오늘날의 일상생활에서 전기를 제외한다면 우리는 한 순간에 거의 원시적인 생활로 되돌아가고 맙니다. 특히 2006년 10월, 때 아닌 폭설(October storm)을 경험한 우리들은 아직도 그 악몽이 생생합니다. 전체도시에 걸쳐 3일부터 길게는 10일 이상 도무지 전기라고는 없는 깜깜한 시간을 보내야 했습니다. 어디 그 뿐입니까. 전기가 없으니 히팅도 되지 않고(대개 난방용 연료는 내츄럴 개스를 사용하지만 모든 통제시스템은 전기로 작동하므로 전기가 없으면 히팅이 아예 작동이 되지 않는다.) 모든 가전제품은 무용지물이며 심지어 음식을 조리할 수단도 사라져 등산용 버너나 탁상용 부루스터를 꺼내 라면을 끓여 먹기도 했습니다. 지하실의 배수펌프가 일을 하지 않으니 밤낮을 불문하고 일일이 인력으로 물을 퍼다 버려야 했으며 일손이 모자란 경우에는 지하실에 물이 차오르는 재난을 그냥 감당할 수밖에 없었지요. 혹시 가정용 제네레이터(generator)가 있는 집은 그래도 최악의 상황은 피할 수 있었으나 워낙 갑작스레 들이닥친 재난이라 제네레이터를 구하기도 하늘의 별따기였습니다. 그리고 특별한 경우가 아니면 제네레이터라는 도구는 수년에 한번 쓸까 말까하는 물건이라 일반 가정집에는 별로 구비할 필요를 느끼지 않는 그런 것입니다. 전기에너지는 자연계에 이미 존재하고 있는 에너지의 형태로 기술의 발달에 의해 인간의 의지대로 생산하고 통제하기 시작한지 불과 1세기 남짓 밖에 되지 않았지만 우리의 일상생활이 얼마만큼 전기에 의존하는지 비싼 대가를 지불하고 경험한 귀중한 기회였다고 해도 과언이 아닐 것입니다.

  아마 전기하면 제일 먼저 생각나는 인물이 토마스 에디슨(Thomas Edison : 1847-1931)일 것입니다. 초등학교 3학년을 중퇴했지만 전등, 축음기, 활동사진 등 무수한 발명을 하였고 General Electric(GE)사의 설립자이기도 합니다. 1,000개 이상의 특허를 등록하였으며 발명왕으로 세계에 그 이름이 널리 알려진 인물입니다. 전성기에는 부와 명예를 한꺼번에 거머쥔 매우 실용적인 과학자였습니다. 오하이오주 밀란 태생이며 밀란은 이리호 호반에 위치한 아주 조그마한 소읍으로 버팔로에서 그리 멀지 않습니다. 관심 있는 분은 지도를 보시기 바랍니다.  토마스 에디슨만큼 그 이름이 잘 알려져 있지 않지만 전기 계통에 관한한 에디슨 못지 않는 천재이며 수많은 발명을 인류에게 안겨주고 간 Nikola Tesla(1847-1943)를 빼놓을 수 없습니다. 오늘날의 Croatia 출신으로 맨주먹으로 미국으로 건너와 에디슨 연구소에서 에디슨 밑에서 연구원으로 일했으며 전기모터, 교류발전기 및 전송에서부터 진공관에 이르기까지 위대한 업적을 남긴 뛰어난 재능의 소유자였으나 평생 돈하고는 거리가 먼 삶을 살았습니다. 나중에는 에디슨과 사이가 무척 나빠져 거의 원수지간이 되었으며 둘과의 관계를 잘 아는 사람이라면 에디슨을 좋게만 평가하지 않는 경우도 있습니다. 이 분의 동상이 나이애가라 폭포에 있는데 그 이유는 나이애가라 수력발전소에 응용된 기술이 이분의 업적에 크게 기반을 두고 있기 때문입니다. 타의 추종을 불허하는 연구업적을 남겼으나 상업화에 익숙하지 못하여 마아케팅을 잘 하지 못한 비운의 천재이지만 그의 업적을 기리는 동상이 나이애가라 폭포에 있다는 사실은 그래도 어느 정도 위안이 됩니다. 듣기로는 그의 동상이 그의 조국 Croatia에도 있다고 합니다. 우리 동네에 있기 때문에 그냥 지나치기 쉽지만 혹시 손님을 대동하고 나이애가라 폭포를 안내할 일이 생기면 꼭 챙겨보시기 바랍니다. 동상의 위치는 Cave of the Winds 입구 쪽에 있으므로 쉽게 찾을 수 있습니다. 약간의 설명을 곁들이면 좋은 안내가 될 것으로 생각합니다.

오늘날의 인류문명을 움직이는 근본동력인 전기에너지가 자동차를 움직이는데도 반드시 필요한 요소입니다. 전기에너지의 도움 없이는 아예 자동차가 움직이지도 못할 뿐 아니라 음악이나 DVD player, 내비게이션 등 각종 편의장치들도 무용지물이 되고 맙니다. 자동차를 움직이기 위해서는 휘발유와 공기만 끊임없이 공급되면 될 것 같지만 전기장치의 도움이 반드시 필요합니다. 자동차에서 기본적인 전기장치는 크게 시동장치, 충전장치, 점화장치로 구분할 수 있으며 상당히 복잡하고 광범위하므로 기본적인 부분만 언급할까 합니다. 전기장치가 자동차에서 하는 역할을 요약해서 열거하면 다음과 같습니다.

* 시동장치를 통하여 엔진의 시동을 걸어준다. 이미 설명 드린 대로 개솔린 엔진은 스스로 시동을 걸지 못하므로 배터리에 저장된 전기에너지를 이용하여 스타터 모터를 돌리고 이어 플라이휠을 돌려줌으로써 엔진의 시동을 걸게 됩니다.

* 점화장치를 통하여 스파크 플러그에 불꽃을 일으켜 실린더 내에서 기화된 연료를 폭발시킨다. 흡입행정 때 공기와 안개처럼 기화된 개솔린이 실린더 내부로 들어오게 되고 이를 압축한 다음 스파크 플러그의 방전으로 얻은 불꽃으로 폭발시켜 큰 힘을 얻는 과정이 개솔린 엔진의 기본 원리이며 이미 설명 드린 바 있습니다. 폭발이 이루어진 후에는 배기가스를 실린더 외부로 내보내고 다시 흡입하여 압축, 폭발, 배기과정을 수없이 반복하는 과정이 엔진의 운행원리입니다. 우리가 자동차의 시동을 끌 때는 키를 off 위치로 돌려 스파크 플러그로 가는 전기를 차단함으로써 엔진의 운행을 정지시키는 것입니다. 참고로 액체상태의 개솔린에 불을 붙이면 맹렬히 불타오르지만 폭발하지는 않으며 기화된 개솔린에 불꽃이 튀면 무서운 힘으로 폭발합니다. 개솔린을 다룰 때에는 늘 화기를 조심해야 합니다.

* 엔진이 운행 중일 때에는 충전시스템을 통하여 전기를 생산하고 쓰고 남는 전기는 배터리에 저장합니다. 엔진과 벨트로 연결된 올터네이터(alternator-교류발전기임, 흔히 generator라고도 함)가 돌아가면서 교류 전기를 생산하고 이를 직류로 전환하여 사용합니다. 자동차는 직류 12V-14V를 사용하며 대쉬 보드에 전압계가 있는 자동차의 경우 바늘이 14V 내외를 가리키면 정상이라고 보시면 됩니다. 흔히 generator라고도 하는데 이는 과거에 직류발전기를 사용한 연유로 오늘날에도 이렇게 불리워지는 것입니다. 올터네이터는 대개 엔진에 붙어 있으므로 후드를 열면 쉽게 알아볼 수 있습니다.

* 각종 전기모터를 돌아가게 하며, 헤드라이트를 비롯한 각종 전구를 밝히고 경적을 울려주며 온갖 종류의 편의 장치를 작동시켜준다.

시동장치

시동장치를 구성하는 부품은 배터리와 스타터 모터로 구분할 수 있습니다. 자동차의 배터리는 차의 종류에 따라 모양과 성능이 조금씩 차이가 나지만 기본적인 역할은 동일합니다. 즉 전기에너지를 화학에너지의 형태로 저장하는 전기 통조림이라고 생각하시면 됩니다. 기본적인 구조는 밀폐된 용기 속에 납으로 된 얇은 판이 여러 개 자리하고 있고 황산으로 가득차 있습니다. 납-황산 축전지입니다. 납과 황산이 일으키는 화학적인 특성을 이용하여 전기를 저장하였다가 필요하면 꺼내 쓰고 또 충전하고 이러한 과정을 반복합니다. 충전장치와 연결되어 있어 발전량이 충분하지 못하면 배터리에 저장된 전기를 꺼내 쓰고 발전량이 넉넉하면 여분의 전기는 배터리에 저장됩니다. 그러나 수명이 있어 평균적으로 5년 내외 정도 사용하면 그 성능이 떨어집니다. 또한 날씨가 추운 겨울에도 배터리의 성능이 저하됩니다. 두 개의 단자가 있으며 하나는 양극, 나머지 하나는 음극으로 양극은 + 표시가 있고 대개 빨간색 캡이 있으며 음극은 - 표시가 있고 단자의 색깔이 검은 색이 보통입니다. 대부분의 경우 음극은 차체에 접지되어 있으며 차체는 금속으로 만들어져 있으므로 자동차의 몸체가 모두 음극인 셈입니다. 간혹 헤드라이트나 실내등을 끄지 않고 장시간 주차하여 배터리를 저장된 전기를 방전시켜 시동을 걸지 못하고 고생하는 모습을 볼 수 있는데 AAA를 불러 도움을 청하거나 건강한 차의 배터리를 이용하여 시동을 걸 수 있습니다. 요령을 간단히 설명하면 다음과 같습니다.

1. 방전된 차와 건강한 차를 마주보게 주차한 다음 후드를 연다.

2. 건강한 차의 시동을 건다.

3. 준비한 점퍼 케이블(jumper cable)로 두 차의 배터리를 연결한다. 이 때 주의할 사항은 음극은 음극끼리 양극은 양극끼리 연결해야 하며 차체는 음극이므로 필요하면 차체를 음극으로 대신해도 무방하다. 배터리이든 케이블이든 양극은 빨간색으로 음극은 검은 색으로 표시되어 있다. 아울러 접촉상태가 양호한지 주의한다.

4. 방전된 차의 시동을 건다.

5. 시동이 걸린 후 케이블을 제거한다.

6. 충분히 충전될 때까지 약 한 시간 정도 운행한다.

부주의해서 배터리를 자주 방전시키면 배터리의 수명을 단축시키는 원인이 됩니다. 스타터 모터는 직류전동기의 일종으로 오직 시동을 걸 때만 주어진 역할을 담당합니다. 시동을 걸기 위해 키를 start 위치까지 돌리면 배터리의 힘으로 스타터 모터를 돌려주고 스타터 모터는 플라이휠을 돌려줌으로써 크랭크축을 돌리고 시동이 걸리게 되는 것입니다.  일단 시동이 걸리면 키에서 손을 떼야 하며 키는 on 위치에 머물게 되고 역할을 다한 스타터 모터는 뒤로 물러나 쉬게 됩니다. 시동이 걸린 후에도 키를 start 위치에 붙들고 있으면 귀에 거슬리는 소음이 나며 스타터 모터에 손상을 줄 수 있습니다. 또 시동이 걸린 상태에서 이를 모르고 키를 start 위치로 돌려도 마찬가지로 스타터 모터에 손상을 줄 수 있습니다. 또 하나 주의할 사항은 시동이 잘 걸리지 않아 여러 번 시도할 경우 10초 이상 엔진을 크랭킹 시키지 말아야 하며 계속해서 시도하지 말고 잠시 쉬었다가 다시 시도해야 하는데 이는 모터의 과열을 방지하기 위해서 입니다. 

오늘날의 자동차용 배터리는 대부분 유지보수가 필요 없어 평소에 신경을 씨지 않아도 됩니다. 충전상태를 알려주는 점검창이 있는 모델도 흔히 볼 수 있는데 이 창의 색깔이 초록색이면 충전 상태가 양호하다는 뜻입니다. 간혹 단자(battery terminal)에 이물질이 생기는 수가 있어 가끔 깨끗하게 청소를 해주는 것이 바람직합니다. 그리고 흔히 발생하는 문제 중의 하나는 이 단자가 헐거워져 접촉 불량이 되면 배터리는 정상이라도 시동을 걸지 못하는 난감한 상황이 되기도 합니다. 따라서 전기 문제로 시동을 걸지 못하는 상황이 발생하면 첫째로 배터리의 충전 상태가 양호한가 알아보는 일이 먼저이며 두 번째로는 접촉 불량이 아닌지 점검해 보아야 합니다.

자동차의 시동이 걸리지 않으면 대부분의 운전자는 당황하기 시작합니다. 이럴 경우에도 겁먹지 말고 침착하게 그 원인을 하나하나 파악해 보는 것이 빠른 문제해결에 훨씬 도움이 됩니다. 시동이 걸리지 않을 경우 우선 엔진이 돌아가면서(크랭킹이 되면서) 시동이 걸리지 않는지 아니면 아예 엔진이 전혀 돌아가지 않는지를 먼저 파악해야 합니다. 첫째, 엔진이 아예 돌아가지 않으면 우선 시동장치에 문제가 있다고 볼 수 있습니다. 이 때 헤드라이트가 켜지는지 또는 와이퍼를 움직여 보아 이상이 없이 작동하면 스타터 모터를 의심해 볼 수 있습니다. 그러나 대개의 경우 배터리에 문제가 있거나 접촉 불량인 경우가 훨씬 많습니다. 배터리의 성능이 저하되었으면 배터리를 교체하는 것이 바람직하고 단순히 방전으로 문제가 생겼으면 점프스타팅으로 간단히 문제를 해결할 수 있으며 접촉 불량인 경우에는 배터리 단자를 단단히 조여 줌으로써 문제를 해결할 수 있습니다. 각종 전기 장치가 작동하지 않거나 평소와는 달리 약하게 또는 느리게 작동하면 거의 틀림없이 배터리에 문제가 있거나 접촉 불량인 경우라고 판단하시면 됩니다. 간혹 기어를 완전히 P에 놓지 않은 상태에서 이를 모르고 시동이 걸리지 않는다고 호소하는 경우도 볼 수 있는데 이는 고장이 아니므로 기어의 위치를 확실히 P에 옮김으로써 간단하게 해결됩니다. 엔진이 돌아가는데도 불구하고 시동이 걸리지 않는다면 일단 시동창치의 문제가 아니라 다른 문제라고 판단됩니다. 여러 가지 이유가 있을 수 있어 한 마디로 말하기 어려우며 대개 전문가의 도움을 받아야 하겠지요.

충전장치

충전장치는 전기를 생산하는 발전기(alternator)와 생산된 전기를 용도에 맞게 적절하게 조절하는 레귤레이터(voltage regulator 또는 그냥 regulator라고도 함)로 구성됩니다. 발전기는 엔진과 벨트로 연결되어 있어 엔진이 돌아가면 따라서 돌아가면서

전기를 생산합니다. 생산된 전기는 교류이지만 내부에서 직류로 전환되어 각종 전기 부품에 공급되고 또 배터리를 재충전하는데도 사용됩니다. 벨트가 끊어지거나 또는 발전기에 고장이 생겨 전기를 더 이상 생산하지 못하게 되면 즉시 대쉬 보드의 배터리 모양의 경고판에 빨간불이 들어옵니다. 즉 충전시스템에 이상이 생겼다는 신호입니다. 가능한 빨리 수리를 해야 합니다. 충전시스템에 이상이 생겨 전기를 더 이상 생산하지 못하는 경우에도 자동차가 금방 정지하는 것은 아니지만 얼마 가지 못하고 배터리에 저장된 전기가 소진되면 급기야 정지하고 맙니다. 간혹 전압계가 대쉬 보드에 장착되어 있는 모델의 경우 위에서도 언급했지만 전압계의 바늘이 14V 내외를 가리키면 정상이라고 판단되며 그렇지 않으면 충전시스템에 이상이 생겼다고 보시면 됩니다. 레귤레이터에 고장이 발생하면 발전기가 정상적으로 전기를 생산해도 충전시스템이 무용지물이 되고 경우에 따라서는 다른 전기장치를 망가뜨리는 원인이 되기도 합니다. 자동차는 편리한 도구이긴 하지만 종종 고장이 발생해서 애를 먹이기도 하고 불시에 우리의 지갑을 얇게 하는 불청객이 되기도 합니다. 

점화장치

점화장치의 목적은 적당한 시점에 스파크 플러그에 고압의 전류를 흘려보내 실린더 내부에 폭발을 유도함으로써 동력을 생산하는 것입니다. 점화장치는 점화코일, 디스트리뷰터 그리고 스파크 플러그로 구성되는데 오늘날의 자동차는 전자장치가 디스트리뷰터의 역할을 대신하는 경우가 많아 디스트리뷰터가 없는 차가 대부분입니다. 그러나 각 실린더에 적절한 시점에 전기를 배전하는 역할은 동일합니다. 자동차는 직류(12V-14V정도)를 사용하므로 스파크를 일으키기 위해 고압으로 바꿔 줄 필요가 있습니다. 이 때 필요한 장치가 점화 코일이며 그 역할은 낮은 전압을 고압으로(15,000V-60,000V 정도) 바꾸어 스파크 플러그에 공급함으로써 스파크를 가능하게 하는 것입니다. 스파크 플러그는 늘 고온과 고압에 노출되어 있으므로 어느 정도 사용기간이 경과하면 새 것으로 바꾸어주는 것이 기름 소모를 줄이고 차의 성능을 유지하는 첩경입니다. 가지고 계신 차의 매뉴얼을 참고하시면 도움이 되리라 생각합니다.

기타 사항들

자동차에 사용되는 전기 부품의 수가 열거하기 힘들 정도로 많고 복잡하지만 흔히 발생하는 사소한 문제는 대부분 운전자 스스로 교체하거나 수리할 수 있는 경우도 있습니다. 예를 들어 헤드라이트 전구라든지, 각종 지시등이나 방향등의 전구 등은 비교적 쉽게 교체가 가능합니다. 휴즈가 끊어진 경우도 휴즈 박스에서 찾아내어 용이하게 교체할 수 있습니다. 중요한 사항은 항상 작동원리를 이해하고 파악하는데 게을리 하지 않고 원인을 분석하여 충분히 이해한 다음 수리를 하거나 전문가에게 의뢰하는 것이 수리비용을 절약하는 지름길입니다. 물론 평소에 늘 애정을 가지고 보살펴주어 고장을 예방하는 길이 최선의 방책입니다. 누가 말했듯이 적을 알고 나를 알면 위태로운 상황에 빠지지 않고 설사 위태로운 상황이 도래해도 능히 극복할 수 있게 되지요.  다음 주제는 연료시스템입니다.

혹시 자동차에 관해서 무엇이든지 의문사항이 있으신 분은 저에게 메일을 주십시오. 제가 아는 한도 내에서 답변해드리겠습니다.

email address : Ben_Huh@hotmail.com. 허원수