디젤 맵핑(Diesel Mapping) – 1. 기본 지식편
2014년 5월 5일 작성된 포스트를 복원한 자료 입니다.
디젤 엔진을 얹은 자동차를 샀으니, 디젤을 공부해야 겠다. 가솔린 차량은 맵핑도 하고 다녔는데, 디젤은 처음이니까 … 그래야 유용(?)하게 쓰일테니까.
디젤 엔진 ECU 제어하기 위한 중요 3가지 제어 요소는 다음과 같다.
- IQ (Fuel injected quantity, 연료 분사량)
- SOI (Fuel injection timing, 연료 분사 타이밍)
- 연료 분사 주기 (Fuel injection duration)
디젤 엔진이라고 해서 가솔린 엔진과 크게 차이가 없다. 당연히 내연기관으로서 공기/연료의 혼합비를 이해 해야 하는데, 연료 분사를 제어하기 위해선 엔진에 유입되는 공기의 양과 엔진의 회전량(REV)의 조화가 중요하기 때문이다.
즉, 다음의 다섯가지 요소를 연관지어 이해할 필요가 있다. 앞서 언급한 3 요소에 2가지 가중치를 고려하면 된다.
- 연료 분사량 (Fuel Injected quantity)
- 연료 분사 타이밍 (Fuel injection timing)
- 연료 분사 주기 (Fuel injection duration)
- MAF (Mass of Air Flowing, 공기 흐름의 질량 = 유량)
- 엔진 회전량 (RPM)
디젤 관련 자료가 많은 폭스바겐 계열 엔진의 1.9 TDI 를 기반으로 위의 상관 관계를 단순히 계산해 보자.
엔진의 수용량은 1.9 리터로 1,900 cm^3(세제곱 센티미터)의 부피를 갖고 있다.
하지만 1.9L 의 엔진이 정확히 1.9L 가 아니라는건 넌센스. 폭스바겐의 1.9L 엔진은 정확히 1,897 cm^3의 부피를 갖고 있다.
1.9L 의 엔진은 보편적으로 4기통으로 구성되어 4개의 실린더를 갖고 있는데, 1,897/4 의 결과로 하나의 기통당 474 cm^3의 부피를 갖고 있다. 또한, 4기통의 행정이 모두 끝나야 한번의 순환이 끝나게 되는 것을 고려해야 한다.
자. 한 실린터의 부피가 474 cm^3 를 갖고 있다는건 공기와 연료가 혼합된 양의 최대치가 474cm^3가 된다는 이야기다.
※ 연료 와 스로팅 (운전자의 요구/스로팅)
운전자가 엑셀레이터 패달을 밟게 되면, 전자식 엑셀레이터 패달에 포함된 센서가 ECU 에 얼마나 밟았는지 신호를 보내게 된다. 일반적으로 이 값은 퍼센트(%)로 표현하는데 (실제로는 전압의 정도로 MIN / MAX 를 계산한다) 0% 는 패달을 밟지 않은 상태로 엔진의 아이들링 상태를, 100% 는 스로틀을 완전 개도한 상태를 의미한다.
0% 스로틀의 경우 인젝터가 보낼 연료의 양과 타이밍이 고정되어 있다. 1.9 TDI 엔진은 약 900rpm 에 엔진 아이들이 사전 정의되어 있는데 앞선 두 값 말고 공기의 양 들도 ECU 에 사전 정의된 고정된 값이다. 반면 100% 스로틀은 인젝터가 분사할 수 있는 최대양을 분사할 수 있도록 설정 되어 잇는데 제조사가 정의한 그 차량의 한도치라 생각하면 된다.
일반적으로 같은 공정에서 생산된 제품이라 하더라도 100% 같은 최대치를 갖고 있지 않기에 약 7~80%의 허용치를 갖고 이 선에서 1~99% 로 나누어 값을 관리하게 된다.
※ 얼마나 많은 양의 연료를 분사해야 할까?
ECU는 실린더에 얼만큼의 공기가 들어올 때 연료를 얼마만큼 분사해야 하는지 이미 정의하고 있다. 즉, 연료 량을 정리하기전 흡입되는 공기의 양을 이애해야만 한다.
실린더의 체적이 474 cm^3 일 때 최대 공기/연료의 혼합량은 474 cm^3 을 초과할 수 없다.
만약 연료의 양을 무시한다면 실린더에 들어갈 수 있는 최대의 공기의 양은 474 cm^3 이 된다. 반대의 경우도 마찮가지.
※ 474 cm^3 에는 얼마나 많은 공기가!?
매우 중요한 소요라 할 수 있는 공기의 양은 밀폐된 값이 아니라, 주위의 온도 및 압력에 의해 변화하게 되어 있다. 하지만 모든 값에 대한 변화율을 알 수 없기 때문에 공기의 밀도를 1.0 mg/cm 으로 가정한다면? 474cm^3 실린더에는 474*1.0 mg = 474mg 의 공기가 들어갈 수 있다. 그래서 모든 피스톤의 행정에선 474mg 의 공기가 필요하다고 가정할 때 이 값을 474mg/stroke 라고 표현한다.
다음 게시물에선 “IQ (Fuel injected quantity, 연료 분사량)” 를 알아보도록 하자.
