안녕하세요. 해토머리입니다.

겨울철이 되어 냉간 시동시 예열에 신경을 쓰시는 회원님들이 많이 계신 것 같습니다. 오늘은 냉간 시동시 적정한 예열 시간을 수치를 통해서 판단해 보고자 합니다.

우선 제가 살펴 본 차량 관련 특허 출원 자료들에 따르면, 차량의 냉간 시동 제어는 냉각수온과 흡기온도를 통해서 판단하는데, 대체로 냉각수온을 제1 지표로 삼고 있는 듯합니다. 냉각수온이 특정 온도 이하가 되면 연료량 보상과 흡기량 제어를 통해서 냉간 시동 제어 상태가 되며, 특정 온도 이상으로 상승하면 통상의 공회전 제어 상태로 조절하고 있는 것 같습니다. 제어 프로그램의 설계자와 자동차 제작사는 차량의 내구성 등을 감안하여 냉간 시동 제어 조건을 설정했을 것으로 판단되며, 냉간 시동시 분사되는 연료량, 흡기량, 배기 제어 등을 관찰하여 설계자와 제작사가 설정한 조건을 역으로 추산해 볼 수 있을 것 같습니다.

제 차량으로 살펴 본 결과로는 대체로 34도 내지는 35도 사이에서 냉간 시동 제어가 종료되는 것으로 추정하고 있습니다다. 이러한 추정은 다음과 같은 사실에 근거하고 있습니다.

34~35도 사이의 특정 구간에서 다음의 변화가 관찰됨
1. 흡기량 증가: 10.85 g/s (846 rpm) -> 13.02 g/s (841 rpm)
                      ※ 연료분사량(11.0 ㎣)에는 변동 없음
2. 배기가스 재순환(EGR 엑츄레이터 듀티 값): 35.7% -> 3.1%

밑에 그래프로 첨부한 데이터는 냉각수온 10도, 흡기 온도 5도 조건에서 수집된 자료를 바탕으로 한 것입니다. 이와 같은 조건에서 제가 추정하는 냉간 시도 제어 종료 시점까지 소요된 시간은 약 4분 20초 정도입니다. 따라서 기온이 영하로 떨어진다면, 예를 들어 영하 7도를 가정하고 냉각수온 1도 상승에 평균 5초가 걸린다고 가정하면, 약 1분 35초 정도가 추가될 것 같습니다. 그렇다면 영하 7도 조건에서는 약 냉간 시동 제어가 종료하기까지 약 6분 정도 소요되는 것으로 예상됩니다. 다만 냉각수온이 10도 이하일 때 수온 1도 상승에 걸리는 시간이 평균 5초 이하일 가능성이 있기 때문에 통상 이야기하는 5분 정도의 공회전이면 충분할 수도 있을 것 같습니다. 냉각수온이 10도 이하일 때 수온 1도 상승에 걸리는 평균 시간이 5초 이하일 것으로 예상하는 것은 수온을 상승시키는데 필요한 열량은 엔진에 공급되는 연료량과 상관관계가 있을텐데, 냉간 시동 보상에 의해 초기에 더 많은 연료가 공급되기 때문에 단위 시간당 냉각수에 전달되는 열량도 높을 것이기 때문입니다.

첨부한 그래프는 냉간 시동시 냉각수온이 1도 상승되는데 소요되는 시간의 추이를 나타낸 것입니다. 이 그래프는 앞서 말씀드린 것과 같이 냉각수온 10도, 흡기온도 5도 조건에서 시동시 수집된 데이터를 바탕으로 한 것입니다. (영하로 떨어졌던 날에 수집된 자료도 있지만 자료가 저장되어 있는 UMPC가 고장이 나서 자료가 확보되면 영하 조건에서의 추이도 올려드리겠습니다.)

이 그래프를 통해 냉간 시동시 연료분사량 보상을 통해 단위 시간당 상대적으로 많은 열량이 냉각수에 전달되기 때문에 시동 초기에 냉각수온 1도 상승에 소요되는 시간이 적다는 것을 알 수 있습니다.

실제로 데이터를 정리하기 전에는 냉각수온 상승에 소요되는 시간이 선형으로 우상향 직선 형태로 나오지 않을까 예상했었는데, 예상과는 달리 중간중간 정점이 생기는 파동형으로 우상향하고 있었습니다. (이러한 패턴이 생기는 이유에 대해서는 좀 더 생각해 봐야 할 것 같습니다.)


정리하자면, 냉각수온만을 바탕으로 보자면 겨울철에 1차 예열에 필요한 시간은 최대 5~6분 정도 소요될 것으로 예상됩니다. 냉각수온을 모니터할 수 없는 경우에는 차량의 ECU가 냉각수온을 바탕으로 연료량 보상을 하는 것의 결과가 엔진 rpm으로 나타나기 때문에 rpm800~840 rpm 정도로 판단하면 될 것 같습니다.

다만 1차 예열 이후에 냉각수온이 적정 수준으로 올라가기까지 2차 예열이 필요한데 2차 예열이 끝나기 전까지는 급격한 가속이나 80km 이상으로 주행하시는 것은 감가하시는 것이 내구성 유지를 위해서 좋을 것 같습니다.

이러한 점을 감안한다면 각자의 주행 조건에 따라서 예열 시간은 조절이 되어야 할 것 같습니다. 출발 직후 고속 주행을 해야 환경이라면 아무래도 예열 시간을 더 길게 잡으셔야 할 것 같고, 출발 직후 서행을 많이 해야 하는 조건이라면 예열을 더 짧게 잡으셔도 좋을 것 같습니다.

그리고 겨울철 예열에 필요한 연료량에 대해서 궁금해 하시는 분이 계실 것 같은데, 최대 5~6분으로 잡으면 약 180~200cc 정도 소요가 될 것입니다.

다음에는 영하 조건에서의 냉각수온 변동 추이, 냉간 시동시 P 모드에서와 N 모드에서의 미션 오일 온도의 변화 추이, 2차 예열 종료 시점 등에 대해서 쓰도록 하겠습니다.

혹시라도 제가 정리한 것에 오류가 있으면 언제라도 지적해 주시면 감사하겠습니다.