■ 급발진 방지 대책 ■
자동차 급발진은 전자제어기능의 결함에서 비롯되며 외부적인 요인이 아니고 ECU의 내부적인 문제 입니다.

■ 현황과 문제점 ■
1. 현 황
현재 매스컴에 의한 자료를 토대로 급발진 차종을 정리하면
- 자동차에 전기장치가 장착되기 시작한 1980년부터 발생했으며
- 수동변속기 차량에서는 나타나지 않는 점
- 주로 LPG나 휘발유 등의 차량에서 많이 발생한다는 것입니다.
이를 정리하면 첨단 전기ㆍ전자장치에 의한 기능이 복잡한 자동차들에서 잘 일어난다고 볼 수 있습니다.

2. 문제점
원인은 ECU 5V전원회로가 비접지방식으로 설계되어 있으므로 왜란에 의해 전기신호가 간섭을 받으면 순간적으로 ECU기능이 마비되어 입력신호가 없어도 ECU전원인 5V가 입력신호로 인식되어 ECU스스로가 최대의 출력신호를 송출하기 때문입니다.

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

이때는 전원을 끄더라도 차마다 ECU 복구시간이 다르고 또한 복구하는데 시간이 걸리므로 그발진이 발생한 후에는 어떠한 방식으로도 근방 제지가 불가능해 집니다.
* 조사 결과 ECU복구시간이 짧은 차는 5초내 이지만 통상 20~30초이켜 심한차는 60초를 넘는 차도 있음.
원인을분석하면 다음과 같은 두가지 요인 때문입니다.
가. ECU전원회로가 비접지로 설계되어 있다.
자동차는 두 개의 전기회로망으로 구성되어 있습니다.
1) 1차 전기회로(12V) : 배터리충전부터 모든 전기부하를 구동시키는 전기를 공급하는 회로
2) 2차 전기회로(5V) : 1차전기를 수전 받아 ECU 자체(CPU)및 각종센서에 전기를 공급하는 회로
이들 회로들은 비록 물리적으로는 분리되어야 하지만 전기적으로는 동일회로 처럼 동작되어야 합니다.

다음은 5V전기회로와 12V전기회로를 도식하였습니다.

<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.

이를 토대로 POWER TR(스윗칭 역할)이 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 외부 신호 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. 라디에이터가 비접지로 설계되어 있다.
라디에이터가 비접지 방식으로 제작되므로 펜 모터에 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. ECU의 5V 마이너스를 전기적(물리적이 아님)으로 접지시켜야 합니다.
2. 라디에이터를 접지시켜야 합니다.

■ 기대 효과 ■
1. 접지전위 안정화 : 전기회로와 제어회로 간에 전기적인 폐회로를 형성시켜 5V접지와 12V접지 간에 접지전위가 흔들리지 않게 됩니다.
즉 ECU의 5V전원 마이너스를 전기적으로 접지시켜 5V와 12V간에 전기적인 폐회로망을 구성시켜 5V 마이너스와 12V마이너스 간에 접지 전위가 일정하도록 유지시켜 주어야 합니다.

2 ECU신호 안정화 : 5V와 선로를 타고 유입되는 전기신호(노이즈)를 소거 또는 억제되므로 양질의 전기신호가 생성 및 전송 될 수 있습니다.

3. 냉각수를 통한 전기흐름 방지 : 라디에이터를 접지시켜 라디에이터 전하를 없애 줌으로써 냉각수를 통한 전기흐름을 막을 수 있고 또한 냉각수를 통한 왜란신호에 의한 ECU 기능 마비를 방지할 수 있습니다.

또 한 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>

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.
< 제공 = e-VAD/ www.motorpower.co.kr >