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자동차에서 전기의 중요성
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작성일
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2004-06-04 13:10:57
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조회수
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3489
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1. 전기의 중요성
■ 전압은 변하지 않아야 하며, 자동차도 양질(良質)의 전기가 필요합니다. 자동차가 요구하는 양질의 전기란
“일정한 전압(電壓)”, “깨끗한 신호(信號)”, “깨끗한 전압”입니다. 양질의 전기는 부품조립특성 개선, 부품노화
방지 및 지연, 엔진과 연료의 폭발성 강화 등으로 자동차성능이 좋아지는 것입니다.
■ 한국전력에서의 양질(良質)의 전기(電氣)란 일정한 전압(電壓), 일정한 주파수(周波數:60Hz) 그리고
무(無)정전(停電)을 말합니다. 순간 정전이나 주파수 및 전압변동이 심하면 IC등 고부가가치의 전자제품들은
불량품이 되므로 경제적 손실은 상상을 초월합니다. 그래서 첨단장비나 고품질 전자제품들을 생산하는 삼성,
포철, LG등 대 메이커들은 자체적인 발전기를 보유하기도 하는데, 이처럼 과학이 발달 될 수 록 양질(良質)의
전기를 요구하는 수준은 고급화되고 있는 것입니다.
2. 자동차의 전기가 흔들리는 이유 가. 용양부족으로 인한 변동
○ 자동차에는 1차전기로 배터리(12V : 2V 6개)와 제네레이터(14V∼15V)가 있는데, 자동차시동을 걸 때는 배터리전기가 사용되지만 자동차가 운행중에는 제네레이터(발전기)가 전기를 공급하면서 배터리도 충전시키므로 "제네레이터전압"은 "배터리전압"보다 항상 높아야 합니다. 그런데 자동차전압이 흔들리는 것은 제네레이터용량(容量)이 부족하기 때문입니다.
예를 들어 배터리가 12V/80A, 제네레이터가 12V/60A라고 한다면 자동차의 전기용량(그릇을 치면 물이라고 보시고)은 12V/140A입니다. 여기서 만일에 자동차가 정확하게 12V에만 동작한다면 12V/140A 용량 때문에 웬만한
전기부하를 달아도 전압(수압)은 흔들리지 않습니다. 그러나 제네레이터전압의 14V∼15V(2V∼3V/60A)부분이
전체용량(12V/140A) 보다 부족하기 때문에 흔들리는 것입니다. (14V∼15V) - 12V = 2V∼3V(변동 범위를 말함)
원래 “전기부하(電氣負荷)는 높은 전압에만 동작하는 성질”을 가지고 있기 때문에 여기서는 15V가 자동차성능에 절대적인 영향을 미치는 것입니다. 이처럼 자동차가 움직이는 것은 배터리전압이 아닌 제네레이터전압이므로
제네레이터용량이 부족하면 부족할수록 전기부하로 인하여 전압변동이 심하게 생기는 것입니다.
그렇다고 제네레이터용량은 함부로 많이 늘리면 기술적으로는 해결되지만 제품생산에 따른 가격과 무게 등으로 또 다른 문제가 생기기 때문에 메이커들이 함부로 용량을 올리지 못하는 것입니다. 나. 온도에 의한 변동
○ 온도가 올라가도 자동차 내 있는 전기장치들의 저항변화(특성임피던스)로 인하여 전압이 변합니다. 도체(導體)는 통상적으로 온도가 올라가면 저항(抵抗)이 증가하는 데 저항이란 전기흐름을 방해한다는 뜻이지만 전자회로에 있어서 저항이 절대적으로 필요한 곳이 있는가 하면 필요 없는 곳도 있습니다. 예를 들어 자동차온도센서는 온도가 올라가면 저항이 떨이지고 반대로 온도가 내려가면 저항이 증가하는 원리를 이용한 것입니다. 다. 선로 굵기에 따른 변동
○ 저항이 없는 전선 생산이 가능하다면 발전기를 한번만 돌려두면 외부 에너지 공급 없이도 평생 혼자 돌아 갈 수 있습니다. 그래서 전 세계가 -375℃에서 저항이 제로(0)가 되는 것을 연구하였으나 상품화하기에는 많은 세월이 필요한 것 같습니다. 그러므로 접지전압이 생기는 것은 아무리 짧은 선이라도 저항 때문에 전압강하(降下)가 생기는 것이므로 자동차마다 전압, 전류, 저항이 달라짐에 따라 전압변동이 다른 것입니다.
- 공식 : V = I×R, I = V÷R, R = V÷I - 용어 : V = 전압, I = 전류, R = 저항 * 예 1) 12V전압을 기준으로 하여 1Ω(옴)의 접지선에 0.1A전류가 흘렀다 면 선로전압강하(Vr)는 0.1V가 되지만 만일에 1A가 흘렀다면 1V의 전압강하가 생겨 11.9V와 11V라는 큰 차이로 나타납니다. * 예 2) 그런데 동일선로에 15V가 공급되면 12V 때보다 더 많은 전류가 흐르므로 선로전압강하(Vr)는 더 심한 차이기 생깁니다(위 공식 참조).
○ 실제로 시중에 움직이는 자동차의 접지전압(接地電壓)을 조사한 결과 평상시 0.1V 미만인 차들이 에어컨과 라이트를 동시에 켜고 접지전압을 측정하면 최고 0.3V까지 전압강하가 생기는데 이러한 차들은 접지 보강(補强)을 꼭 해주어야 합니다. 그래서 접지선(接地線)보강이 필요한 차와 그렇치 않은 차가 있습니다. 결론적으로 접지전위(接地電位)는 제로 볼트(0V)가 가장 좋지만 선로저항을 없앨 수가 없으므로 현실적으로는 불가능한 것입니다. 라. 엔진회전수에 의한 변동
○ 제네레이터전기는 엔진이 돌아 갈 때만 생성(쿨롱의 법칙)되므로 엔진회전수가 고르지 못하면 제네레이터전기는 흔들리게 됩니다. 물론 전압안정회로가 내장되어 있기는 하지만 안정화시키는 데는 한계가 있기 때문입니다. 따라서 엔진회전수가 불안정하게 되면 제네레이터의 발생전기가 불안정하기 때문에 자동차의 성능이 떨어지는 큰 원인이 되기도 합니다. 기타 전압변동의 여러 가지 원인이 있으나 본장에서는 생략하겠습니다.
3. 기능(機能)과 성능(性能)의 관계
■ VAD를 이해하기 위해서는 기능과 성능의 관계를 잘 이해하셔야 할 것입니다. 기능(機能)을 전기스위치에 비유한다면 스윗치를 100번 ON-OFF시켜 100% 완벽한 동작을 하였다면 전기스윗치는 기능이 100%좋다고 계수적으로 말 할 수 있습니다. 그러나 성능(性能)으로 볼 때 전기스윗치가 얼마나 빠르게 그리고 잘 동작하였는가를 계수적으로 평가는 곤란합니다. 그래서 통상 몇% 더 좋아졌느냐 나빠졌느냐의 범위를 정하는 것이고, 때로는 주관적이거나 체감적인 평가를 하는 경우가 많은 것입니다. 이런 것을 통틀어 품질(品質)이라고 하지요.
■ 가령 자동차 ECU에 공급되는 2차전기인 5V의 허용오차를 5V±10%로 정했다면 허용범위는 4.5V∼5.5V가 되는데 이는 IC가 안정적으로 동작하기 위한 “기능상 조건”에 해당되는 것이고, “성능상 조건”으로는 5V정격이 되어야합니다. 4. ECU리셋트 필요성
■ 자동차의 ECU(컴퓨터)내에는 ROM IC와 RAM IC가 있고, ROM에 있는 데이터는 어떠한 경우에도 변화가 없으며 RAM에는 운전중에 생긴 불필요한 데이터(운전중에 생김)가 저장되어 있습니다. 일반적으로 차를 정비할 때 리셋트 시키는 것은 RAM에 저장되어 있는 데이터를 일시(一時)에 소거(消去)시키기 위한 보수수단으로 생각하시면 됩니다.
■ 그러므로 VAD를 설치하고 난후 리셋트하는 것은 상황에 따라 단순히 적응도(適應度)를 높이기 위한 수단이지 필수(절대적 조건)가 아니라는 것입니다. 5. 전기의 발전방향
■ 1950년대에 자동차는 전기가 7V에서 14V로 바뀐 후 현재는 14V를 주로 사용되고 있으나, 연비향상과 높은 안정성, 편의성이 강하게 요구되는 미래형 자동차는 42V로 개발할 계획인데 전기를 14V에서 42V로 업그레이드 할 경우 연료소모량을 10%이상 절감할 수 있다고 합니다. 그래서 2010년까지 북미, 유렵, 일본등지에서 생산되는 경차의 25%∼35% 정도가 42V전기를 사용할 것이며, 국내에서도 현대차와 현대모비스등을 중심으로 2006년까지 듀얼 볼티지시스템을 양산차에 적용한다는 목표로 컴소시엄을 구성, 개발에 적극 나서고 있고, 2015년쯤에는 완전한 42V용 차가 양산될 것이라 합니다.
■ 정부는 앞으로 우리나라가 살아갈 7대 프로잭터에 자동차를 포함시켜 지능형자동차, 하이브리드자동차, 수소전지동차등 3종류를 개발할 계획을 가지고 있는데 이를 한마디로 요약하면 핵심기술은 바로 전기(電氣)입니다. 6. 자동차성능이 좋아지는 VAD 기술 가.
VAD역할
○ VAD는 자동차가 생산하는 1·2차전기 및 각 센서의 전기신호, 그리고 전기 및 전기신호에 의해 동작하는 전기부하 등이 간섭전기(본장에서는 3차전기 또는 간섭전기라 부름)로 인하여 기능과 성능에 방해를 받는 것을 발견하고는 간섭전기(干涉電氣)를 제거 및 억제시켜 전기적 안정화(양질의 전기)를 도모하는 역할을 하는 것입니다. 그렇다고 전기필터라고 설명 드리기에는 너무 단순한 기술적 표현이 된다는 것을 참고하시기 바랍니다. 나. 설치위치(조건)
○ 자동차는 공통적으로 액셀러레이터에 의해 공기를 조절하는 “트로틀바디”가 있으며 여기에 TPS센서가 트로틀바디에 맞물려 공기량에 비례적으로 움직이면서 신호를 만들어 ECU(사람의 뇌에 해당)에 공급하고 있습니다. VAD는 연비의 90%이상을 결정짓는 트로트바디의 TPS에 병렬(竝列)로 부착시켜 여기를 통하여 자동차의 전기 전체를 콘트롤하고 있는 것입니다.
○ 따라서 VAD를 달면 운전습관등에 관계없이 아래와 같은 여러 가지 증상이 있는 자동차는 해당항목 등이 개선되므로 자동차성능이 획기적으로 향상되는 것입니다.
- 연비의 경우(10∼30%개선) * 기름은 너무 많이 먹는다. * 시 내.외 연비 차이가 너무 심하다. * 기름이 줄줄 새는 것 같다. * 연비가 나빠 차 몰기가 겁이 난다.
- 힘의 경우(10%이상 상승) * 킥다운 현상이 자주 일어난다. * 저속에서나 코너를 돌 때 노킹현상이 생긴다. * 에어컨을 켜면 브레이크가 밀린다. * 에어컨을 켜면 힘이 떨어진다. * 오르막을 잘 오르지 못한다. * 엔진이 자주 꺼진다.
- 소음의 경우(평균 10dB이상 감소) * 이상한 잡음이 생겨 신경이 날카로워진다. * 소음으로 CD음악이나 라디오 듣기가 거북하다 * 오디오음을 키우기 위해 배터리를 증설한다. * 라디오에서 잡음이 많다.
- 배기가스의 경우(60∼70% 개선) * 검사 때 비용을 들여 출력조정을 해야 한다. * 배기가스가 너무 심하다. - 승차감의 경우 * 속도가 날수록 차가 많이 떤다 * 공회전을 많이 시켜야 한다. * 순발력이 약하다. * 보통 떨림이 많다.
- 기타의 경우 * 엔진부조화 현상 (소위 찜바하는 경우) * 시동이 잘 걸리지 않는다. * 정비소에 맡겨도 해결이 안 된다.
7. 기타
■ 또한 VAD는 자동차의 엔진, 연료, 자동차 종류등과는 전혀 무관합니다. 만에 하나 VAD가 고장이 나도 자동차 동작에는 전혀 영향을 주지 않으며 “LG화재 PL보험 1억원 가입”되어 있는 등 안전장치를 확실히 해두고 있습니다. |
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