자동차 정비부터 튜닝까지/자동차 튜닝

GT3565 2006. 3. 12. 02:22
연료량 제어 방법

일반적으로 연료량을 설정할 때 배기온도계만으로 연료량을 설정하는 경우가 있지만 이는 정확한 방법이라고는 할 수 없다.

배기온도란 연료량을 추측할 수 있는 여러 가지 값(데이터)들 중에 하나일 뿐이며, 배기온도가 상승한다고 무조건 연료만 많이 주입할 경우에는 연비가 나빠짐은 물론이고 엔진 출력이 떨어지게 된다.

밸브 방식에 따라 연료 공급도 차이를 두어야 한다.
이 때문에 연료량 설정시에는 공연비 센서(Air/Fuel 센서)를 장착해야 정확하게 이루어질 수 있다.

공연비 센서란 산소 센서(람다 센서)와 유사한 방식의 센서로 배기구 안쪽에 장착해 배기가스 중에 공기와 미연소 가스의 비율을 알아내는 센서로 일반적으로 공연비 14.7:1을 람다 1로 표기하고 있다.

산소 센서의 경우는 연료량이 많고 적음만 판단하지만 공연비 센서의 경우는 그 정밀도가 훨씬 뛰어나기 때문에 상당히 고가이다.

* 터보시스템의 경우 많은 양의 공기를 필요로 한다.

< 터보차량의 경우 A/F 값은 부분 부하시 14.7:1, 전부하시 11.5:1∼12.5:1 >

A/F 값의 경우 일반적으로 자연흡기 차량은 부분 부하시 14.7:1, 전부하시 12.5:1∼13.5:1 정도로 설정하며, 터보 차량의 경우에는 부분 부하시는 자연흡기 차량과 동일하고 전 부하시에는 11.5:1∼12.5:1로 맞추는게 일반적이다.

배기온도의 경우 자연흡기 차량은 800도 부근, 터보 차량의 경우는 900도 부근이 일반적이지만 엔진의 내구성을 반드시 고려해야 한다.
원칙적으로 연료량 설정시에는 점화시기를 고정시킨 후 엔진 동력계 테스터기(엔진 다이나모)에서 엔진의 출력을 점검한다.
이후 연료량을 점차 줄여주면서 출력이 떨어지는 지점의 연료량을 LBT(Linear fuel Best Torque)로 나타내는데 각 rpm별, 공기량별로 설정해야 하는데 양산차의 경우에는 엔진 내구성, 배기가스 규제 등의 요인으로 인해 반드시 LBT에 맞게 설정하지는 않는다.
부스트 압력을 높여놓은 튜닝 작업에서는 연료량 설정을 위해 LBT를 찾는다는 것은 많은 기술적인 노력과 경제적인 부담, 시간이 들어가기 때문에 실제로 테스트한다는 것은 불가능하다.

하지만 일반적인 방법으로 부스트 압력이 높이기 전 양산차량의 상태에서 A/F 값을 기억한 후 부스트 압력을 높이는 세팅을 한 후에도 기존의 A/F 값에 맞추는게 가장 좋은 방법이라고 하겠다.
물론 이 경우에 배기온도를 반드시 확인해야 한다.
대부분의 경우에는 배기온도가 올라가게 되므로 온도를 내리기 위해 연료량을 증가시킨다.
하지만 튜닝 차량 및 경기용 차량에서의 연료량 설정은 일반 차량과는 상당한 차이를 보일 수밖에 없다.
일반 차량은 엔진의 내구성과 배기가스 규제 때문에 출력에만 중심을 두고 연료량을 설정할 수 없지만 이밖에도 운전성을 위해 출력 특성을 완만하게 한다든지 연료 설정을 엔진 냉각에 중심을 두고 하지 않는 등의 차이가 있다.

엔진 냉각에 중심을 두고 연료량을 설정하는 경우 경기용 차량은 크로스미션을 사용하며, 대부분 고rpm을 쓰는 차량, 자연흡기 엔진을 터보로 개조한 차량 등이 있다.
특히 자연흡기 차량을 터보로 개조한 경우에는 출력을 위해서 연료량을 설정하는 것은 물론이고 엔진 냉각을 위해서 많은 부분을 보강하는 것이 중요하다.
이러한 보강이 이루어지지 않을 경우 연소실의 최고온도가 자연흡기 차량과 터보 차량은 100도 이상 차이가 나므로 고속 주행시 엔진이 녹아버리는 경우가 있다.

< 공기의 양과 연료의 양을 정확하게 맞추어 주는 것이 포인트이다. >

필자가 테스트해 보았을 때에 자연흡기 차량을 터보로 개조한 경우에 연료량만으로 배기온도를 내린다는 것은 상당히 문제가 있었다.
최고 출력이 예상되는 A/F값으로 연료량을 세팅하는 경우 배기온도가 1,000도 가까이 올라가는 경우가 대부분이었고 배기 온도에 맞추어 연료량을 설정할 경우 A/F 값이 상당히 떨어지는데 대략 출력이 15% 이상 줄어들 정도로 연료를 많이 넣어야만 했다.
물론 이 문제를 해결하기 위해 오일쿨러를 장착하는 등 엔진 냉각 계통을 개조하면 조금의 도움이 되기도 했지만 큰 효과를 보기 위해서는 엔진의 하드웨어 부분을 터보 차량에 맞게 개조해야 완벽한 세팅을 이룰 수 있다.
정확한 밸브 타이밍을 찾는 것이야 말로 연료량 조절의 핵심이다.

메이커가 아닌 튜닝 회사에서 개조할 수 있는 부분이 한계가 있으므로 엔진의 소재까지 바꿀 수는 없겠지만 외국의 터보 엔진과 비교하여 연구를 한다면 그 차이점을 쉽게 찾을 수 있을 것으로 예상되는데 하드웨어의 개조에 대해서는 차후에 상세히 다루기로 하겠다.
위에서 말한 연료량 설정의 경우는 액셀러레이터를 밟아서 주행을 할 때(출력 영역)에 해당된 것이고 엔진 냉각을 위해서는 액셀러레이터를 OFF시켰을 때 연료를 차단시키지 않고 계속적으로 분사시키거나, 액셀러레이터 OFF시 순간 최대 분사량을 늘리거나 출력 영역의 부분 부하 모드에서 산소센서에 의한 피드백을 없애고 연료를 많이 넣어주는 등의 방법을 이용한다.
이 경우에도 점화시기를 적절하게 조절하면 엔진 냉각에 최대의 효과와 운전 특성의 변화를 볼 수 있다.

< 인젝터는 대기량일수록 많은 양의 연료를 필요로 한다. >

< ECU 세팅도 연료량과 맞도록 조절해야 한다. >

엔진 냉각에 관해서 응용할 수 있는 부분으로 수온과 흡기온도에 따른 연료량 보정값이 있는데 대부분의 양산차량은 수온과 흡기온도 변화에 따른 연료량 보정을 냉간 시동시에만 사용하기 때문에 일반적으로 40도 이상에서는 아무런 데이터가 들어 있지 않다.

이를 적절히 이용하여 냉각수온이 상승할 경우에 연료를 더 넣어주게 만들면 엔진을 냉각시키는데 많은 도움이 된다. 흡기 온도 변화에 따라 연료를 증가시키는 경우는 흡기 온도의 변화가 심한 터보차량, 특히 인터쿨러가 없는 터보차량에서는 상당한 효과를 발휘한다. 물론 흡기 온도 센서 위치를 바꾸어야 한다.