1. 연비의 조건

■ 자동차는 전기, 기계, 공기(날씨), 연료, 운전자, 도로 이 여섯가지 요소가 잘 가미 될 때만이 최적의 연비가 나옵니다.

그러므로 이 여섯가지 요소를 최적조건으로 만드는 것은 불가능하기 때문에 여러 가지 연비 절감장치들이 개발되고 있는 것이지요.

그리고 차의 구조, 사용하는 연료, 차의 수명과 질 등에 따라 연비차이가 천차만별이므로 어떤 특성 물질가지고 얼마다 하고 절대로 기준을 정할 수가 없습니다.

2. 연비차이가 생기는 이유

○ 앞서 설명 드린 것처럼 피스톤에 들어가는 연료의 량 공기 그리고 전기 등이 최적의 조건일 때만이 최대의 연소율이 생겨 최대의 힘과 최대의 연비가 나오는 것입니다.

이 최적의 조건이란 자동차메이커가 자동차를 생산할 때 만 가능하므로 이론연비 또는 공인연비라 하지요. 그러나 엄밀히 따지면 이론연비 ≥ 공인연비> 실연비 순이라 할 수 있습니다.

이처럼 실연비와 이론연비가 다르게 나타나는 이유는

가. 연비가 다른 일반적 이유

①. 자동차는 움직이는 설비다.

○ 자동차는 낸·난방설비 처럼 고정된 조건하에서 연료를 운동에너지로 바꾸는 것이 아니라 이동하면서 수많은 변수에서도 운동에너지를 만들어 내야하므로 차종에 따라 연비가 다르게 나타나는 것입니다.

단지 이러한 조건하에서 최적에 가까운 연비를 창출하느냐는 해당 자동차의 질(質)또는 품질(品質)에 달려있다고 보아야 할 것입니다.

②. 특성이 변화 때문이다.

○ 자동차가 정특성(靜特性)과 동특성(動特性)에 의해 운동질량이 만들어지고 있는데 이 두가지 특성이 최적의 조건일 때 최대의 연비가 나올 수 있습니다.

그런데 시간과 환경에 따라 이들 특성들이 시시각각으로 변하기 때문에 동일(同一)차라도 연비가 달라진다고 보아야 합니다.

㉮ 정특성이란 ?

* 자동차는 2~3만여 가지의 부품으로 구성되어 있는데 이들은 고유의 부품특성(部品特性)을 가지고 있으며 이를 통상적으로 재질(材質)이라고 합니다.

이들 2~3만여 가지의 부품들은 조립할 때의 생기는 조립특성(組立特性)이 생기는데 아무리 조립을 잘해도 부품 간에는 특성차이로 틈(사람에 비유하면 성격차이)이 생겨 100%의 조립특성을 만들기가 불가능합니다.

참고로 인공위성이 추락하고 첨단 무기 실험이 실패하는 것 등은 부푸믁성과 조립특성에 문제가 잇다고 보아야 합니다.

㉯ 동특성이란 ?

* 정특성에 의해 조립된 자동차에 연료(량과 질), 운전습관, 일기( 온·습도, 바람, 대기압등), 도로상태, 차무게, 기타등이 가미 되어 새로운 운동질량을 만들어 낼 때 생기는 것을 동특성이라 하며 자동차 연비를 좌우하는데 많은 영향을 줍니다.

나. 연비가 다른 계량적 이유

① 허용치

○ 자동차가 움직이기 위한 구성요소를 분석해 보면 전기, 연료, 공기, 기계, 운전자 도로 등 6개의 조건이 있어야 합니다.

여기서 전기와 기계는 자동차내부가 가지고 있는 고유조건으로 정특성에 해당하는데 자동차의 부품특성은 이론적으로는 100% 똑같을 수가 없기 때문에 허용치(許容値)라는 것이 있으며 이를 공식(법적, 기술적)적으로 인정하고 있는 것입니다.

만일에 자동차의 공식 허용오차를 100%±10%로 두었다면 비록 동일차종이라도 20%의 성능편차가 생길 수 있다는 것입니다.

따라서 가장 좋은 차는 110%가 되고, 가장 나쁜 차는 90%의 차가 되겠지만, 실제로 100%보다 좋은 차란 허수(虛數)에 불과 하다.

② 정특성 오차

○ 자동차부품(2만개기준)의 특성오차를 백만 분지 일(1)이 가정하면

1) 부품오차 : 2% →공식: 20,000개×1/1,000,000 ×100% = 2%

2) 조립오차 : 2% →공식: 20,000개×1/1,000,000 ×100% = 2%

3) 전기적 오차 : 3.5%(전원 14.5V에 부하가 14.0V라면)

→공식 : (14.5 - 14)V÷14.5V×100% ≒ 3.5%

★ 합계오차 : 2% + 2% + 3.5% = 7.5% (오차)

따라서 자동차의 성능오차는 100%±7.5%가 생긴다는 결과가 됩니다.

그래서 모든 제품에는 공식적(법적, 기술적)인 허용오차를 두고 있는 것입니다.

③ 동특성 오차

○ 자동차를 운행하면서 생기는 오차로서 연료의 질과 량, 운전습관, 날씨, 도로면, 차무게, 기타 연료소모에 영향을 주는 변수 등을 말하는데 이들을 계량적으로 표현하기는 참으로 어렵습니다.

예를 들어 연료의 량(질은 제외)만 가지고 설명을 드리면 주유소마다 메터기의 오차가 있을 수 있는데, 가령 메터기의 오차가 1.5급(1.5%메터기)이라면, 100ℓ의 연료를 넣었지만 실제로는 100ℓ±1.5급 = 98.5ℓ∼101.5ℓ이 되므로 최대한 3ℓ의 편차 폭이 생기는 것입니다.

이를 이론연비가 12㎞/ℓ인 차에 대입하면 36㎞의 오차가 생기는 것이고 돈으로 환산하면 3600원(1200원/ℓ의 경우)의 편차가 생기는 것입니다.

또한 동특성의 오차는 정특성 보다 많이 생길 수가 있다고 보며(10%정도), 자동차는 시간이 경과 할수록 정특성이 점점 나빠지므로 동특성도 더불어 나빠지고 변화폭도 커지는 것입니다.

○ 결론적으로 위의 같은 가정(假定)에 의한다면 자동차를 아무리 잘 만들어도 성능은 떨어지며 차종마다 오차가 다르게 나타나는 것입니다.

3. 원인분석

가. 기계식제어와 전자식제어

○ 앞서 피스톤에 연료를 공급하는 것은 인젝터(휘발유 기준)라 고 설명했는데 인젝터는 다음과 같은 조건들에 의해 동작을 합니다.

TPS외 각종 센서→ECU→ 구형펄스→스위칭 트랜지스터→12V→인젝터→연료공급

이러한 과정은 기계식 제어방식의 자동차에서는 단순하였으나 전자제어방식자동차로 바뀌면서 복잡해지게 되었습니다.

그러므로 현재의 자동차는 전기 및 전자제어에 의해 움직인다 해도 과언이 아닙니다.

나. 전기 전자의 중요성

○ 자동차성능을 좌우하는 요소들은 여러 가지가 있으나 본장에서는 전기전자분야의 TPS동작 과정만 설명 드리고자 합니다.

① 기울기 변화

* TPS신호는 자동차성능의 90%이상을 좌우하는 곳으로 TPS저항을 조사한 결과 저항변화와 전압(5V)의 기울기가 동일하지 않고 시간이 지날수록 틀어진다는 것이 확인 되었습니다.

기울기가 틀어지면 ECU가 인젝터를 제어하는 구형펄스 수가 달라져 인젝터 동작 횟수가 달라지는 결과를 낳게 됩니다.

여기에는 여러가지 요인이 있을 수 있으나 크게 TPS저항변화와 2차전압변동이 큰 원인입니다.

② 정비(maintenance)의 오판

* 자동차가 힘이 없다거나 배출가스 검사시 불합격을 받으면 조정하는 것이 공기 개도율인데 이 부분을 조정하면 공기와 TPS신호가 달라지므로 쉽게 검사를 받을 수 있습니다.

하지만 이 방식은 기울기를 더 틀리게 만들므로 자동차는 더욱 성능이 떨어져 연비 힘 소음 배출가스가 더 나빠져 버립니다.

4.결론

○ 자동차는 전기, 기계, 공기, 연료, 운전자, 도로 등의 요소를 자동차가 요구하는 조건으로 다 맞출 수가 없으므로 연료절감기라는 제품들이 출시되고 있으나 모든차에 다 효과를 기대하기는 어렵습니다.

따라서 자동차연료를 절감하고 자동차출력을 향상시키려면 다른 방법도 좋지만 무엇보다 전기안정이 중요하므로

첫째 전기를 안정적으로 생성 및 공급케 하고

둘째 데이터의 왜곡 및 지연을 방지시키며

셋째 전기장치들의 동작을 원활하게 해주어야 하고

넷째 TPS기울기를 바로 잡아 주아야 합니다.

○ 전기는 사람의 피와 같으며, 전자제어는 사람의 신경조직과 같은 것이므로

이들이 정상적으로 기계들에 공급되고 제어가 잘 되어야만 연비의 효과를 볼 수가 있는 것입니다.

<제공=모터파워>

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