자동차의 속임수 공학

자동차 공학을 보면 수학공식에서 허수가 있듯이 자동차에 속임수 공학(가정을 둔 공학)이 적용되고 있습니다.
속임수 공학이 무엇이며, 전기와 제어의 문제점은 무엇인지 등을 열거하겠습니다.

1. 기본 개념
    연료형자동차는 기계 전기 제어기술로 구성되고, 연료와 공기라는 요소에 의해 움직이므로 이 다섯가지 요소의 상호관계가 잘 이루어 져야 합니다.

2. 트로틀바디의 속임수 적용
    트로틀바디란 공기조절용 밸브와 TPS(Throttle Position Sensor)로 구성되어 있습니다.
    가. 트로틀밸브 : 악셀을 밟으면 공기량을 조절하는 밸브(동그란 철판)가 0°~90°로 움직이면서 공기를 피스톤으로 주입합니다.
    나. TPS : 트로틀밸브의 열림 각도(공기량과 무관)와 연동하여 통상 0.3V~ 4.8V까지 신호전압이 생겨 ECU로 보내지면 ECU는 다른 센서 신호와 조합하여 연료를 조절합니다.  
여기서 문제점은 밸브각도가 변함에 따라 연동하여 변하는 TPS 신호전압 수치를 ECU가 읽고 그에 맞는 연료를 피스톤으로 주입한다는 것입니다.

이를 역으로 말하면, ECU는 TPS신호전압 변화만 생기면 공기량과는 상관없이 계산된 운전모드에 의해 연료를 피스톤으로 주입한다는 계산이 됩니다.

즉 트로틀바디 동작원리는 공기와 연료의 직접 조절이 어려워 공기 대신 밸브각도와 연료 대신 TPS전기신호를 대입하여 설계한 것으로“밸브각도를 공기량으로 인식하도록 설계를 하여 ECU를 속이고 있다”는 것입니다.

그래서 트로틀바디는 “자동차의 속임수 공학”을 적용하고 있는 것입니다.
이로 인하여 신차 때에 성능이 좋던 차가 시간이 경과하면서 서서히 나빠지는 것은 이러한 조건들이 틀어지고 변하기 때문으로 결국은 연비감소, 출력저하, 시동꺼짐, 변속충격,RPM흔들림 등으로 이어지는 것입니다.
※ 참고로 이러한 결점을 보완하기 위해 “트로틀바디 앞에 공기속도 센서를 장착”한 차들도 있지만 근본적인 해결책은 아닙니다.
또한 APS는 밸브를 구동하기 위한 부가장치로 보면 됩니다.

그러므로 흡기부분을 개조하면 오히려 자동차 성능에 영향을 준다고 하는 것입니다.

2. 전기분야(전기발생과 폐회로)
   자동차전기는 일반전기와 조건이 다릅니다.
    가. 일반전기 : 한전에서 공급하는 전기로 교류(AC)를 직류(DC)로 바꾸기만 하면 되기 때문에 복잡한 조건이 필요 없습니다.
    나. 자동차전기 : 엔진동작, 알터네이터, 배터리 삼자가 상호 직접연관이 있으므로 어느 한쪽에 문제가 생겨도 안 된다는 것입니다. 즉
          - 시동 전에는 배터리가 좋아야 하며
          - 시동 후에는 알터네이터 전기가 좋아야 하고
          - 알터네이터 전기가 좋으려면 엔진동작이 좋아야 하는데
          - 결국 알터네이터 전기가 좋으면 배터리가 좋아지는 것입니다.

이 처럼 자동차전기는 일반전기와는 달리 복합적인 기능들과 연관 설명이 필요하므로 단순하게 진단하거나 해석해서는 안 된다는 것입니다.
     다. 전기 폐회로 : 자동차 전기회로는 12V를 만들기 위한 1차전기회로가 있고, 정전압회로를 이용하여 5V를 만드는 2차전기회로가 있습니다.
1차 전기회로는 전기부하 장치들을 구동하는데 필요한 전원이 되며, 5V는 전기부하 장치들의 동작을 제어하는 제어분야의 전원이 됩니다.

그리고 1,2차 전기회로 간에는 물리적으로 완전 분리되어 있지만 5V전기회로는 비접지방식으로 설계되어 있으므로  환경변화에 의해 접지전위가 변화기 쉽습니다.
1,2차 전기회로 간에 접지전위 차가 흔들리면 제어기능에 사용되는 신호들이 근본적으로 흔들리는 현상이 생깁니다.

3. 제어분야(ECU의 맹점)
  자동차 부품들이 동작을 잘하기 위해서는
     첫째로 기계들이 이상이 없어야 하고
     둘째로 기계들에 양질의 전기가 공급되어야 하며
     셋째로 이들을 제어하는 제어기능이 정확한 제어를 해주어야 합니다.

이러한 삼단 관계에서 통상 1,2단계는 잘 이해하지만 셋째의 제어에 대하여는 이해를 잘못하고 있다는 것입니다.
그러나 자동차가 전자화하면서 제어의 중요성이 날로 강조되고 있습니다.
제어신호는 미소한 전압이기 때문에 센서에 의해 생성되어 ECU를 거쳐 선로를 타고 전송 (공급)되는 과정에 온.습도 부품열화 등으로 부터 간섭을 받아 변형되거나 헌팅 되고 있습니다.

이러한 현상은 차가 노후 될수록 그 도가 심화되지만 일반적인 측정기로는 발견이 어렵고 ECU가 해결을 못한다는 것입니다.

4. 결론
   자동차를 정비함에 있어서 갈수록 어려운 것은 자동차가 전자화함에 따라 전기를 많이 사용게 되고 또한 제어기능을 많이 응용하다 보니 전기와 전기신호들이 환경변화에 따라 헌팅 현상이 발생합니다.
이로 인하여  시동문제, 연비감소, 출력저하, 변속충격,RPM흔들림 등의 요인이 되고 있습니다.

이러한 것을 미연에 방지하고 성능변화를 지연 또는 막기 위해서는 속임수 공학 결점보완 1,2차간에 전기적인 폐회로를 구성하여 1,2차간에 접지전위차 변화 방지와 제어신호의 변형과 헌팅을 막아주어야 합니다.
<제공 = VAD>