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현대케피코가 만든 액추에이터
당신의 자동차를 책임집니다2015/09/30by 현대케피코

자동차의 근육 액추에이터!
센서를 동작으로 바꿔주는 놀라운 첨단 기술을 만나보세요

자동차를 움직이는 핵심 부품, 쏘나타의 터보 엔진입니다
l 자동차를 움직이는 핵심 부품, 쏘나타의 터보 엔진입니다



자동차의 작동 원리를 아주 단순하게 설명하면 ‘폭발 - 회전’입니다. 엔진의 힘을 바퀴로 전달해 움직이는 것. 이 과정을 세분화하면 무려 2만여 개의 부품이 차에 들어가죠. 이 가운데 움직임을 담당하는 부품, 자동차의 ‘근육’과 같은 핵심 부품이 있습니다. 바로 액추에이터입니다. 액추에이터에 대한 더 자세한 이야기를 지금부터 시작해봅시다!



1천분의 1초를 조절하는 첨단 기술

K5의 GDI 엔진은 이렇게 생겼답니다
l K5의 GDI 엔진은 이렇게 생겼답니다

2014년 여름. 자동차 업계에는 반가운 소식이 들렸습니다. 현대케피코가 가솔린 직분사 엔진을 위한 연료분사기(GDI 인젝터)를 자체 개발했다는 소식이었죠. 액추에이터 이야기를 시작하기 전에 GDI 인젝터 이야기부터 해야 하는데요. GDI 인젝터의 핵심 기술 가운데 하나가 액추에이터이기 때문입니다.

자동차의 근본적인 움직임을 바꾸는 장치를 모두 액추에이터라고 부릅니다. 작은 GDI 인젝터 안에도 연료 분사를 조절하는 액추에이터가 있는데요. 일반적으로 GDI 인젝터가 0.4∼5 밀리 세컨드 (1만분의 4초∼1천분의 5초)의 시간에 열리고 닫혀야 하니 아주 정확한 조절이 필수적인 첨단 부품입니다. 연비가 좋고 출력도 강한 GDI 엔진은 인젝터가 핵심이죠. 사실 GDI 엔진에 대한 구상은 1925년부터 시작됐지만, 개발에는 한계가 있었습니다. GDI 인젝터는 높은 온도와 압력, 그리고 정확한 조절이 필요했는데 당시의 기술로는 만들 수 없었기 때문입니다.

GDI 인젝터가 대중화된 것은 현대자동차와 기아자동차에 들어가면서부터입니다. GDI 엔진이라는 말도 함께 등장했습니다. 현재는 GDI용 인젝터의 경제성을 갖추고 대량 생산까지 하고 있습니다. 기술이 발전한 덕분이죠. 자동차 한 대에는 이러한 액추에이터가 수도 없이 들어있습니다. 자동차가 ‘폭발’을 ‘회전’으로 바꾸는 기계인 것을 고려하면 가장 핵심인 장치 가운데 하나랍니다.



‘센서’의 느낌을 ‘동작’으로 연결하는 실행자 액추에이터

이런 사륜구동도 버튼 하나로 움직이게 하는 것이 바로 액추에이터죠
l 이런 사륜구동도 버튼 하나로 움직이게 하는 것이 바로 액추에이터죠

어느 자동차 전문가에게 묻습니다. “자동차에는 몇 개의 액추에이터가 들어가나요? 아니, 가속 페달을 밟으면 바퀴가 굴러가기까지 몇 개의 액추에이터가 움직이나요?” 전문가는 이렇게 답합니다. “앞으로 걸어와보세요. 지금 발걸음에 몇 개의 근육이 움직였나요?” 당연히 근육 몇 개가 움직였는지 모르겠지요. 온몸의 근육이 모두 움직였다는 설명이 더 적절할 것 같습니다.

액추에이터 역시 마찬가지입니다. 신호등에 파란불이 들어오고 차가 달려가기까지, 가속 페달을 밟고 엔진 회전수가 올라가며 바퀴가 굴러가기까지 수많은 액추에이터가 제 역할을 합니다. 액추에이터는 자동차 곳곳에 없는 곳이 없죠. 차 문을 열 때 리모컨을 누르면 ‘덜컥’하며 모터를 움직이는 것도 액추에이터입니다. 사륜구동 버튼을 누를 때 바퀴에 동력을 전달하도록 기어를 움직이는 것도 액추에이터죠.

자동변속기에 들어가는 솔레노이드 밸브도 원리는 같습니다. 변속에 필요한 유압을 제어하기 위해 일종의 전자석을 활용해 온·오프의 상태를 조절하는 거죠. 자동차의 ‘센서’가 움직임의 필요성을 감지한다면 ‘액추에이터’는 실제로 움직임을 만들어서 차를 제어합니다.



전기차 시대도 문제없다, 미래의 액추에이터

하이브리드 같은 새로운 유형의 자동차가 등장해도 액추에이터는 문제 없습니다!
l 하이브리드 같은 새로운 유형의 자동차가 등장해도 액추에이터는 문제 없습니다!

액추에이터에 관한 논문을 보면 이런 정의를 내립니다. “하나의 에이전트가 어떤 환경에 대해 작동하는 메카니즘이다(김상진, 1994)” 그럼 에이전트는 무엇일까요? 우리가 말하는 에이전트는 ‘자동차’입니다. 그런데 좀 더 작은 것도 에이전트가 될 수 있겠네요. ‘엔진’ 역시 에이전트고 ‘변속기’도 에이전트입니다. 엔진에서는 아까 말했던 GDI 인젝터부터 각종 밸브와 이를 움직이기 위한 부품을 액추에이터라고 합니다.

그런데 만약 전기자동차가 인기를 끌어서 GDI 인젝터 같은 부품의 수요가 크게 줄어든다면 액추에이터의 판매도 줄어들까요? 오히려 전문가들은 새로운 시장을 예견하고 있습니다. 액추에이터 역시 새로운 모습으로 전기차에 들어갈 것이라고 말이죠. 보통 액추에이터는 압축공기나 전기모터, 유압 혹은 유압과 전기모터의 결합으로 작동합니다. 특히, 압축공기는 자동차 엔진의 터보차저와 같은 곳에 많이 쓰이는데요, 전기차에는 당연하게도 이런 부품을 사용하지 않습니다. 대신 전기차는 전기모터를 활용하는 부품 사용이 늘어날 전망입니다. 모터의 크기가 작아지고 전력 소모가 줄어들면서 유압이나 공기압 혹은 벨트를 이용해 움직이던 각종 밸브들이 모터를 이용해 제어하는 방식으로 바뀌는 겁니다. 각각의 모터가 움직이는 부품 역시 액추에이터입니다. 온·오프의 동작은 솔레노이드로 하겠지요. 즉, 작동 원리나 형태는 바뀌지만 자동차를 굴린다는 원칙은 동일하니 갑자기 액추에이터가 사라진다거나 하는 일은 없겠죠?



자동차 부품 산업의 핵심 기술

갑자기 문이 열리지 않는다면 액추에이터 고장을 의심해보세요
l 갑자기 문이 열리지 않는다면 액추에이터 고장을 의심해보세요

액추에이터라는 말을 쉬이 들을 수 있는 곳은 카센터입니다. 흔히 차 문이 열리지 않을 때의 진단명은 ‘도어 액추에이터 교체’입니다. 도어 손잡이와 차 문 안 쪽을 뜯어내고 나서야 액추에이터 교체가 이뤄집니다. 아주 작은 부품 하나인데 황당한 고장을 경험하게 하죠. 이외에도 자동차에는 각종 액추에이터가 있습니다. 주유구를 열고 닫는 것도, 에어컨 스위치를 돌리는 것도 액추에이터입니다. ABS를 작동하는 것도, 와이퍼를 움직이는 것도 모두 액추에이터입니다. 자동차에 무엇인가 기능이 추가됐다면 액추에이터가 들어간 것이라고 해석하면 됩니다. 반대로 말하면 자동차 부품 산업에서 액추에이터는 필수라고 할 수 있죠.



글. 이다일 자동차 칼럼니스트









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