김인옥「오산 그린카프라자 대표」
전기는 눈에 보이지 않지만 전기적 기초 지식을 바탕으로 기본적인 원리나 사고 방법을 미리 연습해 두면 실전정비 진단작업에 있어 큰 어려움이 없을 것이라는 것이 필자의 생각이다. 즉, 전기장치는 이론적으로 명확하게 체계화되어 있고 어떤 트러블이라도 이론적인 해석이 가능하다는 것이다. 다만 잘못된 지식과 사고를 가지고 있으며, 알고 있지만 외형 정도의 지식만을 가지고 실전에서 임기응변하려는 자세가 문제다.
자동차에 설치되어 있는 전기장치 및 부품들의 중요도로 보면 역시 엔진의 전장품일 것이며 그중에서도 가장 중요한 역할을 하고 있는 것은 점화장치라고 할 수 있다. 다른 장치나 부품도 마찬가지겠지만 점화장치의 좋고 나쁨은 곧바로 엔진의 성능에 영향을 주며 주행성능에 직접적인 관계가 있기 때문이다. 이런 이유로 몇 회에 걸쳐 점화장치의 이론적 실전해석과 실전 진단방법을 전하고자 한다.
점화 코일에 대한 몇 가지 기초지식
점화장치하면 점화 플러그와 점화 코일을 떠올리게 되는데 우선 코일에 대한 몇 가지 기초지식을 알아보자.
코일이라고 하면 도선을 나선형으로 휘감은 것으로 자동차뿐만 아니라 가전제품에서도 흔히 볼 수 있다. 코일의 성질을 이해하는 과정에 몇 가지 중요한 점이 있다.
첫 번째가 자석으로서의 성질이고, 두 번째가 자체유도 작용인데 코일은 도체를 휘감았을 뿐이므로 단지 전기가 흐를 뿐이라고 생각하기 쉽지만 그 전류를 변화시키면 여러 가지 성질을 나타낸다. 세 번째는 트랜스의 원리가 되어 있는 즉, 2개 이상의 코일을 병렬하거나 포개었을 때 각 코일간의 간섭에 의한 상호유도 작용이라는 것이다. 네 번째는 유도 리액턴스라고 해서 교류에 대해 저항작용을 하며, 다섯 번째는 콘덴서와 협력해서 공진현상을 일으킨다는 점이 있다.
이 중에서 세 번째까지는 필수적으로 알고 있어야 할 내용들이고 나머지는 정비현장에서 많은 비중을 차지하지는 않지만 점화 1차나 2차 파형을 분석할 때 필요하므로 숙지할 필요가 있다.
도선에 전류가 흐르면 그 주위에 자장이 형성되는 현상을 전류의 자기작용 또는 전자작용이라 하는데 도체 주위 자력선의 방향은 <그림 1>과 같이 오른 나사법칙(오른 나사를 조일 때 나사의 진행방향은 전류의 방향이고 나사의 회전 방향은 자력선의 방향이 됨) 또는 오른손 법칙(오른손의 엄지를 전류의 흐름방향이라고 하면 나머지 손가락을 움켜쥔 쪽의 방향으로 자력선이 발생)이 적용된다.
이런 과정으로 전류의 방향이 바뀌면 자력선의 방향도 같이 변화하게 된다. 아무튼 이 원리를 모르면 코일의 작용을 이해하지 못하게 되는데 전류와 자기장과는 일정한 관계가 있으며 앞에서 말한 바와 같이 도선에 흐르는 전류의 변화로 인해 자기장의 변화가 발생하고 반대로 자기력선의 변화에 의해 전류가 발생한다는 것이다.
원형전류(원형의 도선에 흐르는 전류)에 의해 생기는 자기장의 방향은 직선도선에서와 마찬가지로 오른나사의 법칙에 의해 그 방향을 결정할 수 있다.
<그림 2>와 같이 원형 도선 안에서의 자력선 방향은 도선의 어느 부분에 대해서도 같은 방향이 되기 때문에 자기장의 방향은 원의 면에 수직이며 나사를 전류의 방향으로 돌릴 때 나사의 진행방향이 된다. 원형도선 밖에서는 도선의 안에서와 반대방향이 되며 도선의 안과 밖 전체로는 직선도선에서와 같이 오른나사의 방향으로 하나의 동심원 모양을 이룬다.(오른손으로 손가락이 전류의 방향을 가리키도록 코일을 쥐면 엄지손가락은 코일내부 자력선의 방향을 가리키며 N극이 됨<그림 4 참조>)
기다란 원통에 도선을 여러 번 감은 것(감은 형상이 도선의 직경보다 큰 경우)을 솔레노이드라 하며, 이것은 원형전류를 여러 개 겹쳐 놓은 것과 같다. 솔레노이드에 전류를 흘리면 원형전류에서 보인 자기장이 여러 번 겹친 것으로 나타나게 되어 솔레노이드 내부에서는 자기력선이 나란하게 등 간격으로 지나가는 균일한 자기장이 된다. 또 내부에서 자기장의 세기는 균일하고 크기는 코일의 감은 횟수와 전류의 세기에 비례한다.
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