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VAD란?
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작성일
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2004-09-04 18:22:46
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조회수
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3226
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1. VAD의 개념
○ VAD란 특허를 획득하여 자동차질병을 전기.전자적으로 고쳐 자동차성능을 혁신시키는 신기술에 의한 “기능성 자동차부품”이다.
○ VAD( Voltage adjusting device)는 원명인 자동차용전자식엑셀레이터의 가변전압조정기( Avariable voltage adjusting device of an electro -nic accelerator for avehicle)의 약자이며, 상품명이다.
2. VAD의 기술개념
가. 자동차내 전기종류
○ 자동차에는 배터리와 제네레이터에 의해 만들어지는 1차 전기(12V or 24V)와 1차 전기에 의해 만들어지는 2차 전기(5V)가 있고, 그리고 1차전기로 동작하는 휀, 모터, 라이트 등의 전기장치와 2차전기로 동작하는 ECU(Electronic control unit),TPS(Throttle position sensor)외 각종 센서등의 전기적 부하(전기장치)가 있다. 이들이 동작하는 과정에 역기.유도.맥동.정전.접지전기 등에 의해 왜곡 또는 동작지연 등으로 오동작이 생기고 온도를 상승시키기도 하며 심하면 부품파괴를 일으키기도 한다. 이처럼 부품들의 전기적 동작을 방해하는 전기신호는 1.2차전기신호와 구분하기 위하여 “3차전기”라하며, 이를 사람에 비유하면 각종 음식과 공기 등으로 인하여 몸속에 생기는 기생충과 같다하여 기생전기라고 부르기도 한다.
나. VAD역할
○ VAD는 자동차내에서 발생되는 3차전기를 제거 또는 적절하게 조절하여 전기적 안정을 도모하므로써 1.2차전기와 각종 전기신호가 정상적으로 생성(양질의 전기신호)되게 하며 또한 전기장치들을 원활하게 동작하도록 해주는 역할을 하는 것이다.
○ 따라서 VAD가 TPS에 병렬로 연결되어 TPS신호에 어떤 영향을 주는 가를 간략하게 소개하고자 한다.
① TPS신호 생성 및 성능에 미치는 영향 * TPS는 오디오에 비유하면 볼륨과 같은 역할을 하는 것으로 액셀러레이터를 밟을 때 다음과 같이 TPS신호가 생성된다. ※ TPS저항 5000Ω으로 기준 저항/개도율 기준전압 높은전압 낮은전압 편차 폭 - 5.0㏀/100% 5.0V 5.3V 4.70V 0.60V - 4.0㏀/80% 4.0V 4.24V 3.76V 0.48V - 3.0㏀/60% 3.0V 3.18V 2.82V 0.36V - 2.0㏀/40% 2.0V 2.12V 1.88V 0.24V - 1.0㏀/20% 1.0V 1.06V 0.94V 0.12V - 0.0V/ 0% 0V 0V 0V 0V * 위 조건에서 예를 들면 개도율 40%일 때 저항이 2.0㏀으로 TPS신호전압은 2.0V가 되어야 한다. 그러나 공급전압이 5.3V나 4.7V로 변하게 되면 이때 출력신호는 각각 2.12V나 1.88V로 변화폭은 0.24V나 된다. 이는 12%라는 변화폭은 ECU가 인젝터를 제어하여 신호를 만드는데 12%의 오차를 만들 수 있다는 뜻이 된다.
② TPS신호가 흔들리는 이유 * 2차전기 변동 : TPS센서신호는 2차전기가 5.0V일 때의 기준으로 설계를 하였으나 위의 도표에서 보는 바와 같이 2차전기가 변동(5.3V, 4.7V)하여 TPS신호값이 다르게 나타난다. * TPS저항변화 : TPS는 액셀러레이터를 밟을 때 마다 기계적으로 움직이기 때문에 기계적 마모로 인해 저항치가 변하게 되므로 TPS신호도 변한다. 다음은 저항이 변할 때 적용되는 공식이다. - V = I × R, I = V ÷ R, R = V ÷ I - 전압(V), 전류(I), 저항(R)
* 1차전기 불안정 : 2차전기가 일정하지 못한 것은 1차전기(12V)에 의해 2차전기가 생성되는데 1차전기를 만드는 제네레이터의 전기발생이 불안정하거나 피스톤의 움직임이 불안정하면 1차전기가 흔들린다.(배터리 불량과는 무관함)
* 전기적 간섭 : 전기란 도체가 연결되어 있으면 어디든지 흘러 다니므로 새로운 전기 및 전기신호가 생성되는 과정에 발생되는 3차전기에 의해 1.2차전기가 전기적 간섭으로 흔들린다.
* 기울기 : 기울기란 TPS와 공기개도율 간의 비율을 나타내는 특성곡선을 말하는데 여기에는 기계적 기울기와 전기적 기울기가 있다.
- 기계적 기울기 : 액셀러레이터를 밟을 때 TPS저항치 변화와 트로틀바디의 공기 조절용 덮개의 열림 정도를 비례적으로 나타나는 수치
- 전기적 기울기 : 기계적 기울기에 의해 만들어진 전기신호와 공기량이 비례적으로 나타나는 수치
- 기울기 오차 : 위의 기계적 기울기와 전기적 기울기 차이( 실제적으로는 같아야만 함) * 온도변화 : 자동차전기는 엔진온도가 변함에 따라 전기가 변한다.
3. 전기적 변화로 생기는 문제
○ 자동차의 성능을 평가할 때 중요한 잣대가 되는 것은 소음,힘,연비,배출가스이다.
가. 소음
○ 소음에는 들리는 소음(저주파)과 들리지 않는 소음(고주파)이 있으며, 특히 전기.전자분야에서는 들리지 않는 소음이 전기적동작에 방해를 더 많이 준다. 그러나 어느 장치든 간에 소음이 많다는 것은 그만큼 성능이 떨어진다는 뜻이며 특히 자동차가 소음이 많이 난다는 것은 그만큼 마찰손실로 인하여 힘은 물론 연비와 배출가스가 나쁘다는 증거가 된다.
○ 그리고 자동차의 소음에는 마찰소음과 동작소음으로 구분할 수 있다. 예를 들어 바퀴가 굴러가면서 발생되는 소음은 마찰소음에 해당하며, 그리고 엔진이 동작하면서 생기는 소음은 동작소음으로 분류 할 수 있다. 여기서 바퀴의 마찰소음이 크다는 것은 마찰이 잘되고 있다고 보아야 하며, 엔진소음이 크다는 것은(크면 클수록) 그만큼 엔진성능이 떨어진 상태로 보아야 한다.
○ 그러면 소음이 생기는 원인이 무엇일까 ? 자동차가 움직이는 데는 크게 두 가지의 특성 즉 정특성과 동특성이 있다.정특성은 부품특성과 조립특성을 말하며 동특성은 이들이 운동할 때 생기는 운동특성을 의미한다. 이들의 특성은 시간이 지나면서 낡고 노후화로 질이(정특성) 떨어지게 되며 그러므로 운동특성(성능)이 나빠지게 된다.
○ 자동차의 RPM은 피스톤 회전수를 의미하며, 피스톤 회전은 인젝터 동작에 의한 연료 폭발 수에 비례한다고 보아야 한다. 여기서 인젝터는 연료를 피스톤으로 직접 공급해주는 수도꼭지와 같은 역할을 하는 연료의 관문으로써 ECU의 출력신호에 의해 제어된다. 그런데 ECU는 수십 종류의 각종 센서에서 보내온 입력신호를 조합하여 인젝터를 제어할 출력신호를 만들기 때문에 입력신호가 안정되지 못하거나 설계수치와 다르게 입력되면 엔진에 공급되는 연료와 공기량 비율이 달라지므로 4기통엔진의 경우 피스톤은 서로 다른 속도와 폭발의 힘이 생길 것이며 이로 인하여 엔진은 바란스를 잃게 되어 떨리게 되어(진동) 소음이 증가하는 것이다. 결론적으로 피스톤이 아무리 정교하여도 제어기능이 정교하지 못하면 엔진은 제 성능을 발휘하지 못하는 이유가 여기에 있는 것이다.
나. 힘과 연비
○ 자동차는 피스톤의 운동에 의해 움직이므로 피스톤이 얼마만한 동력을 바퀴로 전달하느냐에 따라 자동차 힘이 달라지는 것이다. 소음부분에서 언급했듯이 차가 점점 소음이 증가한다는 것은 피스톤이 그만큼 정교하게 움직이지 못하여 마찰손실이 증가하므로 동력이 줄어든다는 것을 의미한다. 이럴 때는 엔진 힘은 연료와 비례적으로 증가하지는 않는 것이다.
○ 따라서 소음을 줄이면 마찰손실이 줄어들고 줄어든 마찰손실은 동력으로 변환되어 바퀴로 전달되므로 적은 연료가지고도 큰 힘을 만들 수 있기때문에 자동차연비도 좋아지는 것이다.
다. 배출가스
○ 배출가스는 연비에 직접적으로 많이 좌우되는 것이다. 이를 역설적으로 말하면 자동차성능이 얼마나 좋으냐에 따라 배출가스 내용도 달라진다는 것이다. 예를 들어 가정에 사용하는 석유난로가 연소율에 따라 석유냄새와 거으럼으름의 차이가 나는 것과 같은 이치이다. 그러므로 배출 가스질을 좋게 하기 위해서는 먼저 자동차의 성능을 좋게 하여 연소가 잘되도록 해주어야 한다.
4. VAD의 효과와 치유하는 질병 종류
가. 효과도
○ VAD는 자동차의 여러 가지 질병을 치유할 수 있으며 다음의 몇가지 사례를 들어 효과도를 설명하고자 한다. - 소음 : VAD에 의해 자동차의 소음이 얼마나 줄어드는 가는 자동차마다 특성(정특성과 동특성)이 다르기 때문에 표준은 없으나 뉴-그렌저의 경우(96년/2500CC/가솔린) 정지된 상태에서의 차내 자동차 소음이 다음과 같이 나타났다.
* VAD설치전 정지시 : 48dBm, 100km속도시 : 73dBm
* VAD설치후 정지시 : 36dBm, 100km속도시 : 62dBm ※ 단 정지시 주위 소음 조건 : 30dBm - 출력 : 자동차의 출력을 측정하는 BOSCH라는 측정기로 VAD를 장착(세라톤/97년산)하고 출력을 측정결과 7마력이상의 출력이 상승하였다.
- 배출가스 : 소비자를 통하여 국내 여러 검사소에 배출가스 측정자료를 수집한 결과 통상 50~70%의 배출가스 질이 개선되었다.
- 연비 : 가장 민감한 부분이지만 자동차에 따라 연비가 10%~30%씩 개선이 되었다 특히 연비는 배출가스와 직결되므로 배출가스가 개선되면 연비는 자동적으로 개선되는 것이다. 그 외 여러 가지 효과가 있으나 비계량적이므로 생략하고자 한다.
나. 치유하는 질병 종류
○ VAD는 자동차의 내과병동으로 다음과 같은 유사한 증상의 문제점들을 전기적으로 치유해준다.
- 기름은 많이 먹어나 힘은 떨어지는 경우
- 소음이 자꾸만 증가하는 경우
- 연비가 나빠 차 몰기가 겁나는 경우 - 배기가스 때문에 걱정인 경우
- 이상한 잡음이 생겨 신경이 날카로워지는 경우
- 100km에서 차가 울컥울컥하는 경우
- 코너를 돌때 힘이 딸려 노킹현상이 생기는 경우
- 소음으로 CD음악이나 라디오 듣기가 거북한 경우
- 오디오음을 키우기 위해 배터리를 증설하는 경우
- 공회전을 시켜야 하는 경우
- 저속에서 노킹이 생기고 엔진이 자주 꺼지는 경우
- 승차감이 나빠 차 몰기가 싫은 경우
- 순발력이 약한 경우
- 에어켠을 켜면 브레이크가 밀리는 경우
- 엔진부조화 현상 (소위 찜바하는 경우)
- 배기가스가 나쁜 경우 - 시동이 잘 걸리지 않는 경우
- 기타 이상 정비하여도 해결이 안 되는 경우
5. 결론
○ 결론적으로 자동차가 성능이 좋으려면 엔진이나 연료 등이 좋아야하는 것은 재론의 여지가 없다. 그리고 자동차는 시간이 지나면서 부품들의 특성 즉 정특성과 동특성이 변화하면서 전체적인 성능이 떨어진다. 그러나 이러한 원인은 전기적 분야가 불안정하기 때문에 일어나는 현상으로엔진개발이나 연료의 질 개량 이상으로 전기적 안정이 중요한 것이다. 그래서 앞으로 개발되는 전기자동차, 하이브리드자동차, 수소전지자동차 등 모두가 전기기술을 중점으로 개발되고 있는 것이다.
○ VAD는 이보다 한발 앞서가는 기술 즉 자동차의 전기.전자게놈프로잭터와 같은 기술개념에 의해 탄생된 신기술로서 자동차질병을 없애주어 자동차성능에 혁명을 일으킬 수 있는 기능성 제품이라고 하는 것이다. |
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