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저온시험
저온시험(低溫試驗)은 낮은 온도의 환경에서 진행하는 시험을 말한다.
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목차
개요
온도는 모든 물체에 영향 주며 온도가 떨어지면 일반적으로 물체는 수축되는 특성을 가지고 있다. 다만 물과 같은 액체는 고체화 되며 오히려 부피가 커진다. 이와 같이 모든 재료는 다양한 온도 범위에서 변화를 발생한다. 이러한 재료로 만들어진 제품은 온도의 변화에 따라 불가피하게 기능에 영향 받게 된다.
저온시험은 저온(低溫), 즉 낮은 온도의 환경 노출에 의한 제품의 기능 및 영향을 평가하는 시험이며 신뢰성 내구 시험에 속한다.
저온이 자동차에 주는 영향
저온이 자동차에 미치는 영향을 보면 대표적으로 엔진을 볼 수 있다. 공기의 온도가 낮아지면 쇠로 되어있는 엔진이 차가워진다. 기온이 낮으면 엔진 자체가 차갑기 때문에 분사된 연료는 결로 현상이 발생되어 연료가 제대로 유입되지 못한다. 즉 분사된 연료가 차가운 엔진 연소실 벽면에 달라붙는 현상이 발생된다. 따라서 공기의 잘 결합할 수 있는 조건이 되지 못하므로 시동이 잘 안될 수 있다.
자동차 엔진으로 유입되는 공기의 온도도 낮아서 분사된 연료(휘발유, 경유)가 제대로 기화되지 않는다. 따라서 연소가 잘 안될 수 있다. 연소는 연료의 입자가 작아 공기와 잘 혼합되어야 공기 중의 산소와 결합이 잘 이루어지는 것이다.
엔진오일도 문제다. 엔진오일도 온도가 낮아지면 점도가 높아지기 때문에 엔진의 회전이 원활하게 되지 못한다. 점도는 끈끈한 정도를 얘기하는데, 윤활유가 끈끈해져 엔진이 회전하는 데 부하를 더 주는 것이다. 엔진 내부의 크랭크축이 회전할 때 윤활유의 저항을 받는 것이다. 즉 오일의 점도가 높아져 끈적거림이 커져 회전저항이 발생한다.
배터리 성능도 떨어진다. 배터리는 화학반응에 의해 전기를 발생시키는데, 온도가 낮으면 화학반응이 활발하지 않기 때문에 전기 발생이 적다. 따라서 시동 걸 때 배터리의 전기로 엔진의 기동 전동기를 돌려 시동을 걸어야 하는데, 모터를 돌리는 힘이 약해지고, 엔진은 윤활유의 점도 증가로 부하가 걸리고, 연료는 연소가 잘 안되도록 무화가 잘 이루어지지 않으므로 시동이 잘 안되는 조건이 겹쳐지는 것이다.
피스톤과 실린더도 열을 받아야 제 성능을 발휘한다. 날씨가 추워지면 엔진 각 부위가 제 치수대로 팽창되지 않아서 성능이 떨어진다. 특히 엔진 내부의 피스톤과 실린더가 충분히 팽창해야 압축가스가 새지 않아 충분한 성능을 낼 수 있는데, 그렇지 못한 경우 엔진 성능이 떨어진다. 특히 시동할 때 압축이 잘 안되고, 엔진의 모든 조건까지 나빠지므로 낡은 자동차일수록 시동이 어렵게 된다.
자동차 저온시험
현 단계에서 자동차의 저온시험은 법규의 규제사항이 아니며 제조 메이커에서 자체적으로 실시하고 있으며 시험실 내의 저온시험과 혹한기 테스트 등이 있다.
자동차는 새 모델이 나오기까지 7년 정도가 걸린다. 설계, 디자인에 많은 시간이 필요하지만 수백 가지의 테스트를 거치는 데 적잖은 기간이 소요된다. 아프리카나 알래스카 같은 곳에 자동차를 판매하려면 영하 35도에서도 시동이 걸리고, 부품이 변형되지 않아야 하며 차량은 지구촌 어느 곳에서도 견딜 수 있는 내구성을 갖춰야 한다.
시험실(챔버)
저온 시험은 챔버 온도를 영하 40도로 설정하고 차체, 범퍼, 엔진에 물을 뿌려 얼음이 얼고 눈보라가 몰아치는 상황을 만든다. 강설시험과 비슷한 방법이다. 이때 엔진 시동은 물론 오디오, 램프, 히터 등 전기 장비가 정상 작동되고 차체도 변형이 없어야 테스트를 통과할 수 있다.
혹한기 테스트
최근 전 세계가 기록적인 폭설과 한파로 몸살을 앓고 있다. 과거보다 훨씬 혹독해진 추위와 기록적인 폭설에 맞서 완벽한 성능을 확보하기 위한 자동차 업체들의 시험과 기술 개발 노력도 진화하고 있다. 극한의 추위와 눈, 얼음으로 뒤덮인 최악의 주행 환경을 찾아 세계 최북단 지역의 얼음 호수와 설원 등 다양한 장소에서 성능을 테스트하고 초대형 냉장고와 인공기후 시설 등 이색적인 공간도 활용하고 있다.
북극권 한계선에서 약 56㎞ 떨어진 곳에 위치한 스웨덴 북부의 소도시 아르예플로그 이곳은 최저 기온이 영하 40도까지 내려가는 세계 최고의 혹한 지역 중 하나로 꼽히는 지역이다. 기아자동차는 2017년 5월에 스팅어를 출시하기에 앞서 2016년 말 아르예플로그의 광활한 빙판길에서 한 달여간 잠김방지브레이크시스템(ABS)과 각종 차체 제어장치, 사륜구동 시스템 등을 집중적으로 점검했다.
이곳에서 그 성능을 확연히 테스트할 수 있는 자동차는 다름 아닌 전기차, 수소전기차 등 전동 파워트레인 자동차들이다. 전동 파워트레인 자동차들의 배터리 성능은 온도에 따라 달라지는 경향이 있다. 현대자동차의 수소전기차 넥쏘와 2018년 제네바 모터쇼를 통해 세계에 그 등장을 알린 코나 일렉트릭 역시 이곳에서 배터리 성능에 대한 혹독한 검증을 거친 자동차들이다. 특히 혹한 속에서 캐빈 내 난방을 얼마나 효율적으로 구현할 수 있는지의 여부도 주요 확인사항이었다. 이를 통해 넥쏘와 코나 일렉트릭은 세계 전동 파워트레인 시장에서 높은 평가를 받고 있다.
BMW도 이곳에 혹한기 성능시험센터를 세우고 신차를 출시하기 전 히터와 서리 제거, 엔진 예열 등 내부 장치의 성능시험을 진행한다. BMW는 아르예플로그 지역 곳곳에 있는 두께 3m 이상의 얼음 호수 위에서 차로 변경과 원형 주행, 브레이크 작동 등 각종 주행시험을 거친 후 눈 덮인 공공 도로에서 최종 테스트를 진행한다.
혼다는 매년 폭설이 내리는 일본 홋카이도 지역의 다카스 주행시험장에서 눈길 주행 성능을 테스트한다. 이곳은 6.8㎞의 고속 원형 코스와 반경이 각기 다른 17개의 회전 구간, 경사로 등을 갖추고 있어 눈길에서의 가속력과 차체 제어력, 엔진 가동 등을 시험하기에 안성맞춤이다.
자동차 부품 기업인 현대모비스는 매년 1월 중국과 스웨덴에서, 6월에는 남반구에 위치한 뉴질랜드에서 두 차례씩 혹한기 테스트를 진행한다. 특히 뉴질랜드 시험장에는 70개의 스노건(snow gun)을 설치해 인공 눈을 생성하고 있다. 시험장은 육상 트랙과 호수 트랙으로 나뉘어 주로 브레이크와 조향장치, 첨단운전자보조장치[[(DAS)]) 등 핵심 부품의 성능을 시험하는 데 활용된다.
캐나다의 설원 역시 혹한으로 유명하다. 특히 최근 수 년 사이에는 일반적인 겨울 추위 이상의 혹한이 이어지고 있다. 심지어 2018년 1월, 앨버타주 한 동물원에서는 남극이 원래 서식지이던 펭귄들까지 실내로 대피할 정도의 혹한이 이어졌다. 포르쉐 카이엔 3세대를 비롯해 많은 자동차 제조사들이 캐나다를 혹한 테스트 장소로 선호하는 이유다.
유럽에서는 알프스 역시 선호되는 장소다. 특히 겨울철 이곳의 굽이진 눈길은 각 자동차 제조사들의 노면 대응 구동력 조절 시스템을 테스트하기에 최적이다. 프랑스의 PSA 그룹을 비롯해 주요 유럽 제조사들이 알프스에서 주력 SUV의 구동력 조절 시스템을 시험한다.
저온 시 주의 사항
시동 시 시동이 잘 안된다고 기동 전동기를 계속 돌리면 배터리의 성능도 급격히 떨어져 시동하기 어렵다. 자동차에서 가장 많은 전류가 흐를 때가 엔진 시동을 할 때이다. 따라서 운전자는 크랭킹(cranking) 시 시동이 안 되면 잠시 쉬었다 다시 시도하는 것이 좋다.
디젤자동차 터보 장치 고장에 유의하며 시동 시 액셀레이터 페달은 밟지 말아야 한다. 간혹 나쁜 운전습관을 가진 사람들 중에 시동 시 액셀레이터 페달을 많이 밟는 경우가 있는데, 이런 습관은 좋지 않다. 특히 디젤자동차의 경우가 많은데, 시동 상태가 좋지 않아 액셀레이터 페달을 강하게 밟으면 거의 모든 신형 자동차는 터보 장치가 달려 있어 이 장치가 고장 날 수 있다. 터보는 배출가스의 힘이 세면 돌아가는데, 충분히 오일 공급이 되기 전에 돌아가면 베어링 손상을 가져올 수 있다.[1][2][3][4]
동영상
각주
- ↑ 진상훈 기자, 〈북극 빙판 달리고, 허리케인 견디고… 자동차는 혹한기 훈련 중〉, 《조선비즈》, 2017-12-19
- ↑ 2만 팔로워, 〈자동차는 몇 도까지 버틸 수 있을까〉, 《네이버 포스트》, 2018-06-25
- ↑ 김준 선임기자, 〈영하 35도에서 물 맞기, 섭씨 50도에서 불 쬐기…차 모델 되기 극한체험〉, 《경향신문》, 2019-08-25
- ↑ 장형성 교수, 〈낮은 기온이 자동차에 미치는 영향〉, 《글로벌 코노믹》, 2020-11-25
참고자료
- 2만 팔로워, 〈자동차는 몇 도까지 버틸 수 있을까〉, 《네이버 포스트》, 2018-06-25
- 진상훈 기자, 〈북극 빙판 달리고, 허리케인 견디고… 자동차는 혹한기 훈련 중〉, 《조선비즈》, 2017-12-19
- 김준 선임기자, 〈영하 35도에서 물 맞기, 섭씨 50도에서 불 쬐기…차 모델 되기 극한체험〉, 《경향신문》, 2019-08-25
- 장형성 교수, 〈낮은 기온이 자동차에 미치는 영향〉, 《글로벌 코노믹》, 2020-11-25
같이 보기
