엔진경고등 점등과 연료주입구에 대한 진실


연료주입구와 엔진경고등에 관한 진실
- 차량 자가진단 장치 -

주유중 시동을 켜놓으면 엔진경고등이 점등된다?
연료캡을 덜 잠그면 엔진 경고등이 점등된다?

요즘 나온 신차들 동호회에서 심심치 않게 들리는 이야기입니다.
어떤사람은 "그게 무슨 경고등 점등될 고장이냐 차량의 결함을 소비자 과실로 돌리려고한다" 라고 이야기합니다.
하지만 결론만 이야기하면 2005년 이후 출시된 신차의 경우 경고등이 점등될 수 있습니다.

의외로 궁금해 하시는 분들이 많은 것 같아 자동차 연료주입구 혹은 사용설명서에 쓰여 있는
주유시와 엔진경고등에 대해 대해 조금 심도 있게 이야기해보려 합니다.

 

※ 첨부의 그림은 Google 이미지 검색을 이용하여 찾았습니다.
   쓰다보니 내용이 방대해지고 조금 전문적이 되었습니다.
   여유를 갖고 읽어주시기 바라며 이해가 안되시면 사는데 지장없으니 과감히 패스해주세요.

 

  현대/기아차량의 주유도어에 부착된 경고 라벨
(2005년 이후 차종)


우리나라에도 셀프 주유소들이 많이 보급되었습니다.
실제 유명한 셀프주유소는 줄까지 서서 주유를 하더군요.

주유를하기위해 연료주입구를 열면
제일먼저 볼 수 있는 경고 문구가 하나 있습니다.
바로 위와 같은 경고 문구입니다.
(안 붙어 있는 차량도 있습니다.)

참고로 위 그림은 현대/기아차 중 가솔린 차량에 있는 경고문구입니다.
다른 회사차량에도도 비슷한 내용이 연료캡이나 주유구에 있습니다.
신경안쓰신분은 아마 처음보실 수 있습니다.

첫번째 문구야 그렇다치고, 두번째 문구가 조금 의아합니다. 주유캡을 꽉 안닫았다고 엔진경고등까지 점등되다니??

"엔진경고등은 차에 엄청난 고장이 있을 때 들어오는것 아닌가?"
주유구하나 꽉 안닫았다고 고장이라니 조금 이상합니다.
엔진경고등은 심각한 고장일 때 점등하는 것으로 알고 있던 상식과 너무 다릅니다.


현대 쏘나타 사용설명서 (출처:현대자동차 홈페이지)


같은 내용이 취급설명서에도 있습니다.

그리고 설명서에 경고로 쓰여있는 정전기 제거 중요합니다.
셀프주유소 이용할때 보면 접지를 안하시고 주유하시는 분이 의외로 많더군요
기름의 정전용량이 꽤 높기 때문에 차량운행시 연료의 출렁임에 의해 연료탱크에 많은 양의 정전기가 쌓여있답니다.
겨울철 문을 열때 생기는 정전기의 주범이 바로 이 연료탱크죠.

실제 셀프주유가 일반적인 미국의 경우 실제 주유하다 정전기 때문에 화재가나는 경우가 가끔 발생합니다.
안전을 위해 꼭 접지하고 주유하시길 권해드립니다.

저런 경고문구가 처음 붙은 차는 기아자동차의 로체입니다.(현대/기아차 기준)
로체 이전 차량들은 당연히 안붙어있으며
연료캡 안잠궜다고 엔진경고등이 점등되지 않습니다.
로체부터 연료캡이 중요부품이 된것도 아닌데 왜 생겼을까요?
바로 2005년 발효된 국내 강화OBD법규 때문입니다.

앗 OBD는 무엇일까요?
OBD (On Board Diagnostics) 한글로 하면 차량자가진단장치가 되겠습니다.


엔진체크 경고등



바로 위의 그림처럼 엔진경고등이 바로 차량자가진단장치라고 보시면 됩니다.
윈도우의 블루스크린처럼 아주 무시무시한 경고등이죠.
일반적으로 저 경고등이 켜지면 차량에 엄청난 고장이 발생한 것으로 이해하시는분들이 많습니다.

하지만 꼭 그렇지는 않습니다.
이 OBD(차량자가진단장치) 법규가 대기보전법에서 규제하는 법규기 때문이죠.
바로 환경 즉 배출가스에 관련된 장치에 이상이 있을 때 켜지게 되는 경고등입니다.
차량 설명서를 보면 배기가스 제어에 관계된 각종 센서에 이상 또는 연료장치에 누유가 있을 때 점등된다고 되어있습니다.



현대 쏘나타 사용설명서 (출처:현대자동차 홈페이지)



이 OBD라는 법규가 처음 만들어진 곳은 미국 캘리포니아의 대기환경청(CARB)입니다.
전세계에서 환경법규가 가장 강력한 곳이죠.
캘리포니아가 환경에 관련해서 전세계에서 규제가 가장 강력해진 것은
1943년부터 캘리포니아주 로스앤젤레스에 나타난 스모그와 그로 인한 인명피해 때문입니다.

1952년 이 스모그가 자동차 배출가스와 캘리포니아주의 강력한 자외선에 의한 광화학 스모그라는 것이 밝혀지고
1959년 자동차 배출가스 허용기준을 마련하게 됩니다.

이후 1970년 머스키 의원이 제출한 대기정화법을 계기로 전세계 자동차 배출가스 규제를 선도하고 있습니다.
이 강화된 배출가스 법규를 만족하기 위해 1972년 보쉬에서 자동차용 산소센서와 삼원 촉매 장치를 개발하였습니다.
이 삼원 촉매장치의 개발로 카뷰레터식 엔진에서 전자제어 엔진으로 넘어가게 되죠.

주유구 이야기로 시작해서 점점 삼천포로 가고 있는느낌이 들지만,
잠깐 삼원촉매장치에 대해 간략히 집고 넘어갈 필요가 있습니다.

삼원촉매장치란 자동차 배기가스의 3가지 유해물질인 CO(일산화탄소), NOx(질소산화물), HC(탄화수소)를
이산화탄소와 물로 바꾸어주는 장치입니다.
촉매로 귀금속물질인 백금이 쓰이기 때문에 폐차시에도 꼭 재활용해야하는 장치이죠.

아울러 이촉매장치의 백금이 납과 결합하고 납과결합된 백금은 다른 물질과 반응하지 않기 때문에
촉매로서의 기능을 상실하게 됩니다.
삼원촉매장치의 이런 특성 때문에 70년대 후반부터 가솔린의 옥탄가향상제로 첨가되던 납을 빼버린
무연휘발유가 사용되고, 기존 유연휘발유는 법적으로 규제 되게 됩니다.

우리나라의 경우 삼원촉매장치가 달린 전자제어엔진 탑재 차량은 80년대부터 출시 되기 시작했습니다.




공연비에 따른 삼원촉매장치의 효율
(출처 : 자동차공학, 저자 : WILLAM H. CROUSE)





람다값(공연비 14.7:1 = 람다 1)에 따른 삼원촉매 전후의 배기가스
(출처 : 자동차공학, 저자 : WILLAM H. CROUSE)




위의 그림은 공연비에 따른 삼원촉매장치의 효율과 촉매 전후단의 배기가스 양입니다.
주의깊게 볼녀석은 바로 NOx(질소산화물) 입니다.
다른물질들은 공연비가 높을수록 정화가 잘되나 이 질소산화물은 공연비 14.5~14.6 부근에서
최대효율로 정화되며 공연비가 그보다 높아질경우 오히려 공기중의 질소가 촉매를 거치며 산화되어
NOx 발생량이 기하급수적으로 증가합니다.

이때문에 강화된 배출가스 법규를 만족하기위해서는 항상 특정 공연비조건에서 엔진이 구동되어야 합니다.
들어오는 공기량을 측정하여 그에 맞게 연료를 분사해주어야하는 것 입니다.
이런 이유로 삼원촉매장치를 장착한 차량은 각종 센서가 장착되고 그것을 제어해주는 엔진제어유닛(ECU)가 장착됩니다.
이를 전자제어엔진이라고 부릅니다.

즉, 여러분들이 알고있는 전자제어엔진은 결국 배기가스를 줄이기위한 목적으로 개발된 기술인 것이지
결코 연비증가, 출력 증가의 목적이 아닌 것입니다.
이부분에 대한 오해가 가장 많은 것 같습니다.

연비만 따진다면 연료를 조금만 쓰는 것이 좋은데 촉매효율을 위해
공기량에 맞추어 무조건 연료를 분사해주어야하기 때문에 오히려 악영향을 주는 측면도 있습니다.

이런 기술의 발전에 대한 이해가 없기 때문에
30년된 자동차의 연비가 최근 출시된 자동차와 별로 다르지 않다라는 어이없는 뉴스가 나오는 것 입니다.

배기가스는 그 차가 최근 나온차보다 수십배 아니 수백배 더 나옵니다.
촉매장치가 안달린 소형 오토바이가 준중형 승용차 100대 정도의 배기가스를 내뿜고 다니죠.


하지만 고유가시대로 접어들면서 최근 기술 발전은 연비쪽으로 이동하고 있습니다.
고연비차량을 개발하려면 결국 연료를 최대한 적게 분사해야하고 그렇게 되면 어쩔수 없이 NOx는 많이나오고,
딜레마에 빠지게된 것입니다.
이때문에 고압 배기가스 재순환장치 (HP EGR), 저압 배기가스 재순환장치 (LP EGR)
GDI의 NOx 저감을위한 LNT(Lean LOx Trap)등이 개발되고 있는 것입니다.

디젤의 경우 연소방식의 차이로 삼원촉매장치가 요구하는 공연비로 운전이 불가능합니다.
이때문에 연소실에서 나오는 배기가스 자체는 가솔린보다 적으나 NOx를 줄일수 있는 촉매가 없기 때문에
실제 나오는 배기가스가 많은 것 입니다.

최근 NOx를 획기적으로 줄일수 있는 UREA-SCR(요소수 선택적환원촉매)등의 개발로 친환경 디젤이
아마도 고연비와 친환경 두마리 토끼를 모두 잡은 기술로 주목받았지만

최근 폭스바겐이 삽질을한 탓에 어찌 될런지 모르겠네요.





공연비제어를 위한 각종 엔진센서류 들



근데 배기가스저감을 위해 추가된 각종부품들(주로 센서류)이 고장이 난다면 어떻게 될까요?
당연히 공연비제어가 안되고 배기가스가 대량 방출되게 됩니다.
이를 막기위해 1986년 캘리포니아대기 환경청에서 제정된 법이 바로 OBD(차량자가진단장치)인 것 입니다.
법의 주 골자는 아래와 같습니다.

삼원 촉매와 Feedback Control System 을 사용하는 차량은 차량 운전 동안 Emission제어 관련 주요 부품,
즉, 배기 관련 Metering Device 및 EGR System을 고장 진단하고 고장 발생 시 운전자에서 경고하기 위한
On-board Computer 장착 요구 (고장 진단 Code포함) Instrument Panel에
“CHECK ENGINE”이란 문구의 Lamp가 켜져야 함.



초기에는 전자부품의 단선,단락만을 감지하였는데
이점을 보완하고 각 제작사별로 다른 고장코드와 진단장치의 인터페이스를 표준화 한 OBD-II법규가 1996년 발효되었습니다.
현재 이법은 미국전주,유럽,캐나다,일본,한국이 조금씩 수정하여 적용하고 있습니다.

정비소에가시면 손에 들고다니면서 사용하는 진단기가 바로 표준화된 차량용진단기입니다.
요즘은 스마트폰앱으로도 출시되었고 인터페이스단자도 인터넷으로 팔고 있더군요.

이제 기초상식(?)은 이쯤에서 끝내고 주유구 이야기로 다시 돌아가겠습니다.
자동차에서 배출되는 유해물질은 크게 두가지로 나뉩니다. 하나는 위에서설명한 배기가스
그리고 하나는 연료탱크등에서 증발한 유증기(연소하지 않은 탄화수소)인 증발가스입니다.
배기가스와 증발가스의 비율은 약 7:3입니다. 연료탱크에서 증발한 증발가스의 양이 무시하지 못할 정도로 많답니다.

만약에 연료탱크나 연료라인등에 크랙, 구멍이난다면? 1급발암물질인 휘발유가 그냥 대기로 노출되게 됩니다.
이에 CARB(캘리포니아대기환경청)에서는 OBD법규 제정시 연료시스템에 Φ1mm 이상의 리크가 있을 시
진단하여 경고등을 점등하도록 법규를 제정하였습니다
. OBD-II에서는 Φ0.5mm이상의 리크로 강화 되었죠

우리나라는 연료시스템리크진단 관련법이 2005년 발효되었습니다.
현재 미국과 우리나라만 이법을 채택하고 있습니다.

개인적인 견해로는 우리나라가 이법을 채택한 이유는
환경보다는 한미 FTA 와 유럽 자동차 수입 장벽으로써의 역할이 아닐까합니다.

환경측면에서 더욱 효과가큰 다른법규는 채택하지 않았거든요.
이법규를 채택함으로써 유럽자동차회사는 한국에 차를 팔기위해
별도의 연료탱크리크 진단장치를 구비한 한국사양을 별도로 생산해야하는 부담이 생기게 되죠.

여하튼 그럼 연료탱크의 리크는 어떻게 판단할까요?
크게 정압식과 부압식 2가지 방법이 있습니다.




정압식 연료시스템리크진단시스템의 개요



처음 BOSCH가 개발한 방법으로 별도의 공기펌프를 장착하고
진단시 탱크전단 (엔진측)과 후단 (대기측)을 밸브로 막아
탱크를 독립계로 만든다음
펌프를 구동하여 연료탱크를 가압을 하며 펌프의 전류치를 측정 합니다.
이 전류치를 비교하여 연료탱크 리크를 진단합니다.

하지만 펌프의 잦은 고장, 비싼 가격, 실제 리크가 있을 경우 가압함으로
증발가스가 대기로 방출되는점 등의 이유로 몇몇 독일 차량을 제외하고
최근에는 사용하지 않고 있습니다.







부압식 연료시스템리크진단시스템의 개요



대부분의 차량에서 사용하는 방식으로 원리는 정압식과 비슷합니다.
다만 별도의 펌프가 없이 엔진의 흡기 부압을이용하여 탱크를 감압합니다.
일정압력까지 감압되었다면 연료계 전단(엔진측) 후단(대기측)을 막고 압력을 측정합니다.
만약 탱크에 리크가 있다면 압력이 빠르게 대기압으로 회복됩니다. 그 기울기를 갖고 리크를 판단합니다.

이 시스템 역시 정확도 문제 및 엔진이 수시로 정지하는 하이브리드차량에서
사용이 어렵다는 이유등으로
최근에는 차량 주차시 대기온이 떨어지는 것을 이용한
(PV=nRT, 냉장고에 생수통을 넣으면 찌그러지는 현상)
자연부압방식, 별도의 부압펌프를 장착한 방식등으로
발전하고 있습니다.


여기까지는 매우 훌륭합니다.
하지만 이런 연료탱크리크진단시스템이 갖추어진 차량이 출시되고 문제가 생겼습니다.
바로 주유후 연료캡을 잠그지 않거나 덜 잠그는 경우입니다.
이경우 당연히 연료계에 리크가 있다고 판단하고 엔진경고등을 점등하게되는 것 입니다.
문제는 이런 경우가 생각보다 많고, 잦은 엔진경고등 점등으로 소비자들이 불안해하고 불만이 많이 있었습니다.
이래서 탄생한 것이 바로 저 경고문구입니다.

우리나라도 2005년 이장치가 달린후 엔진경고등 점등불만이 급증하고 있습니다.

몇몇 제작사들은 경고문구 대신 별도로 연료캡 경고등을 달게 됩니다.
엔진경고등을 띄우는 것보다는 이편이 소비자 입장에서 받아들이기 훨신 좋으니까요.
오히려 이런것까지 챙겨주는 차량이라고 신기해 하죠.



 


BMW E39(5 Series) 차량의 연료캡 경고 문구 (95년식)
(출처 : BMW 포럼)




 


폭스바겐 전차종의 연료캡 경고등






FORD 2010년 FUSION 의 연료캡 경고등
(출처 : FORD 홈페이지)



하지만 아직 우리나라메이커를 비롯하여 많은 제작사들이 이런 경고등 대신 경고문구가 붙어있습니다.
실제 캡이 잠겨있음에도 이 경고등이 켜진다면 상당히 민망한 상황이 발생하니까요.
정확한 인식을 위해서는 차량개발시 수많은 평가를 해야하고 그만큼 인원이 추가로 필요로 하고
인식을 잘못했을 경우 오히려 역효과가 나기 때문이죠.


FORD의 경우 더나아가 연료캡 문제를 근본적으로 해결한 차량은 2009년부터 출시하고 있습니다.
바로 캡이 없는 Capless 주유구입니다.
캡없이 바로 주유건을 꽂고 주유하고 그냥 빼는 주입구이죠.
이런것 하나 있으면 정말 편할 것 갖지 않습니까?

하지만 이 시스템의 경우 긴급주유 (말통등)가 어렵고
최근 내구 문제가 있는 것으로 알고 있습니다. 

한국에서도 셀프주유가 확대된다면 이런 차량이 출시 될수도 있겠죠..


















2011년 Lincoln MKZ의 주유구



주유구에 붙어있는 조그만 경고문구하나가 나오기 까지 이렇게 많은 이야기가 숨어있답니다.

자동차는 수많은 법규로 규제를 받고 그 법규로 인해 기술이 발전하기고 혹은 역으로 기술의 발전으로 법규가 바뀌기도합니다.
또한 유저들의 불만에 의해 제작사가 그것을 개선하기 위해 기술을 개발하기도 합니다.
자동차 왕국 미국에서는 이 소비자들의 불만을 조사하여 점수화 하여 매년 발표하는 잡지까지 있죠.

또한 사용자가 당연하다고 생각하는 것들이 실제로는 수많은 사람들의 땀과 노력의 산물인 경우가 많습니다.

주유건 으로 주유하는 아주 당연한 일도도
실제로는 전세계의 수많은 주유건으로 외기온, 주유속도에 따른 평가를 거쳐
넘치지는 않는지 혹은 주유가 안되는 경우가 없는지 확인한뒤 문제가 있으면 개선하는 과정을 거쳐 차량이 출시됩니다.
    (실제 처음 차를 만들면 대부분 주유중 넘치거나, 주유중 주유건건이 멈추어 주유가 되지 않습니다.)

 

 

 
※ 인터넷과 자동차공학에서 발취한 내용으로 마음껏 퍼가셔도 됩니다.

 

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