자동차공학 레포트 - 현재 자동차에 실제 사용되는 각종 센서를 제시하고, 필요성과 측정원리에 대해 간단히 기술하시오.

I. 서론

자동차 정비 실습에서 스캐너를 처음 연결했을 때 가장 낯설었던 점은 고장 코드보다 실시간 데이터 목록이었다. 화면에는 엔진 회전수, 냉각수 온도, 흡입 공기량, 산소 농도와 관련된 값이 계속 바뀌고 있었다. 운전자는 가속 페달을 밟고 핸들을 돌릴 뿐인데 자동차는 그 순간마다 여러 물리량을 읽어 계산하고 있었다. 예전에는 센서를 전자장치에 붙은 부품 정도로 생각했지만, 실제 차량을 들여다보니 센서가 없으면 제어기가 판단할 재료 자체가 사라진다는 쪽이 더 정확했다. 센서는 온도나 압력처럼 눈에 잘 안 잡히는 상태를 전기 신호로 바꾸고, 제어기는 그 신호를 바탕으로 분사량과 점화 시기, 제동, 주차 경고 같은 동작을 결정한다. 여기서는 현재 차량에서 널리 사용하는 센서를 엔진 제어, 배기가스와 주행 안전, 거리 인식이라는 세 묶음으로 나누어 필요성과 측정 원리를 설명한다.

II. 본론

1) 엔진이 숨 쉬고 회전하는 상태를 읽는 센서

엔진 제어에서 가장 기본이 되는 정보는 크랭크축의 회전 위치와 속도다. 크랭크축 위치 센서는 플라이휠이나 톤 휠의 이빨이 센서 앞을 지나갈 때 생기는 자기장 변화를 전기 신호로 바꾼다. 실제 차량에는 유도형과 홀 소자형이 널리 쓰인다. 유도형은 금속 이가 가까워졌다 멀어질 때 코일을 지나는 자속이 바뀌면서 교류 전압이 생기는 원리를 이용한다. 홀 소자형은 자기장 변화에 따라 홀 전압이 달라지는 성질을 이용해 사각파 형태의 신호를 만든다. 엔진 제어기는 이 신호 간격을 읽어 회전수를 계산하고 특정 이의 위치를 기준으로 피스톤의 위치도 알아낸다. 연료를 뿌리고 점화 플러그에 불꽃을 만들 시점이 크랭크각과 직접 연결되므로 센서가 끊기면 시동이 걸리지 않거나 주행 중 엔진이 멈출 수 있다. 실습차에서 크랭크축 센서 커넥터를 확인했을 때 배선 2가닥과 3가닥 형식이 섞여 있었는데, 겉모양만 보고 같은 방식이라고 단정하면 안 된다는 점도 알게 됐다.

캠축 위치 센서는 크랭크축 센서와 짝을 이룬다. 4행정 엔진은 크랭크축이 2회전하는 동안 한 사이클을 마치므로 크랭크축 정보만으로는 어느 실린더가 압축 행정에 있는지 바로 구별하기 어려운 상황이 있다. 캠축 위치 센서는 캠축에 붙은 표적의 회전을 감지해 실린더 위상을 알려 준다. 홀 소자나 자기저항 소자를 쓰는 형식이 많으며, 자기장의 변화가 전압 또는 디지털 신호의 변화로 나타난다. 제어기는 크랭크축과 캠축 신호를 함께 비교해 순차 분사와 가변 밸브 제어를 맞춘다. 센서 하나를 더 쓰는 이유가 중복을 좋아해서가 아니라 같은 회전 정보라도 서로 다른 의미를 갖기 때문이다. 정비 현장에서 크랭크축과 캠축의 상관관계를 오실로스코프로 확인하는 것도 타이밍 체인 늘어짐이나 신호 이상을 찾는 데 도움이 된다.