시동

내연기관 차량의 엔진을 최초로 회전시켜 연소 사이클을 시작하는 일련의 기계·전기적 과정과 그 기술.

시동

개요

시동(始動, ignition/starting)은 내연기관 차량에서 정지 상태의 엔진을 외부 동력으로 강제 회전시켜 연료의 연소 사이클을 스스로 유지할 수 있게 만드는 과정이다. 사람의 힘이나 전기 모터로 크랭크축을 돌려 압축·점화·폭발·배기의 4행정이 연속되도록 만드는 것이 핵심이며, 현대에는 배터리와 스타터 모터, 전자 제어 장치(ECU)가 결합된 전기·전자 시스템으로 구현된다. 최근에는 전기차와 하이브리드의 확산으로 '시동'의 개념 자체가 재정의되고 있다.

주요 내용

시동의 기본 원리

내연기관은 연료와 공기를 혼합해 압축한 뒤 점화해 폭발력을 얻는다. 정지 상태에서는 이 사이클이 스스로 이어지지 않으므로, 외부에서 최초의 회전력을 공급해야 한다. 이 과정을 크랭킹(cranking)이라 하며, 크랭킹이 성공적으로 이루어지면 엔진은 아이들 상태로 자립 운전(idle)에 들어간다. 즉 시동은 '외부 에너지를 이용해 엔진을 자립 운전 상태로 전환하는 작업'이라고 정의할 수 있다.

시동 장치의 역사

초기 자동차는 사람이 직접 크랭크 핸들을 돌려 시동을 걸었다. 이 방식은 회전 반동으로 인한 부상 위험이 컸고, 여성이나 노약자가 사용하기 어려웠다. 1912년 캐딜락이 최초로 전기 스타터 모터를 채택하면서 시동은 버튼 하나로 가능한 작업이 되었고, 이는 자동차 대중화의 결정적 계기가 되었다.

현대 시동 시스템의 구성

현대 차량의 시동 시스템은 크게 다음 요소로 구성된다.

배터리: 스타터 모터에 수백 암페어의 순간 전류를 공급하는 에너지원이다.
스타터 모터: 플라이휠 또는 토크 컨버터를 회전시켜 크랭크축을 돌린다.
점화 시스템: 가솔린 엔진의 경우 스파크 플러그로 혼합기를 점화하며, 최근에는 개별 코일 온 플러그(COP) 방식이 주류다.
연료 분사 장치: 시동 시 적정 공연비를 맞추기 위해 크랭킹 단계에서부터 연료를 분사한다.
ECU(전자 제어 장치): 크랭크 각도 센서, 캠축 센서, 냉각수 온도 센서 등의 신호를 바탕으로 점화 시기와 분사량을 실시간 제어한다.

디젤과 가솔린의 차이

가솔린 엔진은 스파크 점화(SI) 방식으로, 별도의 점화 장치가 필요하다. 반면 디젤 엔진은 압축 착화(CI) 방식으로, 압축열만으로 연료가 자연 발화한다. 디젤은 겨울철 저온에서 시동성이 떨어지므로 글로우 플러그(예열 플러그)를 사용해 연소실을 미리 가열한다.

시동 불량의 주요 원인

시동이 걸리지 않거나 지연되는 원인은 다양하다.

1. 배터리 방전: 가장 흔한 원인으로, 추운 겨울철에 급증한다.

2. 스타터 모터 고장: 솔레노이드 불량이나 브러시 마모로 크랭킹이 약해진다.

3. 연료 계통 문제: 연료 펌프 불량, 인젝터 막힘, 연료 필터 clogging 등.

4. 점화 계통 문제: 스파크 플러그 마모, 점화 코일 고장.

5. 센서 오류: 크랭크 각도 센서 이상 시 ECU가 점화 시점을 계산하지 못한다.

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