (-)의 관계 3) 대기압-출력은 (+)의 관계라는 소리! 

 

흡기 온도가 상승하면 그 온도 때문에 공기의 밀도는 하락하고, 질량이 감소하게 됩니다. 이는 엔진의 체적 효율이 감소하게 되고, 출력감소로 귀추됩니다. 다시 말하면, 온도가 높아지면 공기:연료의 비율 중 공기가 낮아지고 연료가 농후해진다는 것입니다. 몬스터게이지 연구에 따르면, 과거 ECU맵핑 차량들은 출력을 강하게 하기 위해 과도하게 연비 비율을 높였다고 합니다. 이러한 과도한 농후한 공연비는 노킹컨트롤의 실패로 인해 꼭 출력을 늘리는 결과로 떨어지진 않습니다. 

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위에 설명을 할려면.. 너무 길어져서 자세한 생략. 간단하게 언급해보면, 토크 * 출력 * 마력은 개념이 다릅니다. 토크는 엔진을 돌리는 힘을 의미하지만, 출력은 엔진의 에너지를 의미합니다. 토크가 증가하면 회전력이 증가하여 마력도 증가하지만, 다이노 그래프를 살펴보시면, 쉽게 알 수 있습니다. 출력은 RPM과 토크의 곱입니다. 토크가 증가하면 출력은 증가하지만, 일정 수준의 RPM(아래 표 3800이상) 에서 토크가 떨어지기 때문에 마력은 더이상 증가하지 않습니다

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다시 OBD2 스캐너 몬스터게이지 데이터 이야기로 돌려놓고.. 엔진정보에 나오진 않습니다만, 상식으로 습도와의 관계도 살펴보겠습니다. 

습도가 증가하면, 흡입기 내의 수증기 부피가 증가하고, 이로 인해 공기의 질량이 감소합니다. 그러면 다시 공연비가 농후해지면서 차량의 퍼포먼스가 떨어지게 됩니다. 다시... 습도 증가로 공기내 이물질 및 수분함량이 높아지면, 산소농도가 저하하거나 연소 온도가 하락하고, 연소효율이 떨어져 출력이 감소하게 됩니다.

 

대기압이 상승하면, 당연히 공기밀도는 상승할 수 밖에 없습니다. 공기:연료의 비중 중 공기의 비중은 증가하게 되고, 연소효율은 떨어질 수 밖에 없습니다. 가령 높은 산으로 올라와 운전을 한다면, 1) 고도 증가 2) 공기압력 하락 3) 흡입공기밀도 감소 4) 흡입 산소량 감소로 인해 연소효율이 깨진다는 소리. 하지만 차량 내 ECU는 이러한 부분을 고려하여 설정된 공연비 값에 맞게 공기를 흡수한다고 합니다. 

 

휴.. 이제 기본적인 원리는 전부 설명했습니다. 그렇다면 이제 정말 OBD2 스캐너 몬스터게이지 엔진정보에 나타나는 흡기온도와 흡기 부스트압력을 어떻게 활용해야 할까요? 온도센서는 저항값에 의해 약 -25~80도 가량을 왔다갔다 거리게 되어있습니다. OBD-2 법규에서 흡기온 센서 고장 여부를 판단하는 방법은 주행중인 상태와 정지상태에서 검출되는 온도의 차이를 비교하여 변화량이 적으면 흡기온도 센서의 고장으로 판정하고 있습니다

 

만약 공회전 상태인데 흡기온에 변화가 없다던가, 유사한 속도(가령 시속 80km)에서 흡기온이 다른 수치를 보인다고 하면? 고장을 의심해볼 필요가 있습니다. 이는 흡기 부스트도 마찬가지.. 차량의 연소효율 즉 연비에 큰 영향을 미치는 흡기센서, 흡기온도 센서와 부스트압력 센서의 고장으로 ECU가 잘못된 정보를 읽어낸다면 1) 과도한 엔진 연소 (또는 과소한 연소)로 인해 2) 슬러지 & 카본이 발생할 수 있으며 3) 엔진오일의 점도에 영향을 미치고 4) 산화를 시키면서 5) 실린더/크랭크축을 포함해 엔진 내부에 상처를 줄 수 있습니다

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