스로틀 포지션 센서(Throttle Position Sensor)
스로틀 포지션 센서(Throttle Position Sensor)는 스로틀 바디에 장착되어 스로틀 밸브의 축과 같이 회전하는 가변저항기로서 스로틀 밸브의 개도를 검출하기 위한 센서이다. 스로틀 포지션 센서의 출력전압은 스로틀 밸브의 개도에 따라 변동하며, ECU는 스로틀 포지션 센서의 신호와 엔진 회전수 신호를 기본으로 하여 엔진 운전 상태를 판정하여 연료량을 보정한다. 또한 스로틀 밸브의 개도변화를 계산하여 가, 감속 상태를 감지한다.
개요
스로틀 포지션 센서는 TPS라고 불리우며 스로틀 밸브의 위치 즉 개방 각도를 측정하여 개방 각도에 따라서 연료량을 조절하는 역할을 합니다 스로틀 포지션 센서는 엔진에서 필요로 하는 연료량에 직접 개입하여 신호를 제공한다. 스로틀 포지션 센서의 신호는 지속적으로 측정 되어지며 대기 온도 엔진의 RPM과 공기 질량 흐름과 같은 다른 데이터들과 다 같이 지속적으로 결합되어 데이터를 제공하여 엔진에 분사되는 연료의 양과 점화 타이밍을 결정하는데 사용된다. 스로틀 포지션 센서와 연계되어 있는 다른 센서들과 정상 작동을 하게 되면 최상의 연비를 유지하면서 원활한 주행과 효율적인 가속이 가능하게 한다.
스로틀 포지션 센서가 정상 작동하지 않으면 엔진 제어 모듈에 필요한 정확한 연료의 양과 점화 타이밍을 측정하지 못하여 필요한 부드러운 주행과 적절한 가속도가 발생할 수 없다. 스로틀 포지션 센서는 고장나는 방식에는 여러가지가 존재하며 사소하게는 연비가 저하되지만 심각하게는 자동차의 성능이 극단적으로 제한되며 심각한 안전상의 위험 발생 요소가 될 수 있다 스로틀 포지션 센서가 조금이라도 문제가 발생하여 정상 작동하지 않기 시작한다면 즉시 교체를 해주어야 한다.
구조 및 기능
스로틀 포지션 센서(TPS)는 스로틀바디에 장착되어 있으며, 스로틀밸브의 개도를 감지하는 기능을 한다. 스로틀밸브 축에 고정된 슬라이더암이 저항레일에 접촉된 상태로 미끄럼 운동을 하는 구조이다.
운전자가 가속페달을 밟으면 페달에 연결된 엑셀러레이터 케이블에 의해 스로틀밸브 축이 회전운동을 하게 되고, 이 회전운동으로 인하여 슬라이더암이 저항레일에 접촉된 상태로 미끄럼운동하면서 저항값을 변화시키게 된다. ECU는 저항레일에서의 전압강하로부터 스로틀밸브의 개도를 인식한다.
스로틀 포지션 센서는 저항레일의 개수(1개 또는 2개)에 따라 센서의 출력전압이 하나 또는 두개를 가지며 공전접점스위치(아이들스위치)가 설치된 타입도 있다. 저항레일이 1개인 3핀 스포틀 포지션 센서의 회로는 다음과 같다.
먼저 ECU로 부터 센서에 센서전원 5V가 인가된다. 가속시에는 스로틀밸브의 개도가 커짐에 따라 센서전원 단자와 신호 단자 사이의 가변저항값이 감소하여 출력전압이 커지며, 반대로 감속 시에는 가변저항값이 증가하여 출력전압이 작아진다. 즉, 센서 출력전압은 스로틀밸브의 개도량에 비례한다.
위 그래프는 스로틀 포지션 센서의 스로틀밸브 개도량에 따른 전압값의 변화를 나타낸 것이다. 실선 'N'은 출력전압을 나타내고, 점선 'T'는 오차한계를 나타낸다. 스로틀밸브가 완전히 닫혔을 때 전압은 대략 0.2V 정도이며, 완전히 개방되었을 때는 약 4.7V 정도가 된다.
제어 시스템의 정확도와 안전도를 높이기 위해서 저항레일이 두개인 타입, 즉 출력전압이 두개인 타입의 스로틀포지션센서를 사용하는 경우도 있다. 이와 같은 타입은 다른 센서들에 의한 부하를 스로틀포지션센서를 통해서도 감지가 가능하다. 예를 들어 스로틀밸브의 각가속도, 공전/부분부하/전부하 등 작동범위의 인식, 주 부하센서의 고장 시 비상작동신호용 센서로 사용할 수 있다.
출력단자 S1의 전압과 출력단자 S2의 전압은 가변저항의 저항값이 달라서 전압값도 다르다. 따라서 개도변화에 대한 전압값의 변화도 다르므로, 위 그래프의 전압비(Voltage ratio), 즉 출력전압(UA)/입력전압(UV)의 기울기가 두 단자에서 다르게 나타난다. 직선(2)는 S1단자의 출력이며, 직선(3)은 S2단자의 출력이다. 이렇게 두 전압의 기울기가 다르므로 스로틀밸브 개도변화에 따른 회전각도의 비를 전압비로 쉽게 구할 수 있게 되는 것이다.
고장 증상
- 가속 문제
가속을 위해 엑셀 페달을 밟아도 힘이 부족하거나 엑셀 페달을 밟지 않아도 스스로 가속이 되어지기도 한다 엑셀 페달을 밟았을 때 엔진의 반응속도가 현저히 느려지거나 운전자의 의도 이상으로 가속이 되어질 수도 있다. 정확한 스로틀 밸브의 개방값을 인식하지 못하며 잘못된 스로틀 포지션 센서의 데이터값으로 인해 엑셀 페달을 밟지 않아도 운전자의 의도와는 상관없이 차량 스스로 급가속을 할 수도 있다. 이러한 증상들은 운전자의 원활하고 경쾌한 운전을 방해하기도 하지만 운전자의 안전과 직결되어 있기에 반드시 정비가 필요하다.
- 불안정한 엔진 RPM
스로틀 포지션 센서의 잘못된 데이터 값으로 인해 공회전 시 RPM이 안정적이지 못하거나 힘이 부족하여 RPM이 떨어지면서 시동이 꺼지기도 한다. 차량이 주행이 마치고 멈출 때 완전하게 정지하기도 전에 엔진이 꺼질 수도 있다
- 비정상적인 연료 소비량
스로틀 포지션 센서는 엔진 제어 모듈의 다른 센서들과 함께 작동하여 원활한 주행이 가능하도록 공기의 흐름을 제어를 한다. 하지만 TPS 센서가 고장이 나게 되면 공기량이 부족하거나 과하게 유입되면서 이를 보완하기 위하여 다른 모듈에서 이러한 부분을 보완하기 위해서 정상적이지 않게 작동하게 되면서 더 많은 연료가 소비하게 된다.
- 엔진 경고등
엔진 경고등은 센서들이 고장 났을 때 경고등이 점등되도록 설계되었다 그래서 TPS센서가 고장이 나고 이상증상이 발생하게 되면 엔진 경고등이 점등되게 되기 때문에 엔진 경고등이 점등되면 신속하게 점검을 받아 보는게 좋다.
- 차량의 떨림과 흔들림
스로틀 포지션 센서에 이상이 발생하게 되면 주행에 필요한 정상적인 데이터들을 수집하지 못하여 엔진 노크가 발생하는 것처럼 차량이 떨리고 흔들릴 수 있다.
정비 어드바이스
① 스로틀포지션센서의 고장은 주로 저항레일이 접점과의 마찰에 의해 닳아서 발생한다. 하지만 내구성이 뛰어나 보통 150,000km 정도까지는 무리없이 사용이 가능하다. 또 최근에는 무접점방식의 스로틀포지션센서도 많이 사용되고 있는데 이 타입의 경우 마찰에 의한 고장이 없어 내구성이 더 뛰어나다.
② 스로틀포지션센서는 가속과 감속 등 운전자의 의지를 전달하는 중요한 센서이다. 스로틀밸브의 개도량(변화)에 따라 연료분사량과 점화시기가 변화되므로 센서 고장 시 가속페달의 밟는 양을 정확히 검출할 수 없게 되어 가속이 불량해지거나 응답성이 떨어질 수 있다.
③ 센서 자체의 고장 외에도 커넥터의 접촉불량이나 배선의 단선, 단락 등 배선 이상으로도 유사한 고장증상이 나타날 수 있다.
④ ETC(Electronic Throttle Control) 시스템의 경우에는 스로틀포지션센서가 모터와 함께 일체형으로 스로틀바디에 조립되어 있으므로 단품으로 교환이 불가능하다.
동영상
참고자료
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