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점화계의 이상에 의하여 점화플러그에 불꽃이 발생하지 않는 것을 점화에 의한 실화(Ignition Misfire)라고 합니다. 실화를 야기하는 점화계의 이상에는
* 점화코일의 소손 (예: 트라제의 점화플러그 리콜)
* 하이텐션코드의 고전압 누설
* 배전기의 고전압 누설
* 전극 간극 과대 등을 예로 들 수 있습니다. 이런 부품들의 성능 저하로 점화플러그에서 전기적 불꽃 방전이 발생하지 않으면(즉, Ignition Misfire가 발생하게 되면), 실린더 내를 채우고 있는 공기-연료 혼합기가 연소되지 못하고 그대로 배기관으로 배출되게 됩니다. 따라서, 당연히 연료의 소모가 많아지고, 엔진의 출력이 저하됩니다. 또, 배기관으로 배출된 가연성 혼합기가 삼원촉매 매부나 배기관 내부에서는 연소하게 되면, 배기관의 온도가 높아져서 경우에 따라서는 화재가 발생할 가능성이 있습니다.
   한편, 점화플러그 자체의 이상 현상으로 정상적인 연소가 일어나지 않는 경우가 있는데, 이런 이상 현상들에 대해서 정리합니다.

점화 플러그를 통한 혼합기의 점화가 이루어지기 위해서는, 먼저 점화플러그의 중심전극과 접지전극 사이의 전극 간극을 채우고 있는 혼합기(대부분은 공기)의 전기적 절연성을 파괴하는 것이 필요합니다. 전극 간극을 채우고 있는 공기의 전기적 절연성을 파괴하고 불꽃 방전(Spark Discharge)을 일으키는 데에는 충분히 높은 고전압이 필요로 합니다. 불꽃 방전을 일으키는 데에 필요한 전압을 요구 전압(Required Ignition Voltage)라고 합니다. 요구 전압은 엔진의 회전수나 엔진에 걸리는 부하의 정도, 전극 간극, 혼합기의 혼합비율, 점화시기 등에 따라 동일한 엔진에서도 다른 값을 보입니다.
                     
   위 그림은 전극 간극의 변화에 따른 요구 전압의 차이를 보여주는 그림입니다. 전극 간극이 넓어질수록 불꽃 방전에 필요한 전압이 더 커지는 것을 알 수 있습니다. 그림에서 가용 전압(Available Voltage)은 차량에 장착되어 있는 점화시스템(점화코일, 와이어, 점화플러그 등)에 의해서 유도될 수 있는 전압을 말합니다. 그러므로, 점화가 어떤 조건에서도 확실하게 일어나기 위해서는 점화시스템이 공급할 수 있는 가용 전압이 항상 요구 전압 보다 더 커야 합니다. 이때 가용 전압과 요구 전압의 차이를 여유 전압이라고 합니다.
    대개의 경우, 일반 가솔린 엔진에서 요구 전압은 15KV ~ 25KV의 범위에 있습니다. 따라서, 가용 전압이 25KV ~ 30KV이 되도록 점화시스템을 구성하는 것이 일반적이며, 점화시스템이 요구 전압 이상의 고전압을 공급하지 못하거나, 전극 사이의 절연 파괴로 전위차 생성을 하지 못하면 불꽃 점화가 발생하지 않습니다. 이처럼 불꽃 점화가 일어나지 않는 것을 실화(Misfire)라고 하는데, 실화가 발생하면 성능 저하뿐만 아니라 연료소모도 많아집니다. 예를 들어, 점화플러그는 소모성 부품으로 계속 사용하면 전극 간극이 넓어지는데, 점화플러그의 전극 간극이 넓어지면 더 높은 전압이 요구되며, 이때 요구전압이 가용 전압 보다 높게 되면 점화가 일어나지 않으므로 엔진이 제 성능을 발휘할 수 없습니다.
    앞에서도 언급했듯이, 이 요구 전압은 엔진의 운전 조건에 의해서 달라집니다. 아래 표에 여러 가지 운전 조건에 따른 요구 전압의 변화 경향을 정리합니다.

점화 플러그는 기본적으로 연료와 공기의 혼합기가 연소할 수 있도록 점화시키는 기능을 수행하므로 항상 연소실 내부의 뜨거운 연소가스와 접촉하게 되어 있습니다. 따라서, 점화플러그가 받게 되는 열을 외부로 방출하는 적절한 수단을 가지지 못하면, 점화플러그의 온도가 비정상적으로 높아져서 연소실 내의 열점(Hot Spot)가 되고, 이 때문에 프리이그니션(Pre-Ignition)이나 노킹(Knocking)과 같은 비정상적인 연소현상을 동반할 수 있습니다. 그러므로, 점화플러그에는 자체의 온도가 일정 온도 범위 안에 유지될 수 있는 열적 특성도 요구됩니다. 여기서 말하는 일정 온도범위라는 것은 플러그의 온도가 프리이그니션이 일어나지 않게 충분히 낮아야(850℃이하)하며, 또한 카본의 퇴적으로 인해 점화플러그의 전기 절연성이 파괴되지 않도록, 생성된 카본을 자체적으로 연소시키기에 충분한 온도(450℃이상)를 가져야 한다는 것을 말합니다. 이런 이유로 점화플러그가 사용되는 온도는 450 ~ 850℃의 범위에 있습니다. 참고로 점화플러그에 퇴적되어 있는 카본을 연소시킬 수 있는 400 ~ 450℃의 온도를 자기청정온도(Self-Cleaning Temperature)라고 합니다. 이런 점화플러그의 열적 특성을 점화플러그의 열가(Heat Range)라고 합니다.
   점화플러그의 열가는 점화플러그의 방전전압과는 아무런 관계가 없습니다. 열가에 영향을 미치는 설계요소로는, 중앙의 세라믹 절연부 중 연소실 내부로 노출된 길이, 세라믹 절연부의 전열 특성, 절연체의 재질, 중심전극의 재질 등을 들 수 있습니다. 열가는 점화플러그의 제작사에서 각기 자체적으로 구분하는 숫자에 의해서 등급으로 분류되어 있습니다. 따라서, 동일한 사용온도를 가지는 점화플러그라고 할지라도 점화플러그 제작사에 따라 매겨져 있는 열가는 다를 수 있으므로, 점화플러그의 교환시에 주의해야 합니다. 열가의 1등급은 보통 70 ~ 100℃의 차이를 보입니다.
   연소실 내부로 노출되어 있는 부분의 길이가 길어서 열의 방출이 서서히 일어나는 형식의 플러그는 노출부분의 온도가 높은 상태에 있기 때문에 열형(Hot Type)플러그라고 하고, 반대로 노출부분의 길이가 짧아 열이 빨리 방출되는 형식을 냉형(Cold Type)플러그라고 합니다. 한편, 열형플러그는 열가로는 낮은 값을 가지므로 低熱價 플러그라고 하고, 냉형플러그는 高熱價 플러그라고 합니다. 따라서, 높은 엔진회전수로 운전되는 경우가 많거나, 고출력, 고성능이 요구되는 엔진에서는 점화플러그의 과열을 방지하기 위해서 Cold Type 플러그의사용이 바람직합니다.

   점화 플러그는 점화코일에서 유도된 고전압으로 연소실 내부에 혼합기의 점화에 필요한 전기적 불꽃을 생성시키는 역할을 합니다. 점화플러그에 연결된 와이어를 통하여 플러그에 전달된 고전압은 점화플러그의 중심전극과 접지전극 사이의 혼합기 중에 불꽃 방전(Spark Discharge)을 일으키고, 이 불꽃이 연소실에 충진되어 있는 혼합기를 점화합니다. 점화플러그의 단면 구조를 왼쪽 그림에 보입니다. 왼쪽의 그림에서 가운데에 있는 노란색 부분이 점화플러그의 중심전극이고, 중심전극의 맨 아래로부터 약간의 틈을 사이에 두고 "L"자 모양으로 점화플러그의 몸통에서 나와 있는 부분이 점화플러그의 접지전극입니다.
   점화플러그는 연소실 내부에 노출되어 있기 때문에 그 사용 환경이 매우 열악하므로, 여러 가지 특성들이 요구되고 있습니다. 30KV이상의 고전압이 인가되어도 전기적 절연성이 유지되어야 하고, 30bar정도의 고압에 주기적으로 노출되어도 기계적 손상을 받지 않아야 하며, 또 고온의 연소 생성물에 의한 부식에도 견딜 수 있어야 합니다.
   가솔린엔진에서는 점화플러그의 중심전극과 접지전극 사이에서 전기 불꽃이 튀겨져야  이 불꽃을 시작으로 연료의 연소가 진행됩니다. 따라서, 점화플러그는 엔진의 시동성, 유해가스의 배출, 연료의 소비, 그리고 엔진의 출력에 막대한 영향을 미칩니다. 가솔린 연료에 납이 포함되어 있을 때에는 납의 퇴적에 의한 점화플러그의 고장이 많았었지만, 요즘처럼 무연가솔린을 사용하는 경우에는 전기 방전에 의한 전극의 손실이 점화플러그를 마모시키는 주된 원인이 되고 있습니다. 전극의 마모는 금속으로 이루어진 두 전극 사이를 전자가 이동하기 때문이며, 플러그에서 불꽃이 방전될 때마다 전극으로부터 금속원자가 방출되므로 수백만 번의 점화가 있게 되면 전극의 모서리는 둥글게 닳게 됩니다.
   이처럼 전극이 마모되어 전극 사이의 간극이 넓어지면, 불꽃을 방전시키는 데에 더 큰 전압이 필요하게 되고, 이 과정이 반복되어 전극 간극이 어떤 한계보다 더 넓어지면, 방전에 필요한 고전압을 차량에 장착되어 있는 점화시스템으로는 더 이상 얻을 수 없으므로, 엔진에서는 실화(Ignition Misfire)가 발생됩니다. 실화가 발생되면 시동이 잘 안 걸리고, 연료소모가 많아지며, 공회전 상태가 불안하고, 또 출력이 부족해집니다. 그리고 가속할 때에 차량에 진동이 수반되는 현상이 발생할 수도 있습니다. LPG연료를 사용하는 자동차의 경우에는 점화플러그의 전극 간극이 넓어졌을 때 역화(Back-fire)현상이 발생하는 등 차량의 기능에 더 큰 영향을 미치게 됩니다.

점화코일의 2차코일에서 발생한 고전압을 각 실린더의 점화플러그로 나누어 공급하는 것을 배전(Distribution)이라고 합니다. 종래에는 각 실린더로 배전하는 것을 배전기(Distributor)가 담당했었으나, 근래에는 엔진제어장치가 각 실린더의 점화플러그와 연결되어 있는 점화코일을 직접 구동시키는 방법을 많이 사용하고 있습니다. 이렇게 ECU가 점화코일을 직접 구동하면 배전기가 필요없기 때문에 이런 방식을 무배전기(Distributor-Less) 타입, 즉 DLI(Distributor-Less Ignition)이라고 합니다.
  구형엔진에서 주로 사용하고 있는 배전기는 우측 그림과 같은 구조를 가지고 있습니다. 캠축(Cam Shaft)에 연결되어 있는 중앙의 로터(Rotor)가 회전하고, 이 로터의 회전에 따라 각 실린더의 점화플러그와 연결되어 있는 측방전극이 순차적으로 연결됩니다. 이 로터와 측방전극이 있는 캡(Cap)부위가 배전기에서 배전기능을 수행하는 부분입니다. 이때 로터와 측방전극 사이에는 좁은 간극이 있어 이 간극을 통한 방전으로 비접촉(Non-Contact) 배전이 일어납니다. 그림에서 픽업코일(Pick-up Coil)과 Pole Piece는 회전위치신호를 발생하는 데에 사용됩니다. 여기서 발생된 회전위치신호를 ECU가 해석하여 점화시기나 점화코일의 1차측 통전시간 제어를 하는 것입니다. 이 배전기방식에서는 고전압을 발생하는 점화코일을 하나만 사용하지만 DLI방식에서는 지난 회에서도 설명하였듯이 실린더 수에 맞춰 1개 이상을 사용합니다. DLI방식에서는 점화코일의 1차전류를 단속하기 위해서 트랜지스터를 사용하고 이 트랜지스터가 점화코일의 1차전류를 Off할 때 2차코일측에 고전압이 발생합니다. 단속용 트랜지스터의 구동은 ECU가 하므로, DLI방식에서는 점화시기에 관한 모든 제어를 ECU가 담당합니다. DLI방식을 사용하면,
(1) 배전기를 사용할 필요가 없습니다.
(2) 하이텐션코드가 필요없습니다.
(3) 점화시기제어의 정확도가 높아져서 성능이나 효율이 좋아집니다.
  한편, 각 실린더별로 배전하는 순서를 Firing Order라고 하는데, 각 엔진은 엔진의 형태나 실린더 수에 따라 아래와 같은 Firing Order를 가집니다.

 점화코일은 1차코일과 2차코일로 구성되어 있고, 방전에 필요한 전기적 에너지를 저장하였다가 배터리 전압으로부터 고전압을 유도하는 부품이다. 1차코일과 2차코일의 권선비에 의해 방전전압이 결정된다. 이때 유도되는 2차전압은 요구전압(점화플러그의 양 전극 사이에서 방전이 일어나는 데에 필요한 최소한의 전압)보다 더 커야 한다. 또, 높은 엔진 회전수에서의 짧은 시간 동안에 방전에 필요한 전기적 에너지를 충전할 수 있어야 한다. 현재 많이 채택되고 있는 DLI점화방식에서 사용되는 점화코일은 소형이고 경량인 폐자로형 코일이다.
   DLI점화방식에서는 동시점화코일(Double Ended Coil)과 실린더별 점화코일(Single Ended Coil)의 2종류가 사용되고 있다. 동시점화코일을 사용하는 방식을 D-DLI라고 하고, 실린더별 점화코일을 사용하는 방식을 S-DLI라고 하는데, S-DLI에서는 각 기통별로 점화코일이 연결되어 있으나, D-DLI에서는 1개의 점화코일이 2개의 기통과 연결되어 있다. 그러므로, 4기통 엔진에서는 S-DLI 경우에 4개의 점화코일이 사용되나, D-DLI에서는 2개의 점화코일이 사용된다.
   아래 표에 S-DLI와 D-DLI에서의 점화코일 작동을 기통별로 표시하였다.
 [ S-DLI ]

 [ D-DLI ]

    위 표에서 알 수 있듯이, D-DLI의 경우 전기적 방전이 두 기통에서 동시에 발생하지만, 배기과정 중에 있는 실린더에서는 미연소 혼합기의 연소를 시작시킨다는 방전의 목적이 실현될 수 없고, 실제의 점화는 압축행정의 실린더에서만 진행된다. DLI적용의 초기에는 점화코일의 가격이 비싼 점도 D-DLI방식을 선택하게 했었지만, 현재는 전기적 방전의 허실을 막고 기통별 제어가 가능하다는 장점 때문에 점차 S-DLI방식으로 전환되고 있다.

전기 점화기관의 연소실 내에서 공기와 연료의 혼합기가 연소될 수 있도록 전기적 불꽃(Electrical Spark)을 만들어 주는 장치가 점화계(Ignition System)이다. 점화계는 고전압을 유도하는 점화코일(Ignition Coil), 각 기통에 고전압을 배분하는 배전기(Distributor), 고전압에 의해 전기적 불꽃이 방전되는 점화플러그(Spark Plug), 그리고 점화플러그까지 고전압을 전달하는 하이텐션코드(High Tension Cord)로 구성되어 있다. 요즘에는 배전기를 사용하지 않고 엔진제어 ECU가 직접 각 기통에 고전압을 배전하는 형식은 무배전기방식(D.L.I. : Distributor-Less Ignition)을 많이 사용하고 있다.
   기존에 사용하던 배전기방식에서 현재의 DLI방식으로 발전하기까지에는 CI, TI, ESA, DLI와 같이 여러 가지 형식이 사용되었는데, 각 형식들의 특징은 크게 3가지로 분류되는 배전기의 기능을 어떻게 수행하느냐에 따라 구분되어진다. 우선 배전기의 기능은 다음과 같이 3가지로 나눌 수 있다.
 (1) 고전압 유도 기능( Triggering Ignition Pulse)
      : 점화코일의 1차코일에 흐르고 있는 1차 전류를 차단함으로써
        2차코일에 고전압이 유도되도록 하는 기능
 (2) 점화시기의 조절(Adjusting Ignition Timing)
      : 엔진의 회전수나 흡기관부압의 정도에 따라 점화시기를 진각(Advance)시키거나
        지연(Retard)시키는 기능
 (3) 고전압의 기통별 분배 (Distributing Ignition Pulse)
      : 전기 불꽃에 의한 혼합기의 연소가 개시되어야 하는 기통에 고전압을 배분하는 기능.

    각 형식별로 위 3가지 기능을 수행하는 방법을 정리하면 아래 표와 같다.

     TI방식은, 기계적으로 고전압 유도 기능을 수행하는 CI방식에서는 전기 에너지나 최고 전압이 제한되는 단점을 개선하기 위한 것으로, 이 고전압 유도 기능을 전자식으로 변경한 것이다. 배전기가 기계적으로 수행했던 기능들을 점차 전자식으로 변경하는 과정 중에 TI방식이나 ESA방식을 사용했는데, 따라서 ESA방식까지는 배전기가 사용되고 있다. 현재 국내에서 판매되고 있는 가솔린,LPG자동차는 ESA방식이거나 DLI방식을 사용하고 있으며, DLI방식으로의 변경이 기술적 추세가 되고 있다.

연료펌프
전기 연료펌프는 장착방법에 따라 In-tank방식과 In-Line방식으로 나뉜다. 연료관의 중간에 설치되는 In-Line방식과는 다르게 In-tank방식은 연료 탱크 내부에 연료펌프를 설치하는 것으로 대부분의 승용차에서 일반적으로 사용되고 있다.
* 연료필터
연료 속에 불순물이 포함되어 있으면, 인젝터, 압력조절기 등이 고장이 날 수 있다. 특히, 자동차 제작사에서 직접 제조하지 않는 연료 탱크 내부에는 공급과정 중에 불순물이 남아 있을 수 있으며, 노후되었거나 잘 관리되지 않은 Gas Station Reservoir에서 주유 중에 불순물이 유입될 수도 있다. 따라서 연료 속에 있는 불순물을 걸러내기 위하여 10미크론정도의 기공을 가진 여과지로 만들어진 필터를 사용한다.
* Fuel Rail
연료관 내부에 있는 연료를 각 기통에 설치되어 있는 인젝터에 고르게 분배하기 위해서 Fuel rail을 사용한다. Fuel Rail에 인젝터가 연결되고, Fuel Rail의 한 쪽 끝에 압력조절기가 설치되어 연료관의 압력을 일정하게 유지시킨다.
Fuel Rail은 임의의 인젝터가 연료를 분사하더라도 그 유량의 변동에 의하여 연료관 내에 압력변동을 일으킺 않는 크기이어야 한다.
* 압력 조절기
만일 연료관의 압력이 계속적으로 변한다면, ECU에서 산출한 연료량을 정확하게 분사하기는 매우 어려운 일이 될 것이다. 그러나, 연료관 내의 압력과 연료가 분사되는 흡기관 사이의 압력이 일정하게 유지된다면, 연료량 제어는 단순히 인젝터의 분사밸브가 열리는 시간만을 제어하는 것으로 가능해진다. 압력조절기는 Fuel Rail과 흡기관 사이의 압력 차이를 항상 일정하게 유지하는 것으로, 이때 압력 유지에 필요한 연료 이상의 여분의 연료는 Return Line을 통하여 다시 연료탱크로 되돌려 보내진다.
연료의 증발가스에 대한 규제가 강화되면서 연료의 증발을 저감시키기 위해 여러 가지 방법이 사용되고 있는데, FUel Vapor의 생성을 억제할 목적으로 연료계 압력을 높이는 것도  그 중 하나이다. 그래서 근래에 들어서는 Fuel Rail의 연료압력을 3.3bar이상으로 하고 있는 차량도 있다.
* 인젝터
차량의 매끄러운 주행과 적은 연료 소모는 정밀한 범위 내로 혼합기를 연소실로 공급하는 것에 달려 있다. 계측된 흡입공기량과 일정한 비율을 이루는 연료량이 분사되어야 하는 것은 물론이고 정확한 분사시기를 놓쳐서도 안된다. 이런 이유로 인젝터로는 전자기적 힘에 의해서 구동되는Electro-Magnetic Injector가 사용된다. ECU에서 멸령되는 시점에, 명령된 시간동안만 밸브가 열림으로써 정확한 연료분사를 꾀하는 것이다.
인젝터의 연료분출구인 Spray Hole은 연료가 실린더 헤드의 벽면과 충돌하지 않도록 Hole의 크기와 위치가 결정되며 따라서 엔진마다 다를 수가 있다.

센서에 의해서 정보를 전달받은 ECU는 상황을 판단하여 최적의 엔진 제어가 되도록 제어량(연료분사량, 점화시기, 배출가스 부품 제어량 등)을 결정하고, 이들 제어량으로 각각의 관련 액츄에이터를 구동한다.  액츄에이터로는 연료분사계, 점화계, 공회전 제어계, 배기가스 순환계, 증발가스 제어계 등이 대표적이며, 이들 액츄에이터가 구동됨으로써 차량의 운전성이나 배출가스 성능이 만족되는 것이다. 실질적으로 엔진을 구동하는 데에 직접적인 영향을 주는 연료분사계부터 살펴보기로 한다.
   연료분사계는 차량의 모든 주행조건에서 엔진에 필요한 연료를 안정적으로 공급할 수 있는 능력이 있어야 한다. 연료분사계는 연료탱크, 연료펌프, 연료필터, Fuel Rail, 인젝터, 압력조절기로 구성되어 있다.
         
                                                                            << Figure from ACDELCO >>
  연료펌프에 의해서 연료탱크로부터 연료필터를 거쳐서 Fuel Rail로 공급된 연료는, 인젝터를 통해 연소실 입구에 분사된다. 이때 연료관의 압력을 일정 압력으로 유지하는 데에 초과된 연료는 Return Line을 통하여 다시 연료탱크로 되돌려진다. 인젝터를 통해 분사되는 연료의 양은 연료관의 직경, 연료관과 흡기관의 압력차이, 분사시간 등에 의해서 결정된다. 그러므로 분사시간만으로 연료량을 제어하기 위해서는 일정한 연료관 압력의 유지가 필요하게 된다. 따라서 현재 운용되고 있는 대부분의 승용차에서는 Fuel Rail과 인젝터에서의 연료압력이 2.5 ~ 3 bar정도의 압력으로 일정하게 유지되는데, 이러한 압력 유지 기능은 압력조절기가 하고 있다.
   한편, 연료관 압력이 이렇게 대기압보다 높은 이유는, 엔진 주위를 순환하는 연료가 엔진의 열을 받아 연료의 온도가 높아지더라도 연료관 내부에 연료증기(Fuel Vapor)가 발생하지 않도록 하기 위함이다. 연료의 온도가 높아져서 연료관 내부에 연료증기가 발생하게 되면, 기체는 체적에 비해 중량이 작기 때문에 엔진에 공급되는 연료의 양이 급격하게 줄어들어 엔진의 회전이 불안정해지고 심하면 시동이 꺼지는 일도 발생하게 된다. 이렇게 연료관 내부에 연료증기가 발생하여 엔진이 불안해지는 문제를 Hot Fuel Handling이라고 한다. 고속으로 주행을 한 후에 잠시 정차했다가 다시 시동을 걸었을 때 공회전 상태가 불안하거나 가속이 잘되지 않는 경우가 Hot Fuel Handling에 해당하는 경우로, 엔진의 과열여부, 압력조절기 이상, 연료펌프 이상 여부를 확인해야 한다.

   엔진의 토오크(Torque)나 연비(Fuel Economy),배출가스(Emission) 등이 공연비에 따라 변화하는 양상을 보면, 토오크는 공연비가 농후(Rich)한 쪽이 유리하며, 연비나 CO,NOx와 같은 배출가스는 공연비가 희박(Lean)한 쪽이 더 유리하다. 따라서, 연료소모를 줄이거나 배출가스를 줄이려는 목적으로 일찍부터 희박연소(Lean Burn)에 대한 연구가 진행되어 왔다. 희박연소에 대한 초기 연구결과의 산물이 Lean Burn 엔진이며, 현재에는 이보다 더 발전된 GDi(Gasoline Direct Injection)방식이 주목을 받고 있다.
   Lean Burn과 GDi는 모두 열효율이 높고 열손실이 적은 희박연소방식으로 이론공연비 연소방식과는 차이가 있다. 이들 엔진에서는 공연비가 이론공연비 근처로만 한정되지 않고 희박영역까지 확대되어 있다. 따라서, 이론공연비 방식에서 사용하는 통상의 산소센서는 사용될 수 없다. 히터가 부착된 통상의 산소센서를 HEGO(Heated Exhaust Gas Oxygen)센서라고 하는 것에 반하여, 희박영역까지 공연비를 감지하는 센서를 전영역 공연비 센서를 UEGO(Universal Exhaust Gas Oxygen)센서라고 한다.
   UEGO센서에는 여러 가지 type이 있는데 현재에는 대개 Pump Cell형 센서를 사용하고 있다. 이 type의 센서는 Lean Burn의 개념이 나올 때부터 초기단계가 개발되었으나, 문제점을 보완하여 1991년에 일반 승용차용으로 채용되기 시작하였다. UEGO는 이론공연비보다 더 희박한 영역에서의 공연비를 감지할 수 있을 뿐 만 아니라, 이론공연비에서의 제어 응답성이 기존의 산소센서보다 더 양호하기 때문에, 제어편차의 감소,과도운전시의 추종성 우수 등의 장점도 가지고 있다.
  공연비의 변화에 따른 UEGO의 Pumping Current 변화는 아래 그림과 같다.
       
UEGO센서의 Pumping Current 변화에 의한 출력 전압은
 @ λ = 0.8 ~ 2.0 : 출력 = 0.5 ~ 4.5 V
 @ λ = 1.0 (이론공연비) : 출력 = 2.5 V
 @ λ = ∞ (공기) : 출력 = 6.75 V
참고로 UEGO센서의 Wire가닥수는 5개이다.

엔진 제어 시스템에 있어서 산소센서가 차지하는 비중은 결코 작지 않습니다. 공연비 제어에 기본이 되는 정보를 제공하는 기능을 수행하고 있어서, 산소센서가 고장이 나서 신호가 출력되지 않거나, 산소센서가 성능이 떨어져서 센서의 신호가 부정확한 값을 보이면, 연료소모가 많아지고 차량의 성능도 악화될 뿐만 아니라, 시동이 꺼지는 일도 발생할 수 있습니다.
   산소센서가 이런 기본 기능을 수행하고 있지만, 필요에 따라서는 그 외의 기능도 수행할 수 있습니다. 그 대표적인 경우가 실화(Misfire)의 검출입니다. 엔진의 실린더 중에 어느 하나에서라도 연소가 일어나지 않고 실화하게 되면, 배기가스 중에 연소되지 않은 연료와 산소가 남게 됩니다. 그 중 일부는 배기매니폴드 내부나 산소센서의 표면에서 연소하지만, 대부분의 산소는 배기가스 중에 그대로 남으므로, 산소센서의 신호는 희박한 상태를 나타내게 됩니다. 따라서 산소센서의 출력값이 0volt에 가까운 상태가 유지되는 구간이 존재하게 됩니다. 그러나, 모든 경우에 있어서 산소센서가 실화를 용이하게 검출할 수 있는 것은 아닙니다.  특히, 점화 Miss 에 의한 실화에서는 산소센서의 반응성이 매우 빠른 경우가 아니면 산소센서의 신호를 보고 실화여부를 판단하는 것은 매우 어렵습니다.
   그 외에도 아직 국내에는 규제로서 적용되고 있지 않지만, 자동차의 운행 중에 삼원촉매의 성능을 진단하는 것에 산소센서가 사용될 수 있습니다. 삼원촉매의 정화 성능이 좋을 경우에는 삼원촉매를 지나친 배기가스 중에 HC나 CO의 양이 극히 적어서, 만일 삼원촉매 후단에 별도의 산소센서를 설치한다면, 이 센서의 출력값은 아주 작을 것이라는 생각에서 출발합니다. 반대로 삼원촉매의 정화성능이 나빠졌다면, 삼원촉매를 지나온 배기가스 중에 여전히 어느 정도의 HC나 CO의 잔류량이 있어, 삼원촉매 후단의 산소센서 출력이 높은 값을 보일 것입니다. 따라서, 삼원촉매의 전,후에 산소센서를 각각 설치하여, 이들 센서들의 출력 신호값을 적당한 방법으로 비교함으로써 삼원촉매의 정화성능을 진단할 수 있습니다.

엔진 제어 시스템에 있어서 산소센서, 삼원 촉매, 그리고 전자 제어 연료 공급계는 하나의 세트(Set)로 서로 유기적인 관계를 맺고 있습니다. 전자 제어 연료 공급계는 산소센서로부터 들어 오는 신호를 기준으로 하여 연료량의 가감을 조정하고, 이때 연료량의 제어는 삼원촉매의 배출가스 정화성능을 최대로 하는 혼합비와 혼합비 변화를 보이도록 제어됩니다. 삼원촉매의 정화성능은 오른쪽 그림에서 볼 수 있듯이 이론혼합비(공기과잉률=1)부근에서가 가장 좋습니다. 삼원촉매가 없을 때에 비하여 촉매가 있을 때의 HC, CO, NOx의 배출이 상당히 적어진 것을 확인할 수 있습니다.
   그러나, 혼합비가 이론공연비 부근이면 항상 이와 같은 삼원촉매의 정화성능을 얻을 수 있는 것은 아닙니다. 삼원촉매는 산화반응(HC와 CO의 정화 반응)과 환원반응(NOx의 정화반응)이 교대로 일어나는 것이어서, 배기가스의 조성에 산화반응과 환원반응이 교대로 일어날 수 있는 환경이 마련되어야 합니다. 즉, 항상 이론공연비로 일정한 상태가 아니라, 약간의 변동(Lean 또는 Rich)이 있는 배기가스 상태가 삼원촉매의 높은 정화성능을 얻기 위한 조건이 됩니다. 혼합비의 변동이 전혀 없이 이론혼합비로만 일정하게 제어하는 경우에는 삼원촉매의 정화성능을 기대할 수 없습니다. 혼합비에 있어서의 변동의 폭과 주기는 삼원촉매의 반응특성에 따라 달라집니다. 그래서 산소센서의 신호에 의해 연료량을 전자제어하는 제어시스템을 개발할 때에는 반드시 삼원촉매를 포함하여 작업이 이루어집니다.
             
  또, 연료량을 전자제어하는 제어시스템을 개발할 때 중요한 것은 모든 운전 조건에서 항상 산소센서의 신호는 실제 배기가스의 혼합비 상태를 감지할 수 있어야 한다는 것입니다. 흡기계의 설계가 불충분하여 각 기통으로 흡입되는 흡입공기의 양이 큰 편차를 보인다든지, 또는 배기가스재순환(EGR)이나 크랭크케이스벤틸레이션(PCV)의 영향으로, 산소센서 신호가 교란을 받는다면 정확한 연료량 제어를 할 수 없습니다. 그래서 산소센서의 장착 위치는 매우 중요한 의미를 갖습니다.

산소센서의 종류는 센서의 측정부분인 소자의 재질에 의해서 구분됩니다. 소자의 재질로는 지르코니아(Zircinia)계열과 티타니아(Titania)계열을 사용합니다만, 현재 대부분의 승용차에 사용되고 있는 산소센서는 지르코니아 계열의 센서입니다. 지르코니아 소자의 산소센서는, 센서의 출력이 0∼500mV사이에 있으면 혼합기가 Lean하다는 것을 의미하며, 출력이 500mV∼1V사이에 있으면 혼합기가 Rich하다는 것을 의미합니다.
 산소센서의 원리를 살펴보면 다음과 같습니다.
산소이온을 잘 통과시키는 고체전해질의 표면에 산소의 농도차가 있으면, 산소는 전해질을 통과하여 산소농도가 높은 곳에서 산소농도가 낮은 곳으로 확산, 이동하게 됩니다. 이때 표면에 전자를 모으는 용도로 다공질 전극을 설치하면 기전력이 얻어집니다. 얻어지는 기전력은 다음과 같은 형태의 식으로 나타납니다.
                          E = (R*T/4*F)*ln[Ps/Pg]
           R : 기체상수
           T : 절대온도
           F : 패러데이 상수
           Ps : 대기측 산소분압
           Pg : 배기가스측 산소분압