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자동차 연료절감과 출력향상을 시키려면
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작성일
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2005-01-09 20:28:22
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조회수
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2622
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자동차 연료절감과 출력향상을 시키려면
Ⅰ. 자동차 동작 설명
1. 자동차가 움직이는 과정(휘발유 차의 예)
■ 자동차가 움직이려면 먼저 피스톤이 운동을 해야 하며, 피스톤을 움직이려면 전기, 공기 그리고 연료가 있어야 한다. 엔진에 연료를 넣었다 멈췄다 하는 것은 인젝터이며 수도꼭지와 같은 역할을 하는 것으로 전기에 의해 동작 복구를 한다. 인젝터에 의해 엔진에 들어온 “연료는 공기와 전기로 폭발하는 힘으로 기어를 통해 바퀴가 돌아”가는 것이다.
2. 연비차이가 생기는 이유
■ 앞서 설명 드린 것처럼 연료 전기 그리고 공기가 혼합하여 폭발 할 때 그 폭발의 힘이란 단지 3가지만 갖췄다고 해서 해결되는 것은 아니다. 피스톤에 들어가는 연료의 량 그때 필요한 최적의 공기 그리고 고압전기 등이 최적의 조건일 때만이 최대의 연소율이 생겨 최대의 힘과 최대의 연비가 나오는 것이다. 이 최적의 조건이란 자동차메이커가 자동차를 생산할 때 만 가능하므로 이론연비 또는 공인연비라 하지요. 그러나 엄밀히 따지면 이론연비 ≥ 공인연비> 실연비 순이라 할 수 있다.
가. 연비가 다른 일반적 이유
①. 자동차는 움직이는 설비다.
○ 자동차는 낸·난방설비처럼 고정된 조건 하에서 연료를 운동에너지로 바꾸는 것이 아니라 이동하면서 수많은 변수에도 최적의 운동에너지를 만들어 내야하므로 차종에 따라 연비가 다르게 나타나는 것이다. 단지 이러한 조건을 얼마나 잘 소화하여 최적에 가까운 연비를 창출하느냐는 해당 자동차의 질(質)또는 품질(品質)에 달려있다고 보아야 할 것이다.
②. 특성이 변화 때문이다.
○ 자동차가 정특성(靜特性)과 동특성(動特性)에 의해 운동질량이 만들어지고 있으며 이 두 가지 특성이 최대의 조건일 때 최적의 연비가 나올 수 있는데 시간과 환경에 따라 이들 특성들이 시시각각으로 변하기 때문에 동일(同一)차라도 연비가 달라진다고 본다.
ⓐ 정특성이란 ?
* 자동차는 2만여 가지의 부품으로 구성되어 있으며 이들은 고유의 부품특성(部品特性)을 가지고 있는데 이를 통상적으로 재질(材質)이라고 한다. 재질이 안 좋으면 같은 부품이라도 기능이 빨리 나빠져 성능이 떨어진다.
* 이들 2만여 가지의 부품들은 조립할 때의 생기는 조립특성(組立特性)이 있는데 아무리 조립을 잘해도 부품 간에는 특성차이로 틈(사람에 비유하면 성격차이)이 생겨 100%의 조립특성을 만들기가 불가능하다. 참고로 인공위성이 추락하고 첨단 무기 실험이 실패하는 것 등임
ⓑ 동특성이란 ?
* 연료(량과 질), 운전습관, 일기( 온·습도, 바람, 대기압등), 도로상태, 차무게, 기타 차가 움직일 때 필요한 요소 등이 자동차 연비를 좌우하는데 많은 영향을 준다고 보아야 할 것이다.
나. 연비가 다른 계량적 이유
① 허용치
○ 자동차가 움직이기 위한 구성요소를 분석해 보면 전기, 연료, 공기, 기계, 운전자 등 5대 조건이 있어야 한다. 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 것이다. 그러므로 제품이 똑같다 할 때는 외형이나 기술적 조건이 허용치 범위 내에 있다는 뜻이고, 특성상 똑 같으냐 하는 것은 별개로 보아야 할 것이다. 만일에 자동차의 공식 허용오차를 100%±10%로 두었다면 비록 동일차종이라도 20%의 성능편차가 생길 수 있다는 것이다. 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.
ⓐ 정특성 오차
* 2만여가지로 구성된 자동차부품 한 개당 특성오차가 백만 분지 일(1)이라면 1) 부품특성(이론적) 오차 : 2% →공식: 20,000개×1/1,000,000 ×100% = 2% 2) 조립특성(이론적) 오차 : 2% →공식: 20,000개×1/1,000,000 ×100% = 2% 3) 전기적(이론적) 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 생기는 것이다. 그래서 모든 제품에는 공식적(법적, 기술적)인 허용오차를 두고 있는 것이다.
ⓑ 동특성 오차
* 자동차를 운행하면서 생기는 오차로서 연료의 질과 량, 운전습관, 날씨, 도로면, 차무게, 기타 연료소모에 영향을 주는 변수 등을 말하는데 이들을 계량적으로 표현하기는 참으로 어렵다. 예를 들어 연료의 량(질은 제외)만 가지고 설명을 드리면 주유소마다 메터기의 오차가 있을 수 있다. 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 것이다. 이를 이론연비가 12㎞/ℓ인 차에 대입하면 36㎞의 오차가 생기는 것이고 돈으로 환산하면 3600원(1200원/ℓ의 경우)의 편차가 생기는 것이다. 또한 동특성의 오차는 정특성 보다 많이 생길 수가 있다고 보며(10%정도), 자동차는 시간이 경과 할수록 정특성이 점점 나빠지므로 동특성도 더불어 나빠지고 변화폭도 커지는 것이다.
ⓒ 결론적 오차
* 위의 같은 가정(假定)에 의한다면
- 자동차를 아무리 잘 만들어도 성능은 떨어질 수밖에 없고
- 차종마다 오차가 다를 수밖에 없다는 것이다. 따라서 공인연비가 10㎞/ℓ인 차의 경우 실제연비는 종합오차(17.5%)에 의해 8.25㎞/ℓ밖에 안 나온다는 결과가 되는 셈이다.
II. 분석
1. 기계식제어와 전자식제어
○ 앞서 피스톤에 연료를 공급하는 것은 인젝터라 고 설명했습니다. 그런데 인젝터는 다음과 같은 조건들에 의해 동작을 한다.
TPS외 각종 센서→ECU→ 구형펄스→스위칭 트랜지스터→12V→인젝터→연료공급 이러한 과정은 기계식 제어방식의 자동차에서는 단순하였으나 전자제어방식자동차로 바뀌면서 복잡해지고 정확성을 요구하게 되었다. 따라서 현재의 자동차는 전기 및 전자제어에 의해 움직인다 해도 과언이 아니다. 엔진은 힘을 만들어 내는 하드웨어요 연료는 힘을 만들 수 있 에너지일 뿐이다.
2. 전기 전자의 중요성
○ 자동차성능을 좌우하는 요소들은 여러 가지가 있으나 본장에서는 전기전자분야의 TPS동작 과정만 설명 드리고자 한다.
가. 기울기 변화
○TPS신호는 자동차성능의 90%이상을 좌우한다 해도 과언이 아니다. TPS센서방식의 자동차의 TPS저항을 조사한 결과 저항변화와 전압(5V)의 기울기가 동일하지 않고 시간이 지날수록 틀어진다는 것이 확인 되었다 기울기가 틀어지면 ECU가 인젝터를 제어하는 구형펄스 수가 달라져 인젝터 동작 횟수가 달라지는 결과를 낳게 된다. 여기에는 여러가지 요인이 있을 수 있으나 크게 TPS저항변화와 2차전압변동이 큰 원인이다.
나. 정비(maintenance)의 오판
○ 자동차가 힘이 없다거나 배출가스 검사시 불합격을 받으면 조정하는 것이 공기 개도율이다 이 부분을 조정하면 공기와 TPS신호가 달라지므로 쉽게 검사를 받을 수 있다. 이 방식은 기울기를 더 틀리게 만들므로 자동차는 더욱 성능이 떨어져 연비 힘 소음 배출가스가 더 나빠져 버린다. 자동차가 힘이 없고 부조화현상이 생긴다고 하면 트로틀바디를 청소하는 것이며, 이러한 방식은 근본 문제해결이 아니므로 오래가지 못한다.
3. 연료절감 및 출력향상 제품의 위치
■ 이러한 원인들 때문에 공인연비와 실연비가 다르게 나타나므로 연비 힘 배기가스등을 개선하기 위해 시중에 많이 나와 있는 기계, 화학 또는 전기를 이용한 연료절감 및 출력향상 상품들이 많이 쏟아져 나오고 있다.
가. 선택요령
○ 따라서 그 제품들의 평가는 해당 메이커에서 제시하는 홍보자료에 의존해야하므로 측도를 말하기란 여간 어려운 것이 아니므로 판단은 소비자의 몫으로 남는 것이다. 단지 자동차가 성능이 떨어져 있는 것을 어느 일부분만 강화한다고 해서 전체적인 성능이 개선되는 것은 아니라는 것이다.
III. 선택요령
■ 현대식 자동차는 전기 전자에 의해 움직인다. 그라나 현재 연료형자동차는 전기가 “소비형기술”로 설계되어 있으므로 “절약형기술”로 개선시켜 주어야 한다. 자동차에는 1차전기 (12V) 2차전기 (5V)가 있고 이들이 동작하는 과정에 발생하는 3차전기(기생전기)가 있다. 이 3차전기는 기생전기 또는 간섭전기라 하며 1.2차 전기의 생성 및 공급을 방해하고, 데이터를 왜곡 및 지연시키며, 전기부하장치들의 동작을 방해한다.
■ 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 주는 상품이 어떤 것인지를 잘 구별하여 설치하면 좋은 효과를 골고루 볼 수 있다.
<제공 = 모터파워> |
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