디젤 맵핑(Diesel Mapping) – 2. 연료 분사량 (=연료량, IQ)

연료 량 (IQ)

앞서 언급한 실린더는 474mg 의 공기를 가둬두고 있다. 디젤 연소에 있어 가장 좋은 효율을 보이는 혼합 비는 14.6mg 의 공기와 1mg 의 연료 일 때다. 즉, 474mg의 공기는 32.5mg 의 연료와 혼합됐을 때 가장 높은 효율을 보이게 된다 (474/14.6)

그러면 한 스트록에 32.5mg의 연료를 분사한다? 이는 이상적인 최대치 일 뿐이다. 특히, 디젤은 EGR. 배기가스 순환 장치가 달려 있어 그 가용치는 더 떨어지게 된다. 만약 32.5mg/stroke 이상을 분사하면 연료가 충분히 연소 되지 않은 상태에서 배출되어 검은 매연만 토출하게 될 것이다.

아이들 상태에서의 인젝터는 6.0mg/stroke의 분사량을 보일 것이며, RPM 이 상승함과 동시에 분사되는 연료의 양도 함께 증가할 것이다. 그리고 이 양은 운전자의 스로틀 개도량등의 복합적인 요소를 더해 ECU가 적절히 혼합해 줄 것인데, 이를 X-Y-Z 축으로 대응시켜 표로 만든 것이 우리가 흔히 말하는 ECU 맵이다. (과거 차종들은 X-Y 축만으로 구성된 2차원 맵을 갖고 있다)

예를 들어 인젝터를 100mg 용량의 주사기라고 생각해 보자. 운전자가 가속 패달을 30% 정도 밟았을 때 ECU는 맵에 대응해 약 16mg 의 연료를 분사하게 될 것이다. 하지만 얼마나 긴 시간동안 연료를 분사할 수 있을까? 맵핑에 있어 엔진 타이밍에 대해 종종 들었을텐데,엔진 설계자는 크랭크 샤프트의 회전 각도로 타이밍을 측정 하기 때문이다.

연료를 분사할 수 있는 이상적 지점은 상사점(TDC)로, 흡기 밸브가 최대한도의 양을 처리할 수 있을 만큼 개도 된다. 이 TDC 는 BTDC(Before Top Dead Center) / ATDC(After Top Dead Center) 와 관련지어 생각하는것이 좋다. 뭐.. 4′ BTDC 는 -4′ ATDC 와 같다.

피스톤이 위아래로 움직이는 동안 16mg 의 연료를 충분시 분사시킬수 있는 시점이 필요하다. 자, 연료 2mg 를 주입하기 위해 크랭크 회전각(=’CR)이 1도 정도 필요하다고 가정한다면 연료 주입의 가장 좋은 타이밍은 0′ BTDC 일 것이고 16mg를 분사하는데 8’CR 이 필요하며 이 때 연료 분사 시점은 0′ BTDC 대신 8’BTDC 이 될 것이다. 즉 연료 분사 시점(SOI)이 8’의 BTDC 라면 0′ BTDC에서 분사가 완료 되어야 한다.

그래서 ECU는 다음을 결정할 수 있는 맵을 갖고 있어야 한다.

• 분사 량 / 엑셀레이터 포지션에 따른
• 분사 주기 / 분사 량으로 부터 계산되어진
• 분사 시점(SOI) / 분사 주시로 부터 계산되어진

엔진이 완벽한 컨디션으로 동작한다고 가정한다면 분사량, 분사 주기 및 분사 시점은 매우 명확해 지게 된다. 그리고 매우 정확한 시간과 주기를 갖고 동작하게 될 것이다. ECU는 피스톤 포지션 상태를 가늠할 수 있는 크랭크 샤프트 센서와 크랭크 샤프트로 부터 이들을 다시한번 확인하게 된다. 이 값들은 단순히 회전량으로써 RPM 으로 계기판에 표시되게 된다.

아래의 연료 량(IQ)을 확인해 보면 엔진의 회전 수가 증가할 수록 일정량 만큼 가감되는 연료가 실린더에 공급되고 있음을 확인할 수 있다.

 

이를 글로 적자면 다음과 같다.

• 아이들링 (850 RPM) > 23mg
• 32 ㎎ IQ > 1050 rpm
• 45 mg IQ > 1400 rpm
• 52 mg IQ > 1900 rpm
• 52 mg IQ > 2550 rpm
• 50 ㎎ IQ > 3200 rpm
• 48 mg IQ > 3750 rpm
• 44 mg IQ > 4200 rpm
• 38 mg IQ > 4550 rpm

조금 이상한 점이 발견되었을 것이다. 엔진속도는 지속적으로 상승하고 있지만 IQ 는 특정 시점을 지나 지속적으로 감소하고 있는데 왜 그럴까? To Be Continue!