일반적인 자동차의 연료/공기 혼합기(캬브레터 또는 드로틀바디. 이하 캬브레터)는 보통 한 개이다.
여기서 혼합된 연료/공기 혼합기체는 매니폴더로 분기되어 각 기통으로 공급된다.
기통 별로 연료/공기 혼합기체가 다른 비율이나 다른 양이 들어갈 일이 없다.
그러나 특수한 자동차나 특히 모터사이클은 기통 별로 캬브레터를 가지고 있다.
이 캬브레터에서는 연료/공기 혼합비를 결정하고 드로틀 개폐 각도 조절로 기통 별로 들어가는 혼합기체의 양도 결정이 된다.
따라서 각 기통별로 혼합기체의 비율과 투입 양이 동일하여야 하며 이 값을 조절하기 위하여 일반적으로 각 기통 별 혼합기 투입부의 진공압을 측정해서 그 값이 동일하도록 공연비 조절과 드로틀 개폐 각도를 조절한다.
일단 공연비는 잘 맞았다는 전제 하에, 혼합기체의 공급 양이 많이 들어가면 폭발력이 커지면서 해당 기통의 진공압이 증가할 것이므로 드로틀을 닫아서 다른 기통의 진공압과 맞추고, 다른 기통보다 진공압이 약한 경우는 해당 기통의 드로틀을 열어서 해당 기통의 폭발력을 높여준다.
이와 같이 기통 별 드로틀 개폐 각도를 조절해주는 작업을 캬브레터 동조 작업(Carburetor Synchronization)이라고 한다.
이 작업에 필요한 것은 진공 게이지이다.
4기통의 경우 4개가 필요하다.
보통 이것을 4개로 묶어서 하나의 케이스에 장착하여 판매한다.
여기에 진공 호스를 연결하고 다른 끝은 실린더의 진공 포트에 연결하여 엔진을 시동한 후에 각 기통 별 진공 값을 보면서 각 기통 캬브레터의 드로틀 개폐 각도를 조절하여 모든 기통에서 동일한 값이 나오도록 드로틀 개폐 각도를 조절한다.
다이얼 게이지 형식과, 막대기 형식의 디스플레이를 가진 것이 있다.
이런 제품을 구매하여 사용해도 좋지만, 나는 디지탈 방식의 동조기를 만들어 보려한다.
상술했듯이 동조 작업은 기본적으로는 진공압을 읽는 장치이다.
이 진공압을 읽어서 기통 별로 조합한 다음, 각 기통 별 진공압 편차가 읽기 쉽도록 나와주면 편리할 것이다.
또, 이 동조기를 사용하다보면 실린더의 압력 변화에 게이지가 너무 민감하게 반응하여 값을 읽기 어렵다는 문제가 있다.
나는 이러한 점을 마이컴과 압력 센서를 이용하여 프로그램을 통하여 해결할 것이다.
우선 사용하고자 하는 센서는 Bosch사의 BME280 센서이다.
BME280 센서의 사양은 아래와 같다.
대기압은 일반 온도에서, 해수면에서 1013.25 hPa, 고도 1,000m에서 898.76 hPa이므로 114.49hPa/1000m = 0.11449hPa/m = 11.449Pa/m 이다.
즉 0.18Pa 분해능은 대기압 하에서 0.01572m 즉, 1.57cm 단위로 센서가 위치한 곳의 높이 변화를 읽어낼 수 있다는 의미이다.
게다가 온도 센서와 습도 센서도 같은 센서에 통합되어 있다.
최근에는 이러한 MEMS 센서 기술이 워낙에 발달해서 이러한 정밀 센서가 매우 작은 패키지에 내장되어 있으며 이 센서 크기는 가로 세로 높이가 2.5x2.5x1mm 이다.
또한, 이 센서는 마이크로컨트롤러와 I2C 통신을 하기때문에 측정된 값을 아날로그 값이 아닌 디지털 값으로 전송하므로 전송 중 오차가 생길 일도 없다.
이 센서를 마이크로컨트롤러에 I2C로 연결할 수 있도록 만들어 판매하는 PCB가 있어서 그것을 구매했다.
이것은 뒷면.
이 센서 4개를 진공이 새지 않도록 케이스에 구성하여야 한다.
또한 기판과 케이스를 밀봉하고 센서가 있는 공간에 파이프를 구성하여 진공 호스와 연결할 수 있도록 해주어야 한다.
이 케이스는 3D로 모델링을 하여 3D 프린팅하여 제작하기로 한다.
이 센서는 I2C 어드레스가 두 개만 설정 가능하므로 4개를 하나의 마이컴에 연결할 수 없다.
따라서 I2C Multiplexer 도 하나 마련한다.
TCA9548A라는 모델이다.
이것 하나에 I2C 센서를 8개 연결할 수 있고 TCA9548이 I2C 어드레스 8개를 가지고 있으므로 이 칩 8개를 사용해서 총 64개의 동일한 I2C 센서를 하나의 마이크로 컨트롤러에 연결할 수 있다.
이렇게 측정된 값은 3.5인치 TFT LCD에 표시할 것이다.
이 제품은 아두이노 MEGA2560 보드에 확장 쉴드 형식으로 장착되어서 간다하고 편리하다.
센서가 들어가는 케이스에 센서 4개 및 I2C 멀티플렉서와 이 LCD가 같이 장착되어, 사용하기 편리한 컴팩트한 장치로 만들 것이다.
- to be continued.
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