전기장치 점검
점화장치 점검①
가솔린 엔진 및 LPG엔진에서 점화장치는 연소실 내에서 점화 플러그를 이용해 아크 방전을 통해 혼합가스(연료+공기)를 태워주는 기능을 가지고 있다. 이 기능은 차에 있어 출력 및 연비, 배출가스, 비정상연소 등 엔진에 지대한 영향을 미치기도 한다. 이번 호부터 2회에 걸쳐 점화장치의 기능에 대해 알아본다
김영진「한국오토모티브컬리지 교수」
1. 기초지식
1) 개요
전자제어식 점화장치는 축전지 점화장치의 결점을 개선해 저속에서 고속까지 안정된 고전압이 발생되며, 점화코일의 1차 전류를 트랜지스터로 단속한다. 또한 점화시기, 점화성능 및 배기가스의 점화를 향상시킨다.
<그림 1> 점화장치의 구성도
2) 특징
① 점화1차코일에 흐르는 전류를 컴퓨터에 의해 제어되므로 저속성능이 향상된다.
② 점화1차코일에 흐르는 전류를 신속하게 단속하므로 고속성능이 향상된다.
③ 접점이 없기 때문에 불꽃을 강하게 해 착화성이 향상된다.
④ 엔진의 상태를 검출해 최적의 점화시기를 컴퓨터가 조절한다.
⑤ 몰드형 점화코일을 사용하므로 완전연소가 가능하다.
⑥ 노킹발생 때 점화시기를 컴퓨터가 조절해 노킹을 제어한다.
3) 몰드형(폐자로형) 점화코일
점화코일은 자기유도작용과 상호 유도작용을 이용해 저전압을 고전압으로 승압시키는 역할을 하며, 철심을 통해 자력선의 통로가 형성되기 때문에 자속이 증가된다.
(1) 2차전압을 높이기 위한 방법
① 1차코일의 권수를 증가시켜 2차전압을 승압시킨다(1차전류를 단속할 때 1차코일에서 전류를 발생시키는 시간이 늦어져 2차전압이 낮아진다).
② 1차코일에 흐르는 전류를 증가시켜 2차전압을 승압시킨다.
(2) 몰드형 점화코일의 특징
① 1차코일의 권수를 감소시켜 자기 유도 기전력이 낮다.
② 유도 기전력이 낮아 1차코일에서 전류를 발생시키는 시간이 빨라진다.
③ 1차 전류가 증가되고 철심의 양이 많아 자속이 증가된다.
④ 자속이 증가됨에 따라 2차전압이 향상된다.
<그림 2> 몰드형 점화코일의 구조와 단면도
4) 파워 트랜지스터
(1) 기능 및 구성
① 컴퓨터의 제어신호에 의해 점화1차코일에 흐르는 전류를 단속하는 역할을 한다.
② 베이스(IB)단자: 컴퓨터에 접속되어 컬렉터 전류를 단속한다.
③ 컬렉터(0C)단자: 점화코일 ?단자에 접속되어 있다.
④ 이미터(G): 차체에 접지되어 있다.
<그림 3> 파워트랜지스터의 구성 및 회로
(2) 작동
① 크랭크각센서의 점화신호가 없을 때는 베이스에 전류를 공급해 점화 1차코일에 전류가 흐르도록 한다.
② 점화신호가 입력되면 베이스 전류를 차단해 점화2차 코일에 고전압이 발생되도록 한다.
5) 배전기
(1) 구조
① 점화코일에서 유도된 고전압을 점화순서에 따라 각 점화플러그에 보내는 역할을 한다.
② 전류가 흐르면 빛을 발생하는 발광 다이오드 2개가 설치되어 있다.
③ 발광 다이오드의 빛을 받아 역방향으로 전류가 흐르는 포토 다이오드 2개가 설치되어 있다.
④ 발광 다이오드와 포토 다이오드 사이에서 빛을 단속하는 디스크가 설치되어 있다.
⑤ 분사순서를 결정하기 위해 상사점 위치를 검출하는 TDC센서가 설치되어 있다.
⑥ 분사시기를 결정하기 위해 크랭크각을 검출하는 크랭크각센서가 설치되어 있다.
<그림 4> 배전기의 구조
(2) 크랭크각 센서
① 크랭크축의 회전각도를 검출한다.
② 점화시기를 결정하기 위한 신호로 이용된다.
③ 엔진의 회전수를 연산하는 신호로 이용된다.
④ 엔진 회전속도에 따른 점화시기를 조절한다.
(3) TDC센서
① 4실린더 엔진의 경우: 1번 실린더 압축 상사점을 검출한다.
② 6실린더 엔진의 경우: 1번, 3번, 5번 실린더의 압축 상사점을 검출한다.
③ 연료 분사순서 및 점화순서를 결정하기 위한 신호로 이용된다.
④ 각 실린더의 점화순서에 따른 점화시기를 결정한다.
6) 전자배선(DLI) 점화장치
(1) 개요
① 2개의 실린더를 1개조로 하는 점화코일이 설치되어 직접 점화플러그에 고전압을 전달한다.
② 2차 고전압을 압축행정과 배기행정 끝에 위치한 실린더의 점화플러그에 분배한다.
③ 배전기 없이 점화코일에서 직접 점화플러그에 고전압을 분배한다.
<그림 5> DLI 점화장치 구성품
(2) 특징
① 배전기가 없기 때문에 전파 장해의 발생이 없다.
② 정전류 제어방식으로 엔진의 회전속도에 관계없이 2차전압이 안정된다.
③ 전자적으로 진각시킴으로 점화시기가 정확하고 점화성능이 우수하다.
④ 고전압이 감소되어도 유효에너지의 감소가 없기 때문에 실화가 적다.
⑤ 범위에 제한이 없이 진각이 이루어지고 내구성이 크다.
⑥ 전파방해가 없으므로 다른 전자제어장치에도 장해가 없다.
⑦ 고압 배전부가 없기 때문에 누전의 염려가 없다.
⑧ 실린더 별 점화시기 제어가 가능하다.
(3) DLI의 종류
① 코일분배식
㉮ 점화코일에서 직접 고전압을 점화플러그로 분배시키는 방식이다.
㉯ 동시점화식
1. 1개의 점화코일로 2개의 점화플러그에 고전압을 분배시킨다.
2. 압축상사점과 배기상사점에서 동시에 점화시키는 방식이다.
㉰ 독립점화식
1. 1개의 점화코일로 1개의 점화플러그에 고전압을 분배시킨다.
2. 실린더 수만큼 점화코일이 필요하다.
② 다이오드 분배식
㉮ 1개의 점화코일에 의해 2개의 실린더에 고전압이 공급된다.
㉯ 다이오드에 의해 1개의 실린더에만 출력을 보내 점화시키는 방식이다.
<그림 6> 점화방식의 종류
7) 고압케이블
(1) 일반케이블
① 고전압을 점화코일에서 배전기에 전달한다.
② 고전압을 배전기에서 점화플러그로 전달한다.
③ 중심부의 도체가 고무 절연체로 보호되어 있다.
④ 1m 당 약 15Ω 정도의 균일한 저항을 가지고 있다.
(2) TVRS케이블
① 케이블 전체에 걸쳐 10㏀의 저항을 가지고 있다.
② 고압케이블에서 고주파 발생을 방지하는 역할을 한다.
③ 라디오나 무선 통신기기의 고주파 소음을 방지한다.
※Tip - 고주파 잡음 방지
① 불꽃 발생원에 콘덴서를 병렬로 접속해 고주파 전류를 흡수하도록 한다.
② 불꽃 발생원의 주위에 금속으로 실드해 전파의 방사를 방지한다.
③ 회로에 저항을 직렬로 접속해 진동 전류를 감쇠시킨다.
8) 점화플러그
(1) 기능
① 점화코일에 유도된 전류로 불꽃방전을 일으켜 혼합기에 점화시키는 역할을 한다.
② 실린더 헤드의 연소실에 설치되어 있다.
<그림 7> 점화플러그 설치위치 및 구조
(2) 점화플러그의 구조
① 셀: 점화플러그의 외곽을 이루고 있는 금속부분으로 셀의 아래부분은 나사 피치와 접지 전극이 설치되어 있고 셀의 위 부분에는 렌치를 끼울 수 있는 6각이 있다.
② 절연체: 내열성 및 절연성이 높은 알루미나의 자기로 되어 있으며, 중심 전극의 지지와 고전압의 누전을 방지한다. 윗부분에는 고압 전류의 프랠시 오버를 방지하기 위해 리브가 있다.
③ 전극: 중심 전극과 접지 전극으로 구성되어 있으며, 전극 모두 부식에 강한 니켈 합금이 사용된다. 고전압의 전류가 흐르면 불꽃이 발생된다.
(3) 자기청정온도
① 엔진이 작동되는 동안 전극이 유지하는 온도를 자기청정온도라 한다.
② 전극부의 온도가 450～600℃를 유지해야 한다.
③ 400℃ 이하이면 카본이 부착되어 방전 간극이 작아지므로 실화가 발생된다.
④ 700～800℃에 이르면 조기점화가 발생되어 엔진의 출력이 저하된다.
(4) 점화플러그의 열가
① 점화플러그에 받는 열의 방열 정도를 나타내는 것을 열가라 한다.
② 냉형플러그
㉮ 방열효과가 높은 특성을 가진 점화플러그이다.
㉯ 방열 경로가 짧은 것으로 고압축비, 고속회전의 엔진에 사용된다.
③ 열형플러그
㉮ 방열효과가 낮은 특성을 가진 점화플러그이다.
㉯ 방열 경로가 긴 것으로 저압축비, 저속회전의 엔진에 사용된다.
<그림 8> 점화플러그 열가 및 자기돌출형 플러그
(5) 프로젝티드 코어 노스 플러그
㉮ 고속운전 때 방열효과를 향상시키기 위한 점화플러그이다.
㉯ 절연체를 셀의 끝 부분보다 더 노출시킨 점화 플러그이다.
2. 점화장치 탈부착점검
1) 점화코일 점검
(1) 점화코일 탈부착
① 축전지 ?케이블을 분해한다.
② 하이텐션 케이블을 분리한다.
③ 점화코일 배선 커넥터를 떼어낸다.
④ 점화코일을 분리한다.
<그림 9> 하이텐션 케이블 및 점화코일 분해
(2) 점화코일 1?2차 저항 점검
① 1차코일 저항 점검
㉮ 멀티테스터의 선택 레인지를 R에 위치시킨다.
㉯ 테스터 리드선의 프로브를 접촉시켜 0점을 조정한다.
㉰ 점화코일의 ?단자와 ?단자 사이의 저항을 측정한다.
② 2차코일 저항 점검
㉮ 멀티테스터의 선택 레인지를 10㏀에 위치시킨다.
㉯ 테스터 리드선의 프로브를 접촉시켜 0점을 조정한다.
㉰ 점화코일 ?단자와 2차 단자 사이의 저항을 측정한다.
<그림 10> 현대 및 대우차 점화코일 점검요소
(3) DLI엔진 점화코일 1?2차 저항 측정
① 1차 코일 저항 점검
㉮ 멀티 테스터의 선택 레인지를 R에 위치시킨다.
㉯ 테스터 리드선의 프로브를 접촉시켜 0점을 조정한다.
㉰ 1번과 4번 실린더용 점화코일의 ?단자와 ?단자, 2번과 3번 실린더용 점화코일의 ?단자와 ?단자 사이의 저항을 측정한다.
<그림 11> 1차코일 및 2차코일 저항점검
② 2차 코일 저항 점검
㉮ 멀티 테스터의 선택 레인지를 10㏀에 위치시킨다.
㉯ 테스터 리드선의 프로브를 접촉시켜 0점을 조정한다.
㉰ 1번 실린더 2차 단자와 4번 실린더 2차 단자, 2번 실린더 2차 단자와 3번 실린더 2차 단자 사이의 저항을 측정한다.
③ 차종별 제원표
차종 항목 점화코일 저항
1차저항(Ω/ 20℃) 2차저항(㏀/ 20℃)
베르나(DIS) 0.87±10% 13.0±15%
EF쏘나타 1.8, 2.0 0.78 20
EF쏘나타 2.5(DIS) 0.67～0.81 11.3～15.3
엘란트라 0.80±0.08 12.1±1.8
아반떼XD(DIS) 0.50±0.05 12.1±1.8
마티즈 1.20±10% 12.1±15%
세피아 0.81～0.99 10～16
크레도스 0.45～0.55 13～15
레조(DIS) 0.45～0.55 4.8～5.40
2) 배전기 점검
(1) 옵티컬 배전기 탈부착
① 축전지 ?케이블을 분리한다.
② 클립을 누르면서 공기온도 센서 배선 커넥터를 분리한다.
③ 공기 흡입 튜브 클램프를 풀고 튜브를 분리한다.
④ 에어클리너, 레조네이터, 스노클 어셈블리를 떼어낸다.
<그림 12> 커넥터 및 튜브 분리
<그림 13> 스노클 어셈블리 분해순서
⑤ 커넥터 로크를 눌러 당기면서 옵티컬 센서 배선 커넥터를 분리한다.
⑥ 배전기로부터 하이텐션 케이블 및 클립을 분리한다.
⑦ 배전기 어셈블리를 분리한다.
<그림 14> 커넥터 및 케이블 분리
<그림 15> 배전기 어셈블리 분리순서
(2) 배전기 어셈블리 분해
① 배전기 하우징에서 캡 및 실과 로터를 분리한다.
② 배전기 하우징에서 외측 및 내측 커버를 분리한다.
<그림 16> 캡 및 로터 분리
<그림 17> 커버분리 순서
③ 배전기 하우징에서 어댑터 및 옵티컬센서 커버를 떼어낸다.
④ 배전기 하우징에서 디스크 및 옵티컬센서 유니트를 분리한다.
<그림 18> 어댑터 및 센서분리
<그림 19> 디스크 및 센서 유니트 분해순서
⑤ 배전기 하우징에서 베어링 플레이트를 분리한다.
⑥ 배전기 하우징에서 커플링, 샤프트 및 베어링을 분리한다.
⑦ 분해의 역순으로 조립한다.
<그림 20> 배전기 로터와 캡 점검
(3) 배전기 로터와 캡 점검
① 배전기 캡의 균열 또는 손상 여부를 점검한다.
② 배전기 캡 전극부의 손상, 마모 또는 카본의 부착을 점검한다.
③ 로터의 손상 또는 카본의 부착을 점검한다.
<그림 21> 배전기 로터와 캡 점검
3. 파워 트랜지스터 점검
1) 기초지식
파워TR은 컴퓨터(ECU)의 신호를 받아 점화코일에 흐르는 1차 전류를 ON, OFF시키는 NPN형 트랜지스터이다. 단자의 구성은 컴퓨터에 의해 제어되는 베이스(IB)단자, 점화코일?와 접속되는 컬렉터(0C) 단자, 그리고 차체에 접지되는 이미터(GND) 단자로 되어 있다.
<그림 22> 파워트랜지스터 단자의 구성
<그림 23> 파워트랜지스터 회로도
※Tip - 트랜지스터는 아날로그 멀티 테스터를 사용해 점검하며 아날로그 테스터에 내장되어 있는 건전지의 ?쪽이 테스터 ?단자에 접속되어 있고, 건전지의 ?쪽이 테스터의 ?단자에 접속되어 있으므로 적색 프로브는 반도체에 ?가 가해지고 흑색 프로브는 반도체에 ?가 가해지므로 순방향과 역방향을 혼동하지 않도록 주의해야 한다.
2) 점검방법(주의: 아날로그 멀티 테스터 사용)
파워TR의 점검은 아날로그 멀티 테스터의 메인 셀렉터를 R로 선정한 후 점검한다.
① 컬렉터(C)와 이미터(E) 사이의 순방향 저항은 적색 프로브를 이미터(GND)단자에, 흑색 프로브를 컬렉터(0C) 단자에 접속한다.
② 컬렉터(C)와 이미터(E) 사이의 역방향 저항은 적색 프로브를 컬렉터(0C) 단자에, 흑색 프로브는 이미터(GND)단자에 접속한다.
③ 베이스(B)와 이미터(E) 사이의 순방향 저항은 적색 프로브를 이미터(GND) 단자에, 흑색 프로브를 베이스(IB)단자에 접속한다.
④ 베이스(B)와 이미터(E) 사이의 역방향 저항은 적색 프로브를 베이스(IB)단자에, 흑색 프로브를 이미터(GND)단자에 접속한다.
3) 통전시험
(1) A형 파워TR
① 파워TR의 커넥터를 분리한다.
<그림 24> 파워트랜지스터의 위치와 단자
② 그림과 같이 파워TR 커넥터 1번 단자에 ?, 2번 단자에 ?전원(1.5V 건전지)을 연결하고 전원을 ON 및 OFF시키면서 0C(컬렉터)와 GND(이미터)단자 사이의 통전을 점검한다.
③ 통전을 점검할 때에는 아날로그 멀티 테스터의 적색 프로브는 GND단자에, 흑색 프로브는 0C단자에 연결한다.
단자 IB와 GND 파워TR단자 GND와 0C
전원 ON 통전됨
전원 OFF 통전안됨
<그림 25> 파워트랜지스터 단자
<그림 26> 통전시험
(2) B형 파워TR
① 제1번과 제4번 실린더용 파워TR에 1.5V 건전지의 ?를 파워TR 3번 단자에 연결하고, ?를 4번 단자에 연결했을 때 5번 단자와 3번 단자 사이의 통전을 점검한다. 이때 테스터의 흑색 프로브를 파워TR의 5번 단자에, 적색프로브를 3번 단자에 연결한다.
단자 4와 건전지?와 단자3 건전지? 파워TR 단자5와 3
전원연결(ON) 통전됨
전원분리(OFF) 통전안됨
<그림 27> 파워트랜지스터 통전시험
② 제2번과 제3번 실린더용 파워TR
1.5V 건전지의 ?를 파워TR의 3번 단자에, ?를 2번 단자에 연결했을 때 1번 단자와 3번 단자사이의 통전을 점검한다. 이때 테스터의 흑색 프로브를 파워TR의 1번 단자에, 적색 프로브는 3번 단자에 연결한다.
단자2와 건전지? 파워TR 단자 1과 3
전원연결(ON) 통전됨
전원분리(OFF) 통전안됨
<그림 28> 파워트랜지스터 커넥터 단자 및 회로
(3) C형 파워TR
① 단자번호 및 단자명
단자번호 기호 단자명칭 비고
1 G 접지단자
2 G 접지단자
3 CC 점화코일?단자
4 IB ECU단자
<그림 29> 파워트랜지스터 통전점검
② 점검방법
아날로그 멀티 테스터의 적색 프로브를 3번 단자에, 흑색 프로브를 1번 단자 또는 2번 단자에 1.5V 건전지 ?전원을 파워TR의 커넥터 2번 단자에, ?전원을 4번 단자에 연결해 통전여부를 점검한다.
단자 4번(건전지?)과 단자 1, 2(건전지?) 파워TR 단자1과 3
전원연결(ON) 통전됨
전원분리(OFF) 통전안됨
(4) D형 파워TR
<그림 30> 파워트랜지스터 회로도
① 제1번 및 제4번 점화코일측
파워TR의 7번 단자에 1.5V 건전지 ?를 연결하고 6번 단자에 ?를 연결했을 때 3번 단자와 7번 단자 사이의 통전을 점검한다. 이때 테스터의 흑색 프로브를 3번 단자에, 적색 프로브를 7번 단자에 연결한다.
단자6과 건전지? 파워TR단자 3번과 7
전원연결(ON) 통전됨
전원분리(OFF) 통전안됨
<그림 31> 파워트랜지스터 통전점검
② 제2번 및 제5번 점화코일측
파워TR의 7번 단자에 1.5V 건전지의 ?를, 5번 단자에 ?를 연결했을 때 2번 단자와 7번 단자 사이의 통전을 점검한다. 이때 테스터의 흑색 프로브를 2번 단자에, 적색 프로브를 7번 단자에 연결한다.
단자 5와 건전지? 파워TR단자 2와 7
전원연결(ON) 통전됨
전원분리(OFF) 통전안됨
③ 제3번 및 제6번 점화코일측
파워TR 7번 단자에 1.5V 건전지 ?를 연결하고 4번 단자에 ?를 연결했을 때 1번 단자와 7번 단자 사이의 통전을 점검한다. 이때 테스터의 흑색 프로브를 1번 단자에, 적색 프로브를 7번 단자에 연결한다.
단자 4와 건전지? 파워TR 단자 1과 7
전원연결(ON) 통전됨
전원분리(OFF) 통전안됨
※Tip - 위 점검에서 파워트랜지스터가 오작동 때에는 교환해야 한다.
【그림캡션】
그림1 - 수온센서 대기압센서 축전지전압 TPS AFS 크랭크신호 컴퓨터 점화시기 조정 커넥터 파워트랜지스터 크랭크각센서 배전기 축전지 점화코일 디스크 점화플러그
그림2 - 1차단자 철심 고압단자 1차코일 2차코일 고압단자 1차코일 2차코일 1차단자 중심철심 옆철심
그림3 - 2(접지) 1(ECU) 3(점화코일) 1: 베이스(IB) 2: 이미터(GND) 3: 컬렉터(OC)
그림4 - 센서 유니트 플레이트 스크루 부싱 디스크 발광다이오드 크랭크각센서용 슬릿 포토다이오드 1번 실린더 TDC 센서용 슬릿
그림5 - 점화코일 점화스위치 점화플러그
그림6 - (a) 동시점화방식 (b) 독립점화방식 (c) 다이오드 분배 점화방식
그림7 - 점화플러그 실린더헤드 밸브 피스톤 실린더 단자 리치 접지간극 6각부 개스킷 중심전극
그림8 - 냉형(고열용) (중열용) 열형(저열용) 프로젝트양
그림10 - 고압단자 1차 메탈접지를 긁어 깨끗이 함 저항계 B+터미널 저항계 C- 및 타코미터 터미널 저항계
그림11 - 1번과 4번 실린더용(점선) 2번과 3번 실린더용(실선)
그림21 - 로터 전극 배전기 캡
그림22 - GND(접지) IB(ECU) OC코일(-)
그림25 - GND(접지) IB(ECU) OC코일(-)
그림28 - 점화코일 파워회로
그림29 - 건전지
그림30 - 커넥터 점화스위치 점화코일 2번 단자 점화코일 1번 단자 점화코일 4번 단자 타코미터 파워 트랜지스터
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