■ 급발진 방지 대책 ■

제목 : 전기적 회로 보완으로 급발진 방지

■ 개 요 ■

급발진은 ECU 기능이 순간적으로 마비되면 각종센서에 의한 입력신호가 없어도 ECU전원인 5V가 입력신호로 인식되어 최대의 출력신호가 송출 될 수 있습니다.

이로 인하여 연료제어장치(예: 인젝터)는 순간적으로 최대의 연료를 피스톤으로 공급함으로써 과폭발이 일어나게 됩니다. 

이러한 돌발적인 이상 동작을 방지하기 위해서는 전기회로와 제어회로 간에는 “새로운 전기적인 폐회로(간접적인 폐회로)”를 구성하고 또한 “라디에이터를 접지”하여 전기적인 왜란에 의한 ECU기능 마비를 막아주어야 합니다. 

■ 현황과 문제점 ■

1. 현 황

현재 매스컴에 의한 자료를 토대로 급발진 차종을 정리하면

- 자동차에 전기장치가 장착되기 시작한 1980년부터 발생했으며

- 수동변속기 차량에서는 나타나지 않는 점

- 디젤 차량에 전자제어장치가 부착된 10년 전부터 집중 발생하기 시작했다는 점 등입니다.

즉 이를 정리하면 기능이 단순한 차들은 이런 사고가 발생하지 않고, 기능이 복잡하고 첨단 전기ㆍ전자장치가 부착돼 자동차들에서 일어난다고 볼 수 있으며 최근의 차들은 전자제어장치가 30%정도 차지할 정도라고들 합니다.

 부연 적으로 설명하면 자동변속기 장착 차량은 왜란에 의해 전기신호가 간섭을 받으면 순간적으로 자체 전자제어시스템에 이상이 일어나 연료가 과잉 공급돼 급발진이 일어날 수 있다는 설명입니다.

 2. 문제점

자동변속기 차량의 경우 전자제어시스템(ECU)은 각종센서들로부터 입력신호가 없어도 전원부를 통하여 이상신호가 유입되면 ECU는 순간적으로 동작 불능상태가 되며 이때 최대의 출력신호(5V에 달함)가 발생하여 순간적인 연료 과잉 공급으로 급발진이 일어날 수 있습니다.

그 원인으로는 다음과 같은 두기지 요인 때문입니다.

가. ECU전원 비접지로 기능마비

자동차는 두 개의 전기회로망으로 구분 되어 있습니다.

1) 1차 전기회로(12V) : 배터리충전부터 모든 전기부하를 구동시키는 전기를 공급하는 회로를 말합니다.

2) 2차 전기회로(5V) : 1차전기를 수전 받아 ECU 자체(CPU)및 각종센서에 전기를 공급하는 회로를 말합니다.

자동차가 동작하기 위해서는 센서들로부터 만들어진 아날로그 성분 신호들이 선로를 타고 ECU로 공급되면 ECU는 이들 신호를 조합하여 자동차를 제어하는 출력신호(디지털성분)를 만들어냅니다.

 
여기까지는 기본적인 동작원리에 해당하지만 전기회로 구성에 대한 문제점을 설명하기 위해

다음회로를 인용하겠습니다.

<전기. 전자 흐름의 물리적인 등가회로>

위 회로에서처럼 전기회로는 1,2차가 분리되어 있습니다.

그런데 인젝터가 동작하기 위해서는 POWER TR의 BASE에 신호가 들어와야 하고, 이 신호는 ECU가 만든 출력신호(디지털신호)에 의해서만 동작을 합니다.

그런데 POWER TR이 오동작(불량 제외) 할 수 있는 예를 들면

* ECU가 정상적인 신호를 만들지 못 할 경우(ECU불량, 각종센서불량).

* ECU 스스로 데이터를 만들어 내어 POWER TR을 기동시키는 경우

* BASE에 신호가 들오지 않을 경우( ECU불량 또는 배선단선)

* 오신호 유입(접지전위 헌팅, BASE로 외부신호 유입 등)

여기서 중요한 포인트는

* ECU스스로 신호를 만드는 경우

* 외부에서 오 신호 유입

에 대한 문제를 집중적으로 분석해야 한다고 봅니다.

휘발유나 LPG 자동차의 경우 연료를 겸용으로 사용할 수 있으므로 전기적인 구성과 동작은 같습니다.

따라서 연료가 피스톤으로 주입되려면 인젝터가 동작을 해야 하고 인젝터가 동작을 하려면 POWER TR의 BASE에 어떤 유형이던지 신호가 공급이 되어야 합니다.

그러므로 “어떤 유형이던지 신호가 공급이 되어야 한다” 는데 초점을 맞추어야 합니다. 
 

그렇다면 “급발진이 차체에서 생긴다는 전제 하에“ BASE에 어떤 현상이 일어나는가를 분석해야 합니다.

자동차는 시동을 꺼도 ECU의 핵심부분에는 전기가 공급되어 있으므로 운행 중에 발생한 각종 데이터들은 소멸되지 않고 저장되어 있습니다.

단지 운전자가 시동을 끄면 12V에 의해 동작하던 전기부하들에게만 전원이 차단되므로 폭발을 못하는 것입니다.

이때에 우연히 ECU 오동작 또는 다른 조건으로 BASE에 신호를 공급하는 조건이 되어 있다고 가정하면 운전자가 시동키를 ON하는 순간 과 폭발이 일어 날 수가 있다는 것입니다.

또 다른 원인으로는 5V전기회로가 비접지방식으로 설계되어 있고 POWER TR의 입력회로저항이 무한대 방식이므로 외부의 영향을 받기 쉽다는 것입니다.

즉 POWER TR 같은 대용량의 경우는 BASE에 0.32V~0.35V의 낮은 신호전압으로도 동작이 가능하도록 설계되어 있으므로 비단 ECU가 BASE에 신호를 공급하지 않아도 “높은 전위차와 노이즈 등”이 합산되면 TR이 동작 할 수가 있다는 것입니다.

나. 라지에이터 비접지로 전하(電荷) 발생

라디에이터가 비접지 방식으로 제작되므로 펜모터에 의해 전하가 발생하는데 전압 크기는 차종과 년식에 따라 다르지만 통상 100mV~900mV까지 나타나고 있습니다.

이로 인하여

1) 제어동작 방해

라디에이터에 전기가 축척되면 냉각수가 도체 역할을 하여 엔진 외 여러 장치들에게 전기적인 영향을 줄 수 있고, 또한 제어에 사용되는 신호(아날로그, 디지털)들이 생성되고 전송되는 과정에 왜곡, 지연 또는 신호량 가감 등의 현상을 초래할 수 있으므로 차의 여러 가지 이상 증상을 유발할 수가 있습니다.

2) 연비저하 및 CO2증가

라디에이터는 냉각수로 가득 채워져 있으며 보통 냉각수 온도가 75~85℃ 정도일 때 순환이 되도록 설계되어 있습니다.

그런데 전식에 의해 배관부식을 부추겨 냉각수 질이 빨리 나빠 질 수 있으며 이로 인하여 냉각효율이 떨어져 엔진온도 상승으로 연비가 나빠지고 이어서 CO2가 증가하게 됩니다.

3) 기타

환경오염 증가 내구성 단축 등 여러 가지 부작용이 수반 될 수 있습니다.

■ 개선 방안 ■

1. 전기적인 폐회로 구성

급발진은 “신호체계 불안정에서 기인”되므로 전기회로와 제어회로 간에 “전기적인 폐회로망을 새롭게 구성시켜

- 접지전위 안정화 : 전기회로와 제어회로 간에 전기적인 폐회로를 형성시켜 5V접지와 12V접지 간에 접지전위가 흔들리지 않도록 해주어야 합니다.

- ECU신호 안정화 : 5V와 선로를 타고 유입되는 불필요한 전기신호(노이즈)를 소거 또는 억제시켜 양질의 전기신호가 생성 및 전송 될 수 있도록 해주어야 합니다.

2. 라디에이터를 접지

라디에이터를 접지시켜 펜 모터로 인하여 발생하는 “라디에이터 전하”를 없애 주어야 합니다.

본 이론은 배기가스를 연소내처리방식(Internal Process System)으로 개선하므로 현재의 연소후처리방식(External Process System)의 결점을 보완하기도 합니다.

다음은 VAD라는 제품으로 전기. 전자 흐름을 전기적으로 도식한 회로입니다.

<전기. 전자 흐름의 전기적인 등가회로>

■ 기대 효과 ■

현재의 자동차는 미소한 신호체계가 기계. 전기. 제어 등의 하드웨어를 통제하고 있으므로, 비록 차가 제작시에는 기계 전기 제어기술로 대별 되지만 동작시에는 하드웨어분야와 소프트웨어로 분류가 되며, 또한 소프트웨어분야도 정상적인 소프트웨어와 비정상적인 소프트웨어로 분석을 해야만 합니다.

그러므로 자동차가 전자화 할수록 소프트웨어분야에 대하여 세부적인 연구와 이해가 깊어 져야만 급발진을 막을 수 있으며, 나아가 연비개선 및 자동차성능 향상에도 도움이 되고 더욱 품질 좋은 차를 만들 수가 있다고 봅니다.