급발진 의심 증상은 ECU의 전기적인 동작결함에 있다.

● 현재의 자동차 전기구성도

   자동차는 동력전기(12V/24V/수백V)와 제어전기(5V)로 용도가 다른 전기가 있다.

그리고 제어전기(5V)는 동력전기를 가지고 DC-DC컨버터방식에 의해 만들어지므로 별도의 마이너스(-)가 발생한다.

다만 동력전기는 자동차제조사에서 설계. 제작하고, 제어전기는 ECU에 포함되므로 ECU개발회사가 설계. 제작한다.

● 문제점

   1. 근원적인 문제는 ECU5V의 접지 결함

     전기접지란 토목. 건축에 비유하면 동력전기 접지(-)는 토목의 지반에 해당하고, 제어전기접지(-)는 건축물의 주축 돌에 해당하므로 “동력전기접지(-)와 제어전기접지(-)는 동일전위(0V)가 되어야 한다”.

그런데 5V마이너스(-)를 비접지로 설계함으로 인하여 년식이 늘어남에 따라 5V의 접지전압(mV)과 접지전류(mA)가 발생하고 또한 증가하고 있다. 

이로 인하여 ECU가 만드는 데이터들이 불안정하여 내연기관차의 경우 성능. 연비. 배출가스가 점점 나빠질 뿐 아니라 입증되지 않는 급발진 증상이 날로 급증하고 있다.

2. 접지결함이 성능. 연비. 배출가스에 영향

   다음은 5V가 비접지로 인하여 두 전기 간에 접지전압(mV)과 접지전류(mA)가 발생하여 자동차 성능. 연비. 배출가스에 미치는 관계를 개략적으로 구분하여 보았다.

     * 1~2mV까지 : 신차의 경우로 거의 정상에 속함

     * 10mV까지 : 출력. 소음. 진동. RPM. 연비. 배출가스. 시동꺼짐 등에 영향

     * 20mV까지 : 출력. 소음. 진동. RPM. 연비. 배출가스 등에 미치는 영향 심각

                  하고 시동꺼짐 발생 

     * 30mV이상 : 정상적인 운행이 거의 불가능함

다만 접지전류(mA)는 변화가 너무 다양하여 예시하기가 어려워 생략

3. 접지결함이 데이터 오류 발생(급발진 증상)

  가. 정상 RPM데이터 생성 원리

      엔진회전수(RPM)를 만드는 TPS(Throttle Position Sensor)의 전기신호 동작범위는 통상 0.3V~4.5V이고, 아이들 시의 RPM은 700~800RPM으로 본다.

그래서 0.3V를 가지고 ECU(연산IC)가 700 ~ 800RPM펄스를 만들려면 1RPM에 대한 TPS의 아날로그신호 크기는 0.375mV ~ 0.428mV가 된다.

          * 0.3V ÷ (700 ~ 800RPM) = 0.375mV ~ 0.428mV

그리고 악셀패달을 최대로 밟는다 해도 자동차가 정상적으로 만들 수 있는 최대 RPM은 10,514RPM ~ 12,000RPM가 된다.

          * 4.5V ÷ (0.375mV ~ 0.428mV) = 10,514RPM ~ 12,000RPM

  나. 비정상 RPM데이터 생성 원리

      만일에 아날로그정보를 디지털정보로 가공하는 ECU의 연산(양자화)IC가 전자적으로 마비(Lock)가 되면 ECU는 5V전압을 입력신호로 인식(착각)하여 비정상적인 11,682RPM ~ 13,333RPM을 만들게 된다.

          * 5V ÷ (0.375mV ~ 0.428mV) = 11,682RPM ~ 13,333RPM 

즉 급발진 증상이 생길 때는 아이들 시의 700~800RPM이 순간적으로 11,682 ~ 13,333RPM으로 변하게 된다.

이때 자동차는 상상을 초월한 순간적인 가속도와 관성 힘이 크게 작용하므로 날 수 있을 것이요, 반대로 브레이크의 배력장치는 기능을 상실 할 수가 있다. 

         ★ 연산(양자화)IC가 마비(LOCK)되는 이유★

ECU5V는 반도체를 이용한 DC-DC컨버터방식이므로 반도체의 내부저항으로 인하여 별도의 5V마이너스(-)가 생겨난다.

그런데 각종 전기장치들이 동작할 때는 역기전압, 전자파전압, 분포정수전압 등이 발생하는데 특히 역기전압은 5V마이너스(-)를 통하여 ECU로 유입하여 연산(양자화)IC를 전자적으로 마비(LOCK)시킬 수 있다.

* 역기전압은 동력전압(12/24V)의 20~30배에 달하는 순간적인 반대전압을 뜻함

● 개선방안

   이러한 결점을 해결하기 위해서는 <“별도의 전기적인 폐회로망을 구성”>시켜

  * 두 접지 간의 접지전압(mV)과 접지전류(mA)를 일정범위 이하로 억제”시키며

  * 연산(양자화)IC의 전자적인 마비(LOCK)현상을 없애 주어야 한다.

                            - 회로 구성도는 생략-

● 개선효과

    1. 자동차 성능 개선

        * 시동성. 출력. 진동. 소음. 변속충격. 노킹. 전압변동. 승차감 등

    2. 내연기관차는 연비와 배출가스를 개선

    3. 급발진 증상과 시동꺼짐 방지

● 결론 정리

     ECU5V의 비접지(non-ground) 설계는 자동차의 근본적인 성능을 방해하여 연비와 배출가스를 나쁘게 함은 물론 ECU의 연산(양자화)IC를 전자적으로 마비시켜 급발진 증상을 일으키게 하는 요인이 되므로 절대적으로 개선시켜 주어야 한다.

이러한 문제는 비단 내연기관차에만 국한된 것이 아니라 하이브리드차. 전기차 등에서도 발생하고 있으므로 수소전기차 및 자율주행차등에도 생겨 날 수 있다고 본다.

<제공=VAD>