IT기술로 배출가스와 성능 개선

IT기술로 배출가스와 성능 개선

1. 분포정수를 이용한 설비

우리나라 원자력발전소에는 철조망을 통하여 발전소에 침입하는 불순세력을 감시하기 위하여 과학화보안설비가 있는데 영상으로 감시하는 CCTV설비와 진동과 자장에 의해 이상 신호(Abnormal signal)가 발생하는 E-Field라는 설비가 있습니다.

이 E-Field설비는 평상시에는 반송파(Carrier Wave)만 발생하다가 철조망을 흔들면 분포정수인 용량성(Xc) 유도성(Xl) 저항성(Ro) 절연성(Zo)등에 의해 “변조파(Modulation Wave)가 발생하여 전송선로(Transmission line)를 타고 중앙통제소로 보내어지면, 중앙통제소의 CPU(자동차ECU에 해당)가 이 데이터를 자동으로 처리하여 비상벨이 울리도록 되어 있습니다.

문제는 본 설비들이 바닷가에 시설되어 있다 보니 바다염분, 해풍, 대기온.습도, 육지의 풍향. 풍속 등으로 인하여 초기 설비(1978년)는 잦은 오동작으로 인하여 신뢰성이 떨어지기도 하였습니다.

2. 자동차 제어시스템 동작원리

이처럼 자동차의 제어시스템도 과학화보안설비 처럼 환경에 노출되어 있고 그래서 안정된 반송파만 흐르는 것이 아니라는 것입니다.

현재 자동차 제어시스템의 신호체계는 입력- ECU- 출력 기능으로 분류 할 수 있습니다.

즉 입력분야는 산소센서, 공기흐름센서, 냉각수센서 크랭크각센서 스로틀포지션센서등 수십 가지의 센서들이 아날로그성 신호(Analog Signal)들을 만든 후 배선(전송선로)을 타고 ECU로 보내어 집니다.

그러면 ECU는 이들 신호를 디지털신호(Digital Signal) 로 변환시켜 출력기능에 해당하는 인젝터, 점화플러그, 연료펌프 등을 컨트롤하여 엔진을 구동시키고 동시에 미션을 조작하여 차를 움직이게 하는 방식으로 아주 소규모 인터넷(망) 즉 LAN(Local Area Network)망으로 보아야 합니다.

따라서 제어시스템에 사용되는 각종 부품들에 하자가 없어야 함은 재론의 여지가 없지만 “신호를 전송하는 망(Network)”도 부품 이상으로 좋아야 제어시스템은 완벽한 동작을 하게 된다는 것입니다.

3. 제어 결함의 진원지

그런데 제어시스템(망)이 다기능화 하다보니 전기적인 안정성이 결여되어 하이스켄이라는 측정기로는 진단이 안되는 고장들이 생겨나고 있다는 것입니다.

이러한 고장의 진원지는 “제어시스템(망) 즉 네트워크(망) 결함” 때문입니다.

즉 연료형자동차는 여러 기술 분야를 집대성하여 하드웨어로 제작하고 소프트웨어로 동작하도록 설계하고 있지만 동작과정에 새로운 “제3의 소프트웨어 영역” 이 생겨나고 있습니다.

이 제3의 소프트웨어 영역이란 용량(C) 유도(L) 저항(R) 절연(Z)등을 가지고 있는 부품과 선로에 전기를 흐르게 하면 용량성(Xc) 유도성(Xl) 저항성(Ro) 절연성(Zo)등의 새로운 분포정수 영역이 생겨납니다.

* 자동차가 전자화로 발전함에 따라 무시 할 수 없는 새로운 영역임

이들 분포정수는 부품 질, 온. 습도, 엔진열 등에 따라 수치가 수시로 변하면서 기존의 신호와 데이터들을 변형(왜곡, 지연, 가감 등) 시켜 엔진동작을 방해하게 됩니다.

이로 인하여 차 년식이 늘어 날수록 부품들의 질과 전송기능이 나빠져서 엔진제어가 잘 안되어 연비와 배출가스가 동시에 나빠지게 되는 것입니다.

* 성능(100%) = 효율(%) +손실(%)중 손실 증가가 원인

또한 이 제3의 소프트웨어영역은 전송선로 또는 ECU전원(12V/5V)선을 타고 ECU로 유입되어 안정성이 취약한 IC를 소손 또는 소프트웨어적으로 Lock을 걸어버립니다.

그러다보니 IC가 소손시에는 ECU고장으로 차가 동작을 못하게 되고, Lock이 걸리면 ECU는 5V전원을 최대의 입력신호로 인식(착각)하여 최대의 출력펄스를 만들어 엔진을 제어하기 때문에 이때는 외부에서 어떠한 입력변화를 주어도 “제어불능 상태”가 생기는 것입니다.

이런 제어불능 상태를 자동차에서는 급발진이라고 할 수 있으며, 원자력 발전소의경우는 일본의 후쿠시마 원전사고가 좋은 본보기입니다.

하지만 자동차에 관여하는 대다수의 전문가, 연구가 그리고 공학도들은 이런 현상을 기계적인 문제로만 보고 접근하고 있다고 봅니다.

4. 해결방법

* 제3의 소프트웨어 영역을 전자적으로(등가적으로) 제거 또는 억제 시켜 제어기능(제어시스템)을 안정화 시켜주어야 합니다.

* 또한 배기기능 정보를 연소기능으로 피드백(Feed Back)시키는 회로망을 등가적으로 구성시켜 “엔진과 배기장치를 하나의 시스템”으로 동작하도록 해주어야 합니다.

* 제품 구성도 (TPS/APS)

가. ERD 설치(전) 전기적인 계통도

이러한 방식은 연비와 배출가스측면에서 보면 현재의 연소후처리방식(External Process System)의 결점을 보완하는 연소내처리방식(Internal Process System)에

해당하고, 종합성능 면에서 보면 “제어시스템(망) 또는 네트워크(망)” 안정화에 해당합니다.

5. 효과와 결론

그러므로 제어시스템 안정화와 연소내처리방식(Internal Process System)을 적용하면

* 연비가 개선되면서 동시에 배출가스(매연)를 50%~70% 개선시킬 수 있고

* 운행중 시동꺼짐과 이상 동작 등의 현상을 없앨 수 있으며

* 기타 성능을 신차 처럼 지속적으로 유지시 킬 수 있습니다.

본 제품(ERD)은 15년간 시중에 운행되는 국내.외 차종의 70~80%에 적용하였으므로 이제는 귀사가 직접 샘플 테스트를 하여 차 개발시부터 적용한다면 귀사는 새로운 자동차 역사를 만들 수 있습니다.

정몽구 회장께서 차는 10년 후에도 새 것과 다르지 않도록 만들어야 한다고 하셨다는 기사를 보았습니다.

회장님의 경영철학을 창출하기 위해서는 기계분야와 전기. 전자분야가 복합적으로 동작하는 과정에 발생하는 “제3의 소프트웨어 영역을 더욱 연구하여 개선”해주어야만 10년이 지나도 성능이 변하진 않는 “고효율 성능의 자동차”를 만들 수 있다고

확신하므로 제안을 드려봅니다.

<제공=ERD>

※ 각종 첨부 자료

1. 제품사진

2. ERD에 의한 출력변화 그래프

3. 배출가스(매연) 개선 비교표

4. 전자파 자료

■ 각종 첨부 자료 ■

1. 제품 사진
​

2. ERD에 의한 출력변화 그래프

​

​

3. 배출가스(매연) 개선 비교표

가. 환경공단산하 해운대검사소에서 측정한 자료

<차 제원 : 2008년/22만km/산타페> 

       < ERD 설치 (전) 매연이 37%가 나오는 파형>

* 보는 요령 : 바닥에 깔려있는 "빨강선이 매연그래프"임.

< ERD 설치 (후) 매연이 2%로 저감된 파형> 

* 보는 요령 : 바닥에 깔려있는 "빨강선이 매연그래프"임.

나. 환경부 수도권대기환경청에서 측정한 동영상(쏘렌토 01노1795)

ERD장착전 동영상 

다. 환경부 수도권대기환경청에서 측정한 매연 집계표 

<측정기간 : 2013.11.01∼ 2014.01.07(67일간)