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연료형자동차 설계결함과 개선기슬
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작성일
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2010-08-21 17:28:41
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조회수
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3319
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<매일경제에 등재 된 글임 >
1. 연료형 자동차의 현주소
올해 세계 1위가 확실시 되는 도요타. 그 성공의 핵심이 바로 ‘품질’이라는 것은 이미 널리 알려진 사실이다.
일본 내수 점유율은 45%, 미국에서도 크라이슬러를 밀어내고 빅3의 한 자리를 차지, 북미 시장에서 포드를 넘어서는 것도 시간문제이다. 작년에도 역대 최고 판매 대수와 순이익을 기록했다. 도요타는 세계에서 가장 잘나가는 자동차 회사이다. ]
이렇게 순풍에 돛단 듯 성장세를 거듭하고 있는 토요타지만 몇 년 새 리콜이 급증한 것이다.
리콜의 내용을 요약하면 스티어링 칼럼의 결함, 숙련된 트레이닝 양성이 안 됨, 품질 보증 이후에 발생하는 고장에 대해서는 무심, 부품 공유가 많아지면서 불량이 대폭 증가, 브레이크 액 결함, 트랜스미션 부조, 스티어링 기구의 불량, 크랭크샤프트 포지션 센서가 불량해 엔진이 꺼지고 재시동이 되지 않음 등인데 승장 가도로 달리는 도요다 는 이러한 문제들을 간과한 것이다.
도요타 2006년 7월 20일까지 일본에서만 총 110만대를 리콜 했다. 2002년의 전체 리콜 대수가 48만 5,000대에 불과했던 것을 생각해 볼 때 엄청나게 늘어난 것이다.
이렇게 엄청난 리콜을 했음에도 불구하고 작년의 도요타 눈부신 성장세를 기록했다.
당분간 토요타의 기세는 꺾이지 않을 것이라는 게 많은 전문가들의 의견이며, 지난 4월의 해외 생산이 13.8% 증가하면서 64개월 연속 증가세를 보였고, 자국을 제외한 전 지역에서 월 최고 기록을 갱신했다.
하지만 잦은 리콜로 대변되는 품질 저하는 도요타의 잠재적인 불안 요소로 자리하고 있다. 생산량과 품질을 모두 잡아야 하는 문제가 도요타에게 던져진 새로운 숙제이다.
더불어 규모와 경제의 지배를 받는 다른 모든 양산 차들도 해결해야 할 과제이기도 하다.
2. 연료형 자동차의 결함
연료형자동차의 제작기술에는 기계기술, 전기기술, 제어기술 적용되지만 동작을 할 때는 하드웨어기술과 소프트웨어기술로 시동이 걸기 폭발 출력 RPM변화 시동을 꺼지게 한다.
따라서 현재의 연료형자동차의 설계 결함을 열거하면 다음과 같다.
가. 전기회로 구성 문제
현재의 전기회로는 엔진을 돌리면 전기를 일으키는 알테네이터(발전기)와 배터리가 병렬로 연결되어 있고 시동이 걸리면 자동차는 배터리 보다 높은 전압으로 동작을 한다.
그리고 1차전기인 12V(알테네이터는 통상 14~15V)에 의해 2차전기인 5V는 ECU에 내장된 전원장치에 의해 만들어진다.
그리고 이 2차전기인 5V가 모든 센서에 공급하여 센서가 전기신호(아날로그성분)를 발생하면 ECU가 이를 다시 받아드려 자동차를 제어 할 각종신호를 만들어 자동차를 통제하게 된다.
그러나 전기란 물리적인 회로도 필요하지만 전기적인(가상적인) 회로도 있어야 하는데 현재의 자동차는 전기적인 회로가 없다.
이로 인하여 1,2차간에 전위차가 생기고 그 폭과 변화가 심하게 생기므로 전압변동이 심하게 생긴다.
나. 제어신호 변화문제
연료형자동차에 사용하는 전기신호(아날로그, 디지털)는 자동차를 통제하는 제어신호이다.
각종센서가 만드는 전기신호는 아날로그신호로 사람의 말초신경에 해당하고 ECU가 만드는 전기신호는 디지털신호로 사람의 중추신경에 해당 한다.
이러한 전기신호가 온도(기온, 엔진열)변화, 물리적(기계, 전기장치, 선로)특성 변화에 따라 요동(왜곡, 지연, 증감)을 치므로 제어가 불안정 하면 차가 정상적인 동작을 잘못 할 뿐 아니라 성능을 떨어뜨리고 잦은 고장을 유발시키고 나아가 차 수명을 단축시키는 요인이 되고 있다.
다. 트로틀 바디의 동작문제
연료형자동차의 연비에 가장 민감한 영향을 주는 것이 트로틀 바디의 기울기(공기와 TPS신호 비율)로 이 기울기가 얼마나 정확해지느냐에 따라 이론연비와 실 연비에 큰 차이가 생기는 것이다.
그런데 트로틀 바다의 동작형태는 물리적이고 연료공급과 폭발에 필요한 요소는 “공기량과 전기신호”이다.
이 처럼 공기와 연료를 조절하는 트로틀 바디의 설계와 동작의 해석차가 있으므로 아무리 차를 정교하게 만들어도 해석 오류에 따른 동작 편차를 줄일 수 없기 때문에 차의 품질(부품특성, 조립특성)이나 연료에 따라 연비의 차가 심하게 생기는 현상이 발생하고 있다.
라. 전기적 결함이 기계적 고장 유발
전기회로 구성문제, 제어신호 변화문제, 트로틀 바디 동작문제 등으로 인하여 특히 연료종류에 따라 성능에 많은 차이가 생기는 것도 이러한 연유에서 이다.
따라서 전기적(전자제어)결함이 차에 얼마만한 영향을 주는 가는 사람에 비유하면 뇌사자나 척추마비 자 및 치매자 들에 비유하면 쉽게 이해가 갈 것이다.
3. 해결방법과 결론
따라서 이미 전 세계적으로 양산되고 고착화된 설계방식을 변경하기는 불가능하므로 이를 보완하는 기술개발이 필요하다.
이 방법으로는 뇌가자나 척추마비자 및 치매 환자에게는 신경을 되살리는 것이 가장 중요한 것처럼 연료형자동차도 제어에 필요한 전기신호가 주위 환경이나 차의 기계적 상태에 따라 마비되거나 흔들리지 않도록 안정화 시켜주는 것이 가장 현실적이다.
즉 1,2차 전기회로 간에 “전기적인 폐회로”를 만들어 차가 동작하면 자연적으로 발생하는 3차전기를 억제 및 제거시키고 전기신호를 보정(전기적) 하여 제어기능을 강화시켜 주는 것이다.
그러면 차 성능에 해당하는 모든 분야(연비,힘,소음,배출가스,노킹,진동,오디오,배터리수명 등)에 골고루 효과가 나타나므로 소비자의 유지비용을 줄여주며 생산 공장에서는 적은 비용으로 좋은 차를 만들 수 있다.
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