자동차 전문 이야기 - 점화장치의 구성요소와 원리

점화 장치의 작동 원리

디젤 차량을 제외한 모든 내연 기관의 점화 장치는 점화 플러그의 중심 전극에서 접지 전극으로 전기가 흐르기 위해 강력한 스파크가 만들어져야 합니다. 두가지의 코일로 이루어져 있으며, 1차 코일은 배터리에 연결되어 있고 2차 코일은 분배기로 연결되어 있습니다. 우선 1차 코일으로 배터리의 12V의 전압이 들어오는데 여기에 연결된 회로를 열었다 닫았다를 반복하게 되면 2차 코일에는 코일을 감은 횟수가 다르기에 높은 전압이 유도되어 2차코일에는 20000~25000V의 전압이 분배기를 통해 점화 플러그의 중심 전극와 접지 전극의 사이에 스파크를 발생시키게 됩니다. 연소실내 최대의 폭발을 발생시키기 위해선 4행정 중 압축 행정에서 적절한 순간에 스파크를 발생시키야 합니다. 초기에는 완전한 기계식 분배기를 사용했습니다. 그 이후 솔리드 스테이트 스위치와 점화 제어 모듈이 장착된 하이브리드 분배기가 적용되기 시작했습니다. 현재에는 완전한 전자식 점화 장치가 사용되어 지고 있습니다.

점화 장치의 구성요소

점화 장치는 배터리의 12V의 전압으로 고전압을 발생시켜 점화 플러그로 실린더 내부에 스파크를 발생시켜 폭발을 일으켜 엔진을 구동시키게 됩니다. 대표적인 구성 요소로는 점화 코일과 점화 플러그, 그리고 배전기가 있습니다. 점화 코일은 점화 플러그의 스파크 발생을 유도하는 코일로서, 흔히 이그니션 코일이라고 부릅니다. 그리고 점화 코일에서 발생된 유도 전압은 배전기를 통해 각각의 점화 플러그로 순차적으로 전달하여 각 실린더 별로 점화 타이밍을 맞춥니다.

점화 장치의 작동 방식

디스트리뷰터 자동차 점화 시스템

분배기를 사용하는 자동차 점화 장치는 기어를 캠축에 연결되어져 완전 기계식 분배기에서 기어는 주 분배기 샤프트를 회전시킵니다. 내부의 "점화 점"이 분배기 샤프트의 캠에 문지릅니다. 캠이 회로를 열었다 닫았다 하게 됩니다. 완전히 기계적으로 스위치를 작동시키는 방식으로 점화 코일의 전압 흐름을 조절합니다. 기계식 분배기 시스템은 단점이 있습니다. 고장나게 되면 스파크 타이밍이 어긋나며 내연기관의 작동 흐름을 무너뜨리게 되고 1만 2천 마일 마다 교체를 해야 합니다. 교체를 할 때에도 타이밍을 정확하게 세팅하지 못하면 엔진이 제 기능을 제대로 하지 못 할것입니다. 기계식 분배기의 단점을 보완하기 위해 내구성이 좋은 솔리드 스테이트 스위치를 사용하였지만, 솔리드 스테이트 스위치는 분배기 샤프트에서 전진 명령만 받기에 캠 샤프트에는 여전히 기계적으로 구동됩니다. 디스트리뷰터 샤프트는 12만 마일 후에 일정의 래쉬 또는 습롭을 발생시키게 됩니다. 기계적 마모는 적당한 스파크 타이밍을 장애가 되기 때문에 분배기가 없는 자동차 점화 시스템을 사용하기 시작했습니다.

디스트리뷰터가 없는 자동차 점화 시스템(DIS)

DIS는 두 개의 샤프트 위치 센서, 크랭크 위치 센서(CKP)와 캠축 위치 센서(CMP)를 결과값과 컴퓨터를 기반으로 점화 타이밍을 맞춥니다. CKP는 크랭크 샤프트의 전면이나 플라이휠 근처에 위치하고 CMP는 캠 샤프트의 끝부분에 위치합니다. 샤프트 위치 센서들은 샤프트의 위치를 지속적으로 측정하고 컴퓨터로 정보를 제공합니다. DIS는 단일 코일로 모든 실린더에 작용하기에 코일 팩으로 여러 점화 코일을 사용해 2개씩의 실린더로 스파크를 발생시키게 됩니다. 그로 인해 더 오래 더 강한 성능을 발휘해 3만 볼트에 달하는 더 강한 스파크를 발생시키게 됩니다. 

코일 온 플러그 점화 시스템

코일 온 플러그 점화 시스템은 DIS와는 다른 시스템으로 두개의 실린더가 단일 코일마다 한 실린더를 작동시켜 보유한 최대의 스파크를 발생시킵니다. COP 점화 시스템은 4만 ~ 5만 볼트에 달하는 더욱 더 강력한 스파크를 만들어 냅니다. 또한 DIS 점화 시스템에 비해 더 커다란 장점이 있습니다. 코일이 점화 플러그의 상단에 장착되기에 점화 전압이 그대로 플러그로 전달되어 케이블이 존재 하지 않아도 됩니다. 플러그 케이블은 전압, 전류의 저항 손실이 커지고 마모가 심할 경우 케이블 간의 오염 성능을 저하시키게 됩니다. COP 점화 시스템은 코일이 물에 의해 손상될 가능성이 높기에 물과의 접촉을 피하기 위해 플라스틱으로 보호를 해야 합니다.

점화 장치의 문제점과 예방법

점화 장치에 문제가 발생하게 되면 대표적으로 나타나는 증상이 있습니다. 주행 도중에 차량이 갑자기 멈추게 됩니다. 점화 장치가 문제가 생기면 엔진의 4행정에도 문제가 생기게 되며 흡입-압축-폭발-배기중 폭발 행정에서 폭발이 발생하지 않아 엔진이 힘을 잃게 되고 시동이 꺼지게 되는 것입니다. 이러한 불상사를 막기 위해서는 코일 출력 전압을 확인하고, 마모된 로터 검사와 교체를 시행하고 균열과 누출등으로 인해 내부 습기가 찰수 있으니 분배기 캡도 확인해주어야 합니다.