자동차 엔진 chapter4.(전기 및 전자 엔진 제어)

전기 및 전자 엔진 제어
※ 전기와 엔진
전기 점화 시스템은 엔진 실린더 내에 압축된 공기-연료 혼합기를 점화시키기 위한 스파크를 발생시킵니다. 이 시스템은 엔진을 가동시키고 자동차를 움직이는데 필요한 동력을 발생시킵니다. 엔진을 가동시키기 위해서는 시동이 걸릴 때까지 전기 시동 모터(starting motor)가 엔진을 크랭킹 시켜 주어야 하며, 배터리가 크랭킹에 필요한 전원을 공급합니다. 또한 엔진은 점화 시기를 조절하는 전자 제어 장치가 장착되어 있어서 정확한 시기에 점화 플러그에 스파크를 발생시킬 수 있습니다.이 점화 시기는 압출 행정 중에 피스톤이 상사점(TDC)에 도달하기 직전을 뜻합니다. 대부분의 엔진은 전자 제어 장치가 연료 인젝터의 분사 시기를 동시에 제어합니다. 연료 인젝터는 연료와 공기가 실린더로 들어가면서 혼합되도록 하기 위해 적절한 시기에 분사를 하게 되고, 전자 제어 장치는 연료 분사량을 결정합니다. 만일 운전자가 가속과 고속 운전을 위해 가속 페달을 밟는다면 엔진은 더 많은 연료량을 필요로 하게 됩니다. 다음 절은 전기학, 자기학, 전자학, 그리고 전자 엔진 제어에 대하여 설명합니다. 이번 장과 다음 장에 설명하는 주제들을 이해할 수 있다면 엔진 작동 원리를 이해하는 데 도움이 될 것입니다. 또한 종종 여러 종류의 엔진과 전기적인 문제점을 진단하고 수리하기 위하여 이러한 예비 식이 필요하게 될 것입니다. 
※전기와 전류
전류는 전자들의 흐름입니다. 관내의 물의 흐름과 같이 전자는 전선을 통해 흘러갑니다. 전자는 원자에서 방출됩니다. 이 세상의 모든 물질은 원자들로 이루어져 있습니다. 원자에는 백여 개의 다른 종류가 있으며 한 종류의 그룹을 형성하고 있는 원자들을 원소(elemenet)라고 부릅니다. 원소의 원자들은 연소와 같은 화학 반응을 통하여 결합됩니다. 원자들의 기본적 차이는 원자의 중심을 돌고 있는 전자 수 또는 원자핵의 수가 서로 다르다는 점입니다. 예를 들면 수소 원자는 1개의 전자를 가지고 있고, 구리 원자는 29개의 전자를 가지고 있습니다. 원자는 아주 작으며, 전자는 더욱더 작습니다. 전자를 나란히 한 줄로 배열하여 1인치의 길이가 되게 하려면 100조(100,000,000,000,000)개의 전자가 필요합니다.
※전하(Electrical Charges)
전자는 음전하(-)를 띠고 있고, 원자핵(nucleus)은 양전하(+)를 띠고 있습니다. 전자는 원자핵 주위를 돌며 양전하와 음전하 사이에 작용하는 인력에 의해 궤도를 유지하게 됩니다. 자동차의 전기 시스템에 있어서 배터리와 교류 발전기는 전류를 공급합니다. 이 부품은 음극(-)에서 전자를 집결시키고 양극(+)에서 전자를 소멸시킵니다. 전기 회로는 한 전극에서 전선을 통해 다른 전극을 연결해야만 성립되고, 전자는 전선을 통하여 흐르게 됩니다. 이는 음극과 전자 사이에는 척력이 작용하고 양극과 전자 사이에는 인력이 작용하기 때문입니다. 이런 전위차에 의해 전자는 음극에서 양극으로 이동하는 것이고, 이런 전자의 흐름을 전류라고 합니다. 이 전류가 전구 또는 회로에 연결되는 전기 기구들을 작동하게 합니다.   
※ 전기의 측정
전기를 측정하는 방법은 다음과 같은 두 가지가 있습니다.
1. 전류(전자) 흐름의 양을 측정하는 방법, 측정 단위는 암페어(Amperes 또는 Amperage)입니다.
2.전압(두 전극 사이의 전위차)을 측정하는 방법, 측정 단위는 볼트(volts 또는 voltage) 입니다.
전류는 전류계로 측정하고, 전압은 전압계로 측정합니다. 전류계는 회로에 흐르는 전류를 측정하기 위하여 회로에 직렬로 연결되었고, 전압계는 병렬로 연결되었습니다. 전압계는 전류를 흐르게 하는 힘인 전압 차를 측정합니다. 전선을 통하여 흐르는 전류는 전선 주위에 자기장을 형성합니다. 자기장의 세기는 전류의 양에 따라 증가하거나 감소합니다. 전류계를 연결하기 위해 회로를 단선시키는 것을 피하려면 유도 전류계(inductive ammeter)를 사용합니다. 이 전류계는 클램프(clamp) 하는 유도 픽업(inductive pickup)을 가지고 있고, 이 픽업 장치는 자기장의 세기를 측정합니다. 이 정보를 이용하여 디지털 멀티 미터는 전류량을 보여줍니다.

주의
멀티 미터(multimeter)는 전기적인 측정에 자주 이용됩니다. 실제로 멀티 미터는 2개 이상의 전기 측정 기구들을 하나의 케이스에 구성해 놓은 것입니다. 바늘이 움직이는 눈금을 아날로그 미터라 합니다. 디지털 미터는 숫자로 나타나게 됩니다.

※ 전도체와 절연체
전도체는 전류가 잘 흐르는 물체이고, 절연체는 전류가 흐르지 않는 물체입니다. 전기 시스템에서 전도체는 전기 장치에 전류를 공급하는 역할을 합니다. 다양한 치수의 전도체가 있으며 대부분이 절연체로 싸여 있습니다. 이 전도체는 구리 전선 또는 구리와 비슷한 금속으로 꼬여 케이블로 되어 있습니다. 케이블 같은 치수의 전선보다 더욱 유연합니다. 케이블을 절연체로 감싸는 이유는 엉뚱한 곳으로 전류가 흐르는 것을 막기 위해서 입니다. 만약 절연체가 역할을 제대로 수행하지 못한다면 전류는 자동차 몸체나 프레임의 금속을 통해 전기 저항이 가장 작은 곳으로 흐를 것입니다. 이러한 것을 단락 회로(short circuit)라고 합니다. 이렇게 되면 회로에 문제가 생기거나 전기 장치에 피해를 주게 됩니다.