자동차공학과, 자동차정비기능사 등 내연기관 필수과목 자동차기관 요점 37. 전자제어 가솔린 분사장치의 구성 4

37. 전자제어 가솔린 분사장치의 구성 4

 

다. 제어계통
(1) 컴퓨터(ECU)의 구성
컴퓨터는 기억장치 중앙처리장치(CPU), 입·출력장치, A/D변환기, 연산부분으로 구성되어 있다.

(가) 기억장치
① ROM(read only memory : 영구 기억장치) : 이것은 읽기 전용의 기억 장치이며,
전원을 차단하더라도 기억 내용이 지워지지 않는다.
② RAM(random access memory) : 이것은 각종 센서들로부터 입력되는 데이터를 일
시 저장하는 기억 장치이며, 전원을 차단하면 기억되어 있던 데이터가 소멸된다.

(나) 중앙처리장치(CPU)
이것은 연산장치, 주 기억장치, 제어장치 등의 3가지로 구성되어 있으며, 기억장치에서 읽어 들인 프로그램 및 각종 센서들로부터의 입력된 데이터를 일시 저장하며,
산술 연산이나 논리 연산 및 판정을 실행하는 부분이다.

(다) 입·출력장치
입력장치는 각종 센서들로부터 검출된 신호를 받아들이는 부분이며, 센서의 신호
를 처리하여 컴퓨터로 입력시킨다. 또 출력장치는 산술 및 논리 연산된 데이터를 액
추에이터(ISC-서보, 인젝터, 에어컨 릴레이 등)에 제어신호를 보내는 장치이다.

(라) A/D변환기
아날로그신호를 중앙 처리장치에서 디지털신호로 변환시키는 부분이다.

(마) 연산부분
중앙처리장치 내에서 연산이 되는 가장 중요한 부분이며, 컴퓨터의 연산은 출력이
되는 다른 것과 비교하여 결론을 내리는 방식이다. 즉 스위치의 ON-OFF를 0 또는 1
로 나타내는 2진법과, 0에서 9까지의 수치로 나타내는 10진법으로 계산한다.

(2) 기관 컴퓨터(ECU)의 제어
컴퓨터에 의한 제어는 분사시기 제어와 분사량 제어로 나누어진다. 분사시기 제어는

점화코일의 점화신호(또는 크랭크 각 센서의 신호)와 흡입 공기량 신호를 기초로 기본
분사시간을 만들고 동시에 각종 센서로부터의 신호를 자료로 분사시간을 보정하여 인
젝터를 작동시키는 최종적인 분사시간을 결정한다. 이상의 제어 기능을 정리하면 아래
그림과 같다.
(가) 분사시기 제어
연료분사는 모든 실린더가 동시에 크랭크축 1회전에 1회 분사하는 동시 분사방식
과 점화순서에 동기하여 그 실린더의 흡입행정의 초기에 분사하는 동기 분사방식이
있다. 동기 분사방식도 기관을 시동할 때 및 높은 부하영역 등에는 동시 분사방식으
로 전환하여 분사하기도 한다.
① 동기분사(독립분사 또는 순차분사) : 이 분사방식은 1번 실린더 TDC센서 신호를
기준으로 하여 크랭크 각 센서의 신호와 동기 하여 각 실린더의 흡입행정 직전에
연료를 분사하는 형식이다. 즉 1사이클에 1회 분사에 1실린더만 점화시기에 동기
하여 분사한다. 특징은 기관 반응이 우수하고, 혼합비 조절이 양호하다. 동기 분
사방식도 기관을 크랭킹할 때에는 동시분사로 작동한다.

② 그룹(group)분사 : 이 분사방식은 각 실린더에 그룹(제1번과 제3번 실린더, 제2번
과 제4번 실린더)을 지어 1회 분사를 할 때 2실린더씩 짝을 지어 분사한다. 특징

은 흡입행정 부근에서 연료가 분사되므로 혼합가스가 곧바로 실린더 내로 흡입되
므로 가속할 때 응답성이 좋다.
③ 동시분사(또는 비동기분사) : 이 분사방식은 피스톤의 작동과는 관계없이 크랭크
축 1회전에 1회씩 모든 실린더에 동시에 분사하는 형식이다. 즉 기관이 요구하는
연료량을 1/2로 나누어서 1사이클 당 2회씩 분사한다. 특징은 인젝터 구동회로가
간단하며 분사량 조정이 쉽다. 인젝터 제어신호를 보냄과 동시에 연료를 분사시
킨다.

(나) 분사량 제어
분사량 제어는 점화코일의 (－)단자 신호(크랭크 각 센서 또는 캠축 센서의 신호)
를 기초로 회전속도 신호를 만들어 이 신호와 흡입 공기량 신호에 의해 아래에 설명
하는 보정을 위해서 작동시킨다.
① 기본 분사량 제어 : 인젝터는 크랭크 각 센서의 출력신호와 공기흐름 센서의 출력
등을 계측한 컴퓨터의 신호에 의해 인젝터가 구동되며, 분사횟수는 크랭크 각 센
서의 신호 및 흡입 공기량에 비례한다.
② 기관을 크랭킹할 때의 분사량 제어 : 기관을 크랭킹할 때에는 시동성능을 향상시
키기 위해 크랭킹 신호(점화스위치 St, 크랭크 각 센서, 점화코일 1차 신호)와 수
온센서의 신호에 의해 연료 분사량을 증량시킨다.
③ 기관 시동 후 분사량 제어 : 기관을 시동한 직후에는 공전속도를 안정시키기 위
해 시동 후에도 일정한 시간동안 연료를 증량 시킨다. 증량비는 크랭킹할 때 최대
가 되고, 시동 후 시간이 흐름에 따라 점차 감소하며 증량 지속시간은 냉각수 온
도에 따라서 다르다.

④ 냉각수온도에 따른 제어 : 냉각수 온도 80℃를 기준(증량비 1)으로 하여 그 이하
의 온도에서는 분사량을 증량시키고, 그 이상에서는 기본 분사량으로 분사한다.
⑤ 흡기온도에 따른 제어 : 흡기 온도 20℃(증량비 1)를 기준으로 그 이하의 온도에서
는 분사량을 증량시키고, 그 이상의 온도에서는 분사량을 감소시킨다.
⑥ 축전지 전압에 따른 제어 : 인젝터의 분사량은 컴퓨터에서 보내는 분사신호 시간에
의해 결정되므로 분사시간이 일정하여도 축전지 전압이 낮은 경우에는 인젝터의
기계적 작동이 지연되어 실제 분사시간이 짧아진다. 즉, 축전지 전압이 낮아질 경
우에는 컴퓨터는 분사신호 시간을 연장하여 실제 분사량이 변화하지 않도록 한다.
⑦ 가속할 때의 분사량 제어 : 기관이 냉각된 상태에서 가속시킬 때 일시적으로 혼합
비가 희박해지는 현상을 방지하기 위해 냉각수온도에 따라서 분사량이 증가하는
데 공전 스위치가 ON에서 OFF로 바뀌는 순간부터 시작되며 증량비와 증량지속
시간은 냉각수 온도에 따라서 결정된다. 가속하는 순간에 최대의 증량비가 얻어지
고, 시간이 경과함에 따라 증량비가 낮아진다.
⑧ 기관의 출력을 증가할 때의 분사량 제어 : 기관의 높은 부하영역에서 운전성능을
향상시키기 위하여 스로틀밸브가 규정 값 이상 열렸을 때 분사량을 증량시킨다.
출력을 증가할 때 분사량 증량은 냉각수 온도와는 관계없으며 스로틀 위치 센서의
신호에 따라서 제어된다.
⑨ 감속할 때 연료분사 차단(대시포트 제어) : 스로틀밸브가 닫혀 공전 스위치가 ON
으로 되었을 때 기관의 회전속도가 규정 값일 경우에는 연료분사를 일시 차단한
다. 이것은 연료 절감과 탄화수소(HC)과다 발생 및 촉매컨버터의 과열을 방지하
기 위함이다.

(다) 피드백 제어(feed back control)
이 제어는 촉매 컨버터가 가장 양호한 정화 능력을 발휘하는데 필요한 혼합비인 이
론 혼합비(14.7 : 1) 부근으로 정확히 유지하여야 한다.
이를 위해서 배기다기관에 설치한 산소센서로 배기가스 중의 산소농도를 검출하고
이것을 컴퓨터로 피드 백(feed back)시켜 연료 분사량을 증감해 항상 이론 혼합비가
되도록 분사량을 제어한다. 피드백 보정은 운전성능, 안전성을 확보하기 위해 다음과
같은 경우에는 제어를 정지한다.
① 냉각수 온도가 낮을 때
② 기관을 기동할 때
③ 기관 기동 후 분사량을 증량할 때

④ 기관의 출력을 증가할 때
⑤ 연료 공급을 일시 차단할 때(농후 신호가 길게 지속될 때)
(라) 점화시기 제어
점화시기 제어는 파워 트랜지스터로 컴퓨터에서 공급되는 신호에 의해 점화코일의
1차 전류를 ON-OFF시켜 점화시기를 제어한다.
(마) 연료펌프 제어
점화스위치가 시동(ST)위치에 놓이면 축전지 전류는 컨트롤 릴레이를 통하여 연료
펌프로 흐른다. 기관 가동 중에는 컴퓨터가 연료펌프 제어 트랜지스터를 ON으로 유
지하여 컨트롤 릴레이 코일을 여자시켜 축전지 전원이 연료펌프로 공급된다.
(바) 공전속도 제어
공전속도 제어는 각 센서의 신호를 기초로 컴퓨터에서 공전속도 조절서보(ISCservo) 구동신호로 바꾸어 공전속도 조절 모터가 스로틀밸브의 열림정도를 제어한다.
① 기관을 크랭킹할 때 제어 : 이때는 스로틀밸브의 열림은 냉각수 온도에 따라 기관
을 시동하기에 가장 적합한 위치로 제어한다.
② 패스트 아이들(fast idle) 제어 : 이때는 공전 스위치가 ON으로 되면 기관의 회전
속도는 냉각수 온도에 따라 결정된 회전속도로 제어되며, 공전 스위치가 OFF되
면 공전속도 조절서보가 작동하여 스로틀밸브를 냉각수 온도에 따라 규정된 위치
로 제어한다.
③ 공전속도 제어 : 이때는 에어컨 스위치가 ON이 되거나 자동 변속기가“N”위치에
서“D”위치로 변속될 때 등 부하에 따라 공전속도를 컴퓨터의 신호에 의해 공전속
도 조절서보를 확장위치로 회전시켜 규정 회전속도까지 증가시킨다. 또 동력조향
장치 오일압력 스위치가 ON이 되어도 마찬가지로 증속시킨다.
④ 대시포트 제어(dash port control) : 이 장치는 기관을 감속할 때 연료공급을 일
시 차단시킴과 동시에 충격을 방지하기 위해 감속조건에 따라 스로틀밸브의 닫힘
속도를 제어한다.
⑤ 에어컨 릴레이 제어 : 기관이 공전할 때 에어컨 스위치가 ON이 되면 공전속도 조
절서보가 작동하여 기관의 회전속도를 증가시킨다. 그러나 기관의 회전속도가 실
제로 증가되기 전에 약간 지연이 있다. 이렇게 지연되는 동안에 에어컨 부하에서 회전속도를 적절히 유지시키기 위해 컴퓨터는 파워 트랜지스터를 약 0.5초 동안
OFF시켜 에어컨 릴레이 회로를 개방한다. 이에 따라 에어컨 스위치가 ON이 되
더라도 에어컨 압축기가 즉시 구동되지 않으므로 기관의 회전속도 강하가 일어나
지 않는다.
(사) 노크제어장치
과급 압력과 흡입공기의 온도가 높으면 노크를 일으키기 쉽다. 노크제어는 기관에서
발생하는 노크를 노크센서로 감지하여 점화시기 및 연료 분사량을 제어하고 기관보호
및 성능을 향상시킨다. 노크는 점화시기를 늦추면 발생하기 어려우며, 노크가 발생한
경우에는 노크센서가 기관의 진동을 감지하여 컴퓨터로 입력시키면 컴퓨터는 곧바로 점
화시기를 늦추어 더 이상 노크가 일어나지 않도록 한다.
(아) 자기진단 기능
컴퓨터는 기관의 여러 부분에서 입·출력신호를 보내게 되는데 비정상적인 신호가
처음 보내질 때부터 특정시간 이상이 지나면 컴퓨터는 비정상이 발생한 것으로 판단하
고 고장코드를 기억한 후 신호를 자기진단 출력단자와 계기판의 기관 점검 등(check
engine)으로 보낸다.
점화스위치를 ON으로 한 후 15초가 경과하면 컴퓨터에 기억된 내용이 계기판에 기관
점검 등으로 출력되며, 정상이면 점화스위치를 ON으로 한 후 5초 후에 점검등이 소등
된다. 이때 비정상(고장)항목이 있으면 점화 위치를 한 후 15초 동안 점등되어 있다가 3
초 동안 소등된 후 고장 코드가 순차적으로 출력된다.