자동차용 전자제어 엔진의 체계적 고장 진단에 관한 연구 = Systematic diagnosis of electronically controlled automotive engine failures

국문 초록 (Abstract)

일상생활에서 중요한 역할을 담당하고 있는 자동차의 배기 공해가 우리의 건강과 환경을 위협하게되면서 공해를 줄이기 위한 기술개발 노력이 점차 증가해왔다. 오늘날 생산 시판되는 승용차에는 공해를 저감하기 위한 다양한 기술이 적용되고 있으나 그 기술들 중에서 가장 핵심적인 부분은 엔진의 배기계에 설치되어 공해물질을 정화하는 촉매장치이다. 이 촉매장치가 높은 정화효율로 작동하려면 엔진에 공급되는 혼합기의 공기와 연료의 비율을 이론공연비로 정확하게 유지하는 것이 필수적이다. 이러한 필요성 때문에 100년여간 활용되어온 기화기를 전자제어장치가 급속하게 대체하면서 전자제어 엔진이 등장하고 보편화하게 되었다
우리 나라에서 승용차에 전자제어 엔진이 탑재되기 시작한지도 이미 10년여가 지났지만 아직 소규모 정비업소에서 일하는 대부분의 자동차 정비기술자들에게는 전자제어 엔진의 고장을 효율적으로 진단하는 일이 쉽지 않은 일이다. 한편, 자동차는 환경기준을 충족하도록 제조 출고되었다고 하더라도 사용기간 동안 계속적으로 정비 유지될 때에만 저공해기술의 개발과 적용에 투입된 비용과 노력의 효과를 거둘 수 있을 것이다. 이 논문은 전자제어장치의 기본 원리에 입각하여 정비 대상 엔진을 체계적으로 점검하여 고장 부위를 찾아내는 방법을 제시함으로써 불필요한 사회적 비용과 환경 오염을 줄이는데 기여하고자 추진되었다.
엔진 전자제어장치의 필요성과 발달과정 및 기본적인 원리를 살펴보고, 많은 경우 고장의 직접적인 원인 제공 부품인 센서 및 액튜에이터들의 구조와 이들이 고장났을 때 나타나기 쉬운 증상을 검토하였다. 고장 진단은 확인된 증상을 참고하면서 단계별로 작성된 흐름도에 따라 점검해야할 요소를 순서대로 점검하는 방식을 제시하였으며 마지막으로는 사실상 정비업소에서의 시험과 수리가 불가능한 전자제어장치(ECU)를 의심하도록 구성하였다.
자동차에 탑재되는 전자제어장치의 종류가 다양하며, 유사한 고장 증상을 보이더라도 그 원인은 상당히 다를 수 있고, 동일한 부품 또는 회로에서도 몇 종류의 상이한 고장이 발생 가능하기 때문에 한 개의 고장진단 흐름도로써 모든 차의 엔진 고장을 완벽하게 찾아내기는 불가능하지만 이 연구에서 제시된 흐름도를 차종에 따라 다소간 융통성 있게 적용한다면 전자제어 엔진의 고장 진단과 조치에 소요되는 노력과 비용을 상당히 절감할 수 있을 것이다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Further efforts are put in development of technologies for reducing the exhaust emissions from automobiles since they pose to threaten human health and environment. Among the many low emission technologies that are utilized in modern passenger vehicles the single most imprtant one is the catalytic converter installed in the exhaust stream. For the high conversion efficiency of this catalyst air-fuel ratio of the intake mixture must be accurately controlled within a narrow range around the stoichiometric point. The need for accurate control of the mixture strength brought out a rapid replacement of the carburetors that had been used over 100 years with electronic engine control systems.
Over 10 years have passed since the first introduction of the electronically controlled automotive engines on domestically produced passenger vehicles, but accurate diagnosis of an electronically controlled engine still remains a challenging task for most of the mechanics at small-scale service stations. The cost and efforts invested in development and implementation of the emission reduction technologies will be duly paid off only when the automobiles are properly maintained throughout their lifetime. The current study was initiated with a purpose to reduce unnecessary cost and environmental pollution by proposing a systematic way diagnosing engine failures based on the fundamentals of the electronic engine control.
Starting with a brief overview of necessity and history of the electronic engine control, construction of the sensors and actuators are reviewed together with typical symptoms that result when they fail. Actual diagnosis is a process of checking each element in the control system following a flow chart with the confirmed symptoms as reference. Electronic control unit, which is impossible to check out or repair at the service stations, is the suspicious element assumed at the last steps of the flow chart.
It seems impossible to construct a single diagnostic flow chat to cover all kinds of engines as many different types of electronic control systems are being used, as failures of different origins manifest similar symptoms at times, as different modes of failure may occur in the identical element, etc. The flow chart proposed herein, however, is expected to help considerably reduce efforts and cost in diagnosing engine failures if properly applied with minor adaptive flexibilities for different vehicle types.

목차 (Table of Contents)

• 목차
• 그림목록 = i
• 국문초록 = iii
• 1. 연구의 배경과 목적 = 1
• 2. 불꽃점화식 엔진의 전자제어 = 2
• 2.1 엔진전자제어의 필요성 및 발달과정 = 2
• 2.2 엔진전자제어장치의 종류 = 3
• 2.3 엔진 전자 제어의 원리 = 4
• 2.4 엔진 전자제어계의 구성 = 7
• 3. 전자제어 엔진의 정비용 분석기기 = 26
• 3.1 감각 및 육감 = 26
• 3.2 멀티미터(Multi-Meter) = 26
• 3.3 타이밍 라이트(Timing Light) = 27
• 3.4 오실로스코프(Oscilloscope) = 28
• 3.5 스캐너(Scanner) = 29
• 4. 전자제어계 주요 구성품의 점검 요령 = 30
• 4.1 센서(Sensors) = 30
• 4.2 액튜에이터(Actuators) = 39
• 4.3 기타 = 40
• 5. 체계적 고장 진단 = 43
• 5.1 문진 및 증상 확인 = 43
• 5.2 고장 진단 과정 = 44
• 5.3 현장 정비사례 = 53
• 6. 결론 = 55
• 참고문헌 = 56
• Abstract = 57