전기 20 > 각종 계기류
1. 각종 계기의 개요
자동차를 쾌적하게 운전할 수 있고, 또 교통의 안전을 도모하기 위해 운전 중의 자동차의 상황을 쉽게 알 수 있도록 각종의 계기류를 그림에 나타내 것과 같이 운전석의 계기판(instrumental panel)에 부착하고 있다. 그 주된 것은 속도계, 전류계(또는 충전 경고등), 유압계(또는 유압 경고등), 연료계, 수온계 등이며 또 이밖에 차종에 따라서는 엔진 회전 속도계, 운행 기록계 등이 있다.
자동차에 사용되는 유압계, 연료계, 온도계의 거의가 전기식이며, 계기부와 유닛부로 되어 있다. 계기부에는 바이메탈식과 코일식이 있고 유닛부에는 바이메탈과 저항식이 있다. 또 계기 대신에 램프(lamp)를 사용하여 경고를 표시하는 방식도 있다. 자동차에 사용되는 계기는 일반적인 측정기와 달라서 일종의 표시기이며 그다지 좋지 않은 조건하에서 사용된다. 따라서 자동차용 계기에는 다음과 같은 것이 바람직하다.
① 구조가 간단하고 내구성?내진성이 있을 것
② 소형 경량일 것
③ 지시가 안정되어 있고, 확실할 것
④ 읽기가 쉬울 것
⑤ 장식적인 면도 고려되어 있을 것
⑥ 가격이 쌀 것
2. 유압계 및 유압 경고등
유압계는 엔진의 윤활 회로 내의 유압을 측정하기 위한 계기이다.
1) 전기식의 유압계 구조 및 작동 : 전기식 유압계에는 밸런싱 코일식과 바이메탈식이 있으며, 여기서는 현재 주로 사용하고 있는 밸런싱 코일식에 대해서만 설명하도록 한다.
▶ 밸런싱 코일식(balancing coil type) : 이 형식은 그림에 나타낸 것과 같이 계기부와 유닛부로 구성되어 있다.
밸런싱 코일식 유압계
유닛부는 일종의 가변 저항기이며, 이동 암의 움직임에 따라 저항이 변하게 되어 있다. 그림에서 L₁에는배터리 전압이 가해지며 이에 의해 발생한 자속이 가동 철편을 눈금판의 L쪽이 정지하도록 작용한다. 한편L₂에 발생하는 자속은 가동 철편을 눈금판의 H쪽으로 회전시키려는 방향으로 작용한다. 이에 따라 가동 철
편은 L쪽에 정지시키려는 코일 L₁의 힘과 H쪽으로 회전시키려는 코일 L₂의 힘이 합성된 방향으로 움직이게된다. 작동은 다음과 같다. 유압이 낮을 때에는 유닛부의 다이어프램의 변형이 적기 때문에 저항 유닛의 이동 암이 오른쪽에 있어 저항이 크므로 코일 L₂에 적은 전류가 흐른다. 이에 따라 가동 철편에는 거의 코일L₁만의 흡입력이 작동하여 바늘을 L쪽에 머물도록 한다. 반대로 유압이 높을 때에는 다이어프램의 변형이 크게 되며, 이에 따라 이동 암이 왼쪽으로 움직여 저항이 작아진다. 따라서 코일 L₂의 흡인력이 커져 바늘을H쪽으로 머물게 한다.
• 바이메탈 : 바이메탈(bimetal)은 열팽창 계수가 크게 다른 2개의 금속 재료를 접합한 판이다. 따라서 한 곳을 가열하면 구부러지며, 이 굽어지는 성질을 이용한다. 재료로는 저 팽창 재료로는 인바 합금을 사용하고, 고 팽창 재료로 황동, 알루미늄 또는 철(Fe), 니켈, 크롬 합금, 철, 니켈, 망간의 합금 등이 사용된다.
(2) 유압 경고등(oil warning lamp type)
유압 경고등은 엔진이 작동되는 도중 유압이 규정 값 이하로 떨어지면 경고등이 점등되는 방식이다. 작동은 유압이 규정 값에 도달하였을 때에는 유압이 다이어프램을 밀어 올려 접점을 열어서 소등되고, 유압이 규정 값 이하가 되면 스프링의 장력으로 접점이 닫혀 경고등이 점등된다.
유압 경고등
3. 연료계(fuel gauge)
연료계는 연료 탱크 내의 연료 보유량을 표시하는 계기이며, 일반적으로 전기식을 사용한다. 전기식 연료계에는 밸런싱 코일식, 서모스탯 바이메탈식, 바이메탈 저항식 등이 있으며, 밸런싱 코일식은 유압계와 작동원리가 같으므로 여기서는 서모스탯 바이메탈식, 바이메탈 저항식, 표시등식에 대해서만 설명하도록 한다.
1) 서모스탯 바이메탈식(bimetal thermostat type)
이 형식도 계기부와 탱크 유닛부로 구성되어 있으며, 탱크 유닛부에는 상하로 이동하는 뜨개가 설치되어 있다. 작동은 다음과 같다.
① 연료 보유량이 적을 때：이 때는 뜨개가 아래그림의 ㉮ 위치까지 내려간다. 이에 따라 접점이 가볍게 접촉되어 매우 짧은 시간의 전류로 바이메탈이 구부러져 접점이 열린다. 따라서 계기부의 바이메탈은 거의 구부러지지 않아 바늘은 E를 지시한다. 또 뜨개가 맨 밑바닥까지 내려간 상태에서는 접점이 조금 열린다.
바이메탈 저항식 연료계
② 연료 보유량이 많을 때：이 때는 뜨개가 아래 그림의 ㉯, ㉰ 위치까지 연료가 들어 있으면 접점이 강력하게 밀어 올려 진다. 따라서 바이메탈이 구부러져 접점이 열릴 때까지 오랫동안 전류가 흘러 바이메탈도 유닛부에 비례하여 구부러져 바늘을 F쪽으로 이동시킨다.
2) 바이메탈 저항식 연료계
이 형식을 보면 계기부에는 바이메탈식을, 탱크 유닛부에는 저항식을 사용하였다. 탱크 유닛에는 뜨개의 이동에 따라 저항 값이변화하는 가변 저항이 들어 있다. 작동은 탱크 내의 연료 보유량에 따라 뜨개가 상하 운동을 하여 저항 값을 바꾸어 회로 전류를조절한다. 또 계기부의 바늘은 회로 전류량에 의한 바이메탈의 휨에 의해 움직이게 되므로 탱크 내의 연료 보유량을 표시한다. 또이 형식에서는 전원 전압이 바뀔 때 전류량의 변화에 따른 지시오차를 방지하기 위한 전압 조정기가 설치되어 있다.
바이메탈식 연료계
3) 연료면 표시기식(표시등식)
이 형식은 연료 탱크 내의 연료 보유량이 일정 이하가 되면 램프(lamp)를 점등하여 운전자에게 경고하는경보기 형식이다. 작동은 연료가 조금 남아 접점 P₂가 닫히면 바이메탈 릴레이의 열선(heat coil)에 전류가흐르며, 발열(發熱)로 바이메탈이 구부러져 10∼30초 사이에 접점 P₁을 닫아 램프를 점등시킨다. 또 바이메탈 열선에 10∼30초간 전류가 흐르지 않으면 접점 P₁이 닫히지 않기 때문에 자동차의 진동으로 순간적으로접점이 닫혀도 램프가 점등되지 않는다.
연료면 표시기식
4. 속도계(Speed meter)
속도계에는 자동차의 속도를 1시간당의 주행 거리(km/H)로 나타내는 속도 지시계와 전 주행 거리를 표시하는 적산계의 2부분으로 되어 있으며, 다시 수시로 0으로 되돌릴 수 있는 구간 거리계를 설치한 것도 있다. 그리고 속도계는 변속기 출력축에서 속도계 구동 케이블을 통하여 구동된다. 종류에는 원심력식(遠心力式)과자기식(磁氣式)이 있으며 현재는 자기식을 사용한다. 자기식의 구조와 작동은 다음과 같다.
(1) 자기식 속도계의 구조
자기식은 그림에 나타낸 것과 같이 회전축 붙이 영구 자석, 지시 바늘이 붙은 로터, 회전력을 조정하는 헤어 스프링, 눈금판, 적산계 및 적산계를 구동하는 특수 기어 등으로 구성되어 있다.
(2) 자기식 속도계의 작동
그림에서 영구 자석이 회전하면 로터에는 전자 유도 작용에 의해 맴돌이 전류가 발생하며, 이 맴돌이 전류와 영구 자석의 자속과의 상호작용으로 로터에는 영구 자석의 회전과 같은 방향으로 회전력이 발생한다. 따라서 로터는 헤어 스프링(hair spring)의 장력과 평형 되는 점까지 회전하며 이 회전각도 만큼 바늘이 움직여속도를 표시한다. 로터에 발생하는 회전력의 크기는 자석의 세기와 그 때의 회전속도에 비례하므로 주행속도가 증가되어 속도계 구동 케이블의 회전속도가 증대되면 그만큼 로터의 회전수도 커지게 된다.
