EMS 캘리브레이션 2 (연료량 기본)

1) 시동 시동이 시작될 때 일정시간 후 4개의 인젝터가 동시에 1번 분사된다. 초기에 연료를 분사하면 분사된 연료가 연소실 내로 유입되는 것이 아니고

상당량이 포트에 남게 됩니다.(이를 월 웨팅, wall wetting이라 합니다.) 초기에 4개의 인젝터를 동시에 분사시켜 포트를 적시고 이후에 분사되는 연료가

연소실 내로 유입되게 하기 위함입니다.

 

 

이를 전문용어로 뱅크 인젝션이라 합니다. 이후 크랭크 각을 검출한 후에는 연료분사 시점에 맞추어 정해진 량을 분사하는데, 이 값은 냉각수온과 밀접한

관계가 있으며 시동이 성공하지 못하면 시간에 따라 분사량을 감소시킨다. 시동에 성공하여 엔진 rpm이 정해진 값 이상으로 상승하면, 분사량을 rpm 상승에

따라 급격히 감소시켜 점차로 정상상태 분사량 값으로 변화시킨다.

 

2) 정상상태의 분사량 식 정상상태에서의 엔진의 분사량은 다음의 식과 같이 결정된다. 분사량=공기량*인젝터상수*기본보정맵*각종보정값+각종보정값

일반적인 양산 ECU의 로직은 위의 식과 같이 표현됩니다. 상당수의 튜닝 ECU는 위 항중에 '공기량*인젝션상수*기본보정맵'을 하나의 보정맵으로 통일하는

경우가 많습니다. 이 기본식을 이해하는 것이 매우 중요합니다.

스트리트 차량에서 연료량의 기본 맵핑이라는 것은 전영역을 이론공연비인 14.5로 맵핑하는 것입니다. 이를 기준으로 살펴보도록 하겠습니다. 먼저 위식에서

공기량은 공기량 센서에서 측정하게됩니다. 두번째 인젝터 상수는 인젝터 용량으로 결정되게 됩니다. 이론적으로는 공기량 센서가 공기량을 정확히 측정하고

인젝터의 상수를 정확히 안다면 이 기본 맵핑은 자동으로 맞게 되어있습니다.

 

이게 무슨 말이냐? 이해를 돕기 위해 예를 들어보겠습니다.

공기량 센서가 현재 공기량을 정확히 14.5g이라 측정하였다고 가정합시다. 그러면 ECU는 자동적으로 1g을 분사하여야 14.5가 될거라는 것을 알게 됩니다. 만일

인젝터의 용량이 10g/s이라면 ECU는 자동적으로 1g을 분사하기 위해서는 0.1초 동안 인젝터를 구동하여야 한다는 것을 알게 됩니다.

 

위 식에서 분사량이라는 것은 ECU입장에서는 인젝터 구동 시간입니다. 이때, 인젝터 상수는 1/145가 되겠습니다. 이후로는 공기량만 정확히 센싱한다면 모든

운전조건에서 자동으로 14.5 공연비가 맞게 됩니다. 이해가 되셨는지요. 꼭 이해가 되셔야 합니다.

튜닝용 ECU에서는 위와 같은 방식으로 되어있는 것이 아니고 보통 기본 연료량 맵에서 좌측이 공기량 우측이 rpm인 맵으로 되어 있어서 특정 공기량 rpm에서

필요한 연료량의 값(인젝터 구동 시간)을 직접 ms로 기입하게 됩니다. 이게 더 직관적인 방법이지만, 실제로 작업을 해보면 양산과 같이 되어 있는 방법이 더

편리하게 느끼게 됩니다. 물론, 양산 ECU 중에도 이런 방식으로 되어있는 경우도 간혹 있습니다. 다음으로 각종 보정맵들이 있는데 그것들은 아래에 순서대로

설명드리겠습니다.

 

3) 기본 보정 맵 엔진 rpm, load에 따라 연료의 증감을 보정한다. Warm-up이 완료된 상태에서 공연비 14.5가 되도록 맵핑한다. 제가 위에 공기량을 정확히

센싱하고 정확한 인젝터 상수 값을 알면 기본 맵핑은 할 필요가 없다고 하였습니다. 만일 그렇다면 기본 보정 맵은 필요치 않게 됩니다.

 

하지만, 실제에서는 운전조건에 따라 공기량 센서의 오차가 발생되고 인젝터의 상수 값도 유량에 따라 변화(이를 리니어리티라 합니다.)하게 됩니다. 따라서

인젝터 상수 값 하나가지고는 모든 운전조건에서 공연비를 14.5로 맞추지 못하게 됩니다. 따라서 이런 운전조건에서 조금씩 연료량을 수정해 주게 되는데

이 맵이 기본 보정 맵입니다.

 

기본 보정맵은 전 영역에서 1을 기준으로 조금씩 변화하게 됩니다. 튜닝 ECU에서는 기본 연료량 맵에 직접 연료 분사시간을 기입하게 되므로 전 영역에서

14.5가 되도록 운전조건에 따라 연료 분사 시간을 직접 기입합니다.

 

4) 배터리 보정 (더하기 항) 배터리의 전압에 따라 인젝터의 분사 유량은 변화하게 된다. 이에 따라 배터리의 전압이 감소할수록 분사 시간을 증가시켜준다.

그림1을 참조하면, 인젝터 유량이라는 것은 계속 인젝터를 열고 있을 때의 유량입니다. 실제에서는 인젝터를 열었다 닫았다 하면서 작동하게 됩니다. ECU가

 인젝터 상수 값과 측정된 공기량 값으로 부터 분사시간을 결정했다면 인젝터가 그림에서 검정색 선으로 된것과 같이 작동해 주어야 계산된 분사시간에 원

하는 분사량을 얻을 것입니다.

 

하지만, 실제로는 열때는 인젝터의 스프링 힘으로 인하여 a나 b 모양의 파란색 점선 모양으로 열리게 될것입니다. 이 열리는 모양은 배터리 전압에 따라

배터리 전압이 높으면 a모양으로 배터리 전압이 낮아지면 점점 b 쪽으로 변하게 될 것입니다. 닫힐 때는 배터리 전압에 관계없이 인젝터의 스프링 힘에 의해

파란색 선 모양으로 닫히게 될 것입니다. 그렇게 되면 실제 검정색 모양의 유량에서 면적 A만큼의 연료량은 적어지고 면적 B만큼의 연료량은 많아지게 될

것입니다. 따라서, A-B만큼의 연료량에 해당하는 분사시간을 더해줘야 ECU가 계산한 연료량이 분사되게 되는 것입니다.

 

5) 냉각수온 보정 (곱하기 항) 냉각수온이 낮으면 흡기온이 감소하여 공기밀도가 높아지고 이에 따라 분사량을 늘려주어야 한다. 여기서 더하기 항과 곱하기

항이라는 말이 나오는데 이는 공기량의 변화에 따라 값이 변하면 곱하기 항이고 이에 관계가 없으면 더하기 항입니다. 예를 들어 공기량이 적어서 연료를

1g만 분사하는 경우와 많아서 10g을 분사하는 경우를 가정해 봅시다.

 

냉각수온이 낮아져 연료를 10%더 넣어주어야 하는 상태라면 연료량은 각각 1.1g과 11g으로 변화하게 될것입니다. 따라서 연료량의 변화는 0.1g과 1g으로

공기량의 증가 만큼 값이 비례하여 커진것을 알 수 있습니다. 더하기 항의 대표적인 변수인 배터리 보정은 위에서 설명한 것과 같이 열릴때와 닫힐 때의 차이

값 만큼이므로 연료량의 많고 적음에 따라 값이 변하지 않습니다. 따라서 이런것은 더하기 항이됩니다.

 

6) 흡기온 보정 (곱하기 항) 흡기온이 낮아지면 공기밀도가 높아지므로 분사량을 늘려주어야 한다.

 

7) 감가속 보정 (더하기 항) 감가속 시 연료의 매니폴드 wetting량의 변화와 공기량 센서의 센싱 지연에 대체하기 위해 연료 분사량의 보정이 필요하다.

즉, 공기량이 10에서 100으로 늘었다고 해서 센서가 바로 100g이라고 인식하지는 못합니다. 모든 센서에는 센서 딜레이라는 것이 있기 마련입니다.

 

따라서, 이를 보정하지 않으면 실제 공기는 100g인데 센서값은 더 작은 값을 보일것이므로 연료 분사량이 적어서 희박해 지게 됩니다. 이렇게 되면 가속시에

차가 움찔하면서 나가게 됩니다. 이는 크게 쓰로틀 변화에 대응하는 항과 공기량 센싱 값의 변화에 대응하는 값으로 나눌 수 있는데 초기의 빠른 보정을 위해

쓰로틀 변화 항을 정확한 공기량의 변화에 대응하기 위해 공기량 센싱값의 변화를 사용하게 된다. 쓰로틀의 변화는 전기적인 것이라 센서의 딜레이가 없습니다.

따라서, 가속시에 유요한 변수로 사용이 가능합니다.

 

8) 산소센서 공연비 보정 (곱하기 항) 현대의 엔진은 배기가스 저감을 위해 이론공연비 운전 상태를 유지하는 것이 매우 중요하다. 이를 정확히 유지하기

위해 이론공연비 상태를 감지하는 산소센서를 장착하여 이의 출력값으로 Feed-Back 제어를 수행한다. 즉, 맵핑되어있는 공연비의 상태가 14.5를 벗어나게

되면 자동으로 맞추게 되는 것입니다. 맵핑되어 있는 값이 14정도로 농후한 영역에서는 연료를 줄이고 15정도로 희박한 영역에서는 연료를 증량시켜서

정밀하게 14.5를 맞추게 됩니다. 일반적인 맵핑에서 산소센서 피드팩이 없는 맵핑만의 값으로 13에서 16정도의 값이 나오도록 연료량을 맵핑해 준다면

운전자들은 운전성에 불만이 없을 것입니다.

 

물론, 전영역에서 14.5 근처로 정밀하게 맵핑하면 더 좋겠지만 이는 배기가스 수치에서는 차이를 확 보일지 몰라도 운전성의 차이는 그끼기 힘듭니다.

산소센서 피드백에의한 연료량 보정에는 한계가 정해져 있습니다.

 

따라서, 이것만 의존하여 공연비 맵핑을 엉망으로 하면 운전성과 연비의 저하가 발생될 수 있습니다. 감 가속시에는 산소센서 피드백이 작용하지 않고

기본 연료량 맵 값이 바로 적용되기 때문에 감 가속 시 울컥 거림이 발생될 수 있고, 연료량을 너무 농후하게 맵핑하여 산소센서 피드백에 의한 범위를

넘어가게 되면 배기에서 검은 연기가 발생되고 플러그에 카본이 매우 많이 퇴적되고 연비가 매우 나쁘게 됩니다. 이는 잘못된 터보 맵핑에서 종종 볼

수 있습니다. 거기에 더하여 최근의 ECU들은 산소센서 피드백 범위를 넘어가게 되면 ECU의 이상이라고 판단하여 안전 모드로 들어가는 것들도

있으므로 기본적으로 아래에 설명이 되어있는 풀로드 영역 이외에서는 공연비 13-16정도의 값에 들어가도록 캘리브레이션을 수행해야 합니다.

 

공연비 보정도 크게 학습 항과 Feed-back 항으로 나눌 수 있다. 학습 항은 엔진이 희박하거나 농후한 상태로 일정시간 지속될 때 이를 이론공연비 상태로

 돌리기 위한 항이고, Feed-Back 항은 순간 순간의 공연비를 보정하기 위한 항이다.

 

9) Full Load 보정 (곱하기 항) 기본 맵핑은 연비와 배기가스를 고려하여 14.5로 맵핑이 되어 있다. 하지만, 높은 로드에서는 출력이 요구되므로 최고

 출력이 발생되는 공연비 12.5-13 정도로 공연비를 유지할 필요가 있다.

 

따라서 쓰로틀이나 공기량의 값(요즘은 대부분 쓰로틀)을 이용하여 어느 값 이상이면 높은 출력을 요구하는 것으로 판단하여 산소센서 피드백을

중지하고(산소센서 피드백이 계속 작동하면 14.5를 계속 유지하려 하기 때문에) 풀로드 보정이라는 값을 곱하여 공연비를 농후하게 합니다.

 

 

튜닝 ECU에는 이런 맵이 따로 있는 경우는 드물고 그냥 기본 연료량 맵에 높은 로드에서 원하는 공연비가 되도록 맵핑하게 됩니다. 만일 기본 연료량

맵이 14.5로 잘 맵핑 되어 있고 풀로드에서 원하는 공연비가 13이라면 풀로드 보정의 값은 14.5/13 해서 대략 1.1이 되게 됩니다. 이는 산수로 계산이

가능한 것입니다. 만일 12.5를 원한다면 14.5/12.5 이런 식입니다. 이해가 되셨는지 모르겠습니다.

 

이해도를 확인하기 위해서 문제를 내 보겠습니다.

 

1. 엔진에서 다른것은 변화가 없고 인젝터가 250cc에서 500cc로 바뀌었습니다. 이런 변화에 따라 바꿔야할 변수는 무엇이고 어떻게 바꿔야 할까요?

 

2. 엔진에서 다른것은 변화가 없고 맵센서가 1바에서 2바 대응센서로 바뀌었고 그 두센서의 출력값은 정확 히 두배 차이가 난다고 가정합시다. 이런

변화에 따라 연료량 관련하여 바꿔야할 변수는 무엇이고 어떻게 바꿔야 할까요?

 

이 두 물음에 정확히 이해하고 답변하실 수 있다면 연료량 관련 설명을 정확히 이해하신 것입니다.