냉각수 온도센서

냉각수 온도센서(WTS)

냉각수 온도센서(WTS; water temperature sensor)는 전자제어식 연료 분사장치의 냉각수 온도 검출에 주로 사용되는 센서이다. 온도의 변화를 저항값의 변화로서 검출하는 것으로, 저항값은 온도에 따라 크게 변한다. 수온이 낮을 때는 저항값이 커지고 수온이 올라가면서 저항값이 작아진다. 주로 실린더 블록이나 냉각수 통로에 설치되며 엔진의 냉각수 온도를 측정한다.

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기능

냉각수 온도센서는 흔히 라디에이터 상부 호스가 연결된 곳에 있다. 차량에 따라 1~4개가 있는데, 자동차의 설계에 따라 한 센서가 여러 기능을 함께 수행하도록 하기도 하고 기능별로 나누어 각각 센서를 부착한 경우도 있기 때문이다. 예전의 자동차에서 냉각수 온도센서는 냉각팬을 돌리고 계기판에 냉각수 온도를 표시하는 정도의 단순한 역할만을 수행했다. 엔진이 예열되지 않은 상태에서 냉각수의 온도가 낮을 때 공연비를 짙게 해서 엔진의 연소가 안정적으로 되도록 해주는 것이다. 만약 엔진이 예열되지 않았을 때 엔진 온도가 낮다는 신호를 보내지 않으면 공연비가 너무 옅어지게 되어 엔진이 불안정하게 된다. 반대로 엔진이 예열되었을 때 엔진 온도가 낮다는 신호를 보내게 되면 공연비가 너무 짙어지므로 이때도 엔진이 불안정해진다. 그러므로 냉각수 온도센서는 엔진의 상태에 따라 냉각수 온도를 검출해서 최적의 공연비가 되도록 제어해주는 중요한 기능을 한다. 하지만 오늘날에는 전자제어가 보편화되면서 냉각수 온도 정보를 ECU에서 보내어 정확한 연료제어를 수행하도록 하고 있다. 냉각팬도 냉각수 온도센서의 정보에 의한 ECU의 명령으로 가동한다. 냉각수 온도센서가 측정한 냉각수의 온도 정보는 ECU에 보내어 외기 온도에 따른 연료 분사량, 점화 시기, ISA 열림 양을 보정하게 된다.

작동

냉각수 온도센서는 차량의 ECU와 함께 작동하여 냉각수의 온도를 지속적으로 모니터링하여 엔진이 최적의 온도로 작동하는지 확인한다. 현재 엔진 온도를 정확하게 판독하기 위해 ECU는 조절된 전압을 냉각수 온도센서로 보낸다. 센서의 저항은 온도에 따라 변하며, 이를 통해 ECU가 온도 변화를 모니터링할 수 있다. ECU는 이 판독값을 사용하여 냉각수 온도를 계산하고, 이 값을 통해 연료분사 및 연료혼합 그래고 점화타이밍을 조정하며, 전기 냉각팬이 켜지거나 꺼질 때를 제어한다. 이 정보는 엔진 온도를 정확하게 판독한 값을 대시보드의 게이지로 전송하는 데도 사용된다.

관계

• 분사량 : 냉간시에는 엔진이 시동되면 바로 난기 운전 모드이다. 이때는 비교적 농후한 혼합기를 필요로 하는데, 냉시동 후 차가운 흡기밸브나 흡기포트 또는 실린더 벽에 연료입자가 응축되기 때문이다. 이런 기화되지 못한 연료입자는 불완전 연소하므로 연료입자가 기화되지 못한 양 만큼 추가적으로 연료를 더 공급해야 한다. 보통의 경우 수초~수십 초간 농후한 혼합기가 공급되는데 엔진의 온도에 따라 정상적인 분사량보다 30~60% 더 많은 양의 연료가 분사된다. 그리고 냉각수 온도가 올라가면 연료의 분사량은 점차 줄어들게 된다.
• 점화시기 : 냉간시에는 기화되지 않은 연료가 연소 시화염의 전파를 방해한다. 그래서 워밍업된 상태보다 화염의 전파가 잘 이루어지지 않아 연소가 나빠지게 된다. 이와 같이 냉간시에는 화염전파속도가 늦어지는 것을 고려하여 그만큼 점화시기를 진각시킨다. 반대로 냉각수 온도가 올라감에 따라 서서히 점화시기는 지각된다.
• ISA 열림량 : 냉각수 온도가 낮을수록 엔진의 회전 저항이 커져서 진동이나 부조 등의 이상이 발생할 확률이 높아진다. 이를 방지할 목적으로 낮은 온도에도 충분히 원활한 회전을 할 수 있도록 하기 위하여 엔진의 회전수를 높인다. 따라서 냉각수 온도가 낮아질수록 ISA의 열림량은 커진다.

고장 및 교체

보닛 아래의 모든 구성 요소와 마찬가지로 냉각수 온도센서도 시간이 지남에 따라 고장이 발생할 수 있다. 센서가 고장나면 과열 및 엔진 성능 저하를 포함한 다양한 문제가 발생할 수 있다. 그렇기 때문에 센서, 개스킷, 커넥터 등은 장시간 사용 및 지속적인 온도 순환을 위해 균열이 발생할 수 있으므로 장치 자체를 살펴봄으로써 장치 상태를 점검한다. 육안 검사는 일부 고장을 진단하는 데 도움이 되지만 냉각수 온도센서의 모든 문제가 가시적인 증상을 보이는 것은 아니다. 냉각수 온도센서를 교체하는 방법은 첫 번째로 센서의 위치를 찾아야 한다. 냉각수 온도센서는 일반적으로 엔진 전면, 라디에이터 또는 서모스탯 하우징 근처에 있다. 작은 구성 요소이고 엔진 베이 안의 아래쪽에 위치하는 경우가 많기 때문에 불빛이나 토치를 사용하여 찾아야 할 수도 있다. 서모스탯 하우징 근처에 엔진 커버가 있는 경우 엔진 커버를 분리하는 것도 도움이 될 수 있다. 두 번째로는 단자에서 커넥터 케이블을 제거해야 한다. 냉각수 온도센서는 커넥터를 통해 ECU에 연결되며, 이 커넥터를 풀고 제거해야 한다. 플라스틱 커넥터와 배선은 종종 부서질 수 있으므로 파손될 경우 완전히 교체해야 한다. 커넥터를 분리하고 케이블을 한 쪽으로 치워둔 후에 세 번째로, 기존 센서를 풀고 제거하면 된다. 냉각수 온도센서는 스파크 플러그처럼 장착되어 있기 때문에 분리하려면 나사를 풀어야 한다. 딥 소켓과 래칫을 사용하여 너무 많은 압력을 가하지 말고 센서를 시계 반대 방향으로 조심스럽게 풀어주면 된다. 스프레이를 뿜으면 고착된 센서를 제거할 수 있다. 센서가 느슨해지면 손으로 나사를 풀고 소켓에서 분리한다. 이 시점에서 냉각수가 누출될 가능성이 있으므로 새 냉각수를 교체할 준비를 하거나 필요한 경우 냉각수를 배출하는 것을 고려하는게 좋다. 그다음 네 번째로, 새 센서를 장착하면 된다. 걸레나 천을 사용하여 새 냉각수 온도센서의 성능에 영향을 미칠 수 있는 먼지 및 이물질을 청소한 후, 새 센서를 나사산에 설정하고 센서가 소켓에 잘 고정되도록 손으로 시계 방향으로 돌려 장착하면 된다. 그런 다음 토크 렌치를 사용하여 제조업체 지침에 명시된 양으로 센서를 조인다. 마지막으로 커넥터 케이블을 다시 연결하면 된다. 커넥터가 깨끗하고 이물질이 벗는지 확인한 다음 새 센서에 꽂고 클립을 조여 단자와의 연결이 양호한지 확인한다. 새 센서가 작동하는지 확인하려면 엔진을 시동하고 워밍업 할 때 대시에서 온도 게이지를 모니터링하여 올바른 온도가 유지되고 있는지 확인하면 된다.

참고자료

• imcs0909, 〈자동차센서 고장 증상〉, 《네이버 블로그》, 2013-03-14
• 사실요것만고치면돼요, 〈수온센서(냉각수온도센서) - WTS, ECTS〉, 《네이버 블로그》, 2013-04-25
• 뭔가를 파는 회사, 〈냉각 수온 센서(WTS, Water Temperature Sensor)〉, 《네이버 블로그》, 2015-11-23
• 기름냄새, 〈냉각수온센서 (WTS)〉, 《네이버 블로그》, 2016-05-12
• 르망, 〈<자동차 정비> 수온센서(WTS)의 기능과 고장시 증상〉, 《네이버 블로그》, 2020-03-12
• 자동차 역사가, 〈냉각 수온 센서(WTS, Water Temperature Sensor) 기능〉, 《개인 블로그》, 2020-03-26
• 레라레라, 〈냉각수 온도 센서의 고장 감지법과 교체 방법〉, 《개인 블로그》, 2022-01-22

같이 보기

• 냉각수
• 엔진
• 센서

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