가솔린 엔진의 노킹현상에 대하여 알아보기로 하겠습니다.
1. 노킹(Knocking) 현상
노킹현상은 연료-공기의 혼합가스가 점화플러그에 의한 정상연소가 되지 않고 연소실내에서 비정상적인
연소에 의하여 발생하게 됩니다.
엔진설계(압축비)에서 요구되어지는 옥탄가 보다 낮은 연료를 사용할경우 연소실내의 고온에 의해
비정상 연소가 일어나고 비정상연소에 의해 고온과 고압이 발생하여 노킹현상을 초래하게 됩니다.
2. 노킹의 원인들
노킹현상의 원인들은 여러가지가 있으나 아래와 같은 원인들로 발생하게 됩니다.
- 압축비
가솔린엔진의 압축비는 높으면 높을수록 노킹현상의 가능성은 높아집니다.
고출력차량은 압축비를 높게 가지고 가며 이로인해 고옥탄가를 요구하기도 합니다.
GDI엔진은 연소실내로 분사하는 연료의 증발잠열로 연소실내의 온도를 낮출수 있어 압축비를 높일수
있고 이로 인하여 출력이 MPI보다 높아지게 됩니다.
가솔린엔진의 노킹을 방지하기 위한 압축비의 한계는 12:1정도로 보고 있습니다.
- 점화시기
점화플러그의 점화시기를 지각(RETARD)시키면 노킹현상을 줄일수 있습니다.
점화시기는 보통 상사점 전 15~20도 사이이며, 점화시기를 2도 정도 늦추면 요구하는 연료의 옥탄가를
1정도 낮출수 있습니다.
- 엔진의 가공공차
가공되는 엔진의 공차에 따라 요구되는 옥탄가가 3~5 정도의 차이를 보일수 있습니다.
(같은 엔진이라도 기계가공시 공차는 서로 다르게 나타나며 가공공차의 정밀도에 따라 차이가 나타날수도
있습니다.)
- 운전습관
엔진을 FULL-POWER로 운행시 노킹현상이 발생할수 있습니다.(엔진의 과열)
- 흡입공기의 온도 상승
흡입되는 공기의 온도가 높으면 노킹 가능성도 커지게 됩니다.(여름철이 겨울철보다 옥탄가 약 4정도를 더 요구)
냉각수의 온도가 높아도 노킹의 가능성은 커지므로 오래된 차는 냉각수 및 냉각시스템의 관리가 중요합니다.
- 고도가 높아지거나 습도가 높아지면 노킹현상은 줄어듭니다.(50%습도면 요구되는 옥탄가는 1정도 낮아짐)
- 연소실내 퇴적물
연소실내에 퇴적물이 증가하면 연소실내에서 탄화퇴적물이 점화원(Hot spot)의 역활을 하여 노킹현상이
발생할수 있습니다.
노킹현상은 어느엔진이나 주변환경 및 운전습관에 따라 발생할수 있으며, 운전자가 느끼지 못할정도로
미미한 노킹도 있고 운전자가 느낄수 있는 정도의 노킹도 발생할수 있습니다.
요즘엔진은 노킹센서가 장착되어 있어 실린더 블럭에서 이상 진동이 발생하면 점화시기를 ECU에서
자동조정하고 있습니다. 차량의 운전상태에 따라 점화시기는 계속 조금씩 변화하게 됩니다.
(아이들링,저속,고속,저부하,고부하,연료분사량,냉각수 온도등)
노킹현상이 발생하면 접근방법은 자동차의 하드웨어를 손보는 방법과 연료의 옥탄가를 높이는
방법이 있는데 하드웨어를 손보기는 엔진ECU등 원인파악이 쉽지 않아 옥탄가가 높은 고급휘발유로
해결하는 경우가 많습니다.
앞으로 연료의 옥탄가와 관련한 역사적 배경 및 옥탄가를 높이는 방법등을 확인하여 옥탄가와 차량의
노킹현상에 대한 상관관계를 짚어보도록 하겠습니다.
아래의 동영상은 옥탄가와 엔진의 노킹현상에 대하여 설명한 동영상입니다.