가솔린 수입차의 주유구에는 권장 최소 옥탄가 95라고 표시되어 있습니다. 그렇다면 고급 휘발유를 넣어야 하는 걸까요?
이번 글에서는 휘발유의 옥탄가와 노킹 그리고 가솔린 엔진의 특성에 대해 과학적으로 알아보도록 하겠습니다.
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| 가솔린 수입차 주유구에 표시된 권장 옥탄가 |
고급 휘발유와 일반 휘발유
우리나라, 일본, 유럽 등에서 사용하는 휘발유 옥탄가 단위는 론(Ron)으로 일반 휘발유는 옥탄가 91 이상 94 Ron 미만인 노란색 휘발유이며 고급(프리미엄) 휘발유는 옥탄가 94 Ron 이상의 녹색 휘발유입니다.
휘발유에 대한 정유사들의 물질안전 보건자료 MSDS 자료를 보면 외부의 화기 없이 스스로 불이 붙기 시작하는 온도인 자연 발화점이 섭씨 208도에서 470도 사이의 값으로 옥탄가에 따라 크게 달라진다는 것을 알 수 있습니다.
즉 에탄올, 톨루엔, 자일렌 등의 첨가물을 추가하면 휘발유의 옥탄가가 높아지고 자연 발화점도 이에 따라 높아지는 것입니다.
노킹 현상
노킹현상은 압축에 의해 실린더 내부 온도가 상승하여 휘발유의 자연 발화점을 초과하면서 점화 플러그 스파크 발생 전에 자연적으로 발화하여 폭발되는 현상입니다.
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| 가솔린 엔진의 노킹 현상 |
또한 점화 플러그가 없는 엔진 실린더의 다른 위치에서 휘발유가 자연 발화되어 폭발하기도 합니다. 두 경우 모두 엔진의 피스톤이 상사점에 도달하기 전이므로 진행 방향의 반대로 큰 물리적 충격을 주게 됩니다.
노킹은 노크 소리와 유사한 소음과 진동을 발생시키는 것에서 유래된 용어인데 엔진 출력과 연비를 저하시키며 무엇보다도 가장 심각한 문제는 엔진에 큰 손상을 주는 것입니다.
따라서 고 옥탄가의 고급 휘발유를 사용하면 자연 발화에 의해 발생하는 가솔린 엔진의 노킹을 방지할 수 있는 것입니다.
엔진의 압축비
엔진의 압축비는 엔진 연소실 체적에 대한 엔진 실린더 전체 체적의 비율인데 일반 가솔린 승용차 엔진의 경우 9에서 10 정도 수준입니다.
터보 엔진은 자연 흡기 일반 가솔린 엔진과 다르게 압축된 공기를 실린더에 주입하므로 연소실 체적에 대한 실제 흡입되는 공기 양의 비율인 '실 압축비'를 사용하는데 당연히 그 값이 훨씬 더 높습니다.
그런데 휘발유는 높은 압력에서 더욱 고온이 되므로 터보 엔진의 경우에 자연발화 가능성 즉 노킹 확률이 더욱 증가하므로 고 옥탄가의 휘발유가 필요하게 됩니다.
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| 자동차 엔진의 압축비 |
노킹 센서
노킹 센서는 시간에 따른 엔진의 이상 진동, 음파, 압력 변화 등을 실시간으로 측정하여 노킹 발생 시에 ECU를 통해 점화시기, 연료 농도, 부스터 압력 등을 조정하여 더 이상의 노킹이 발생하지 않도록 합니다.
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| 자동차의 노킹 센서 설명 |
그러나 본래 설계된 엔진 세팅이 아니므로 출력 연비 등 성능이 감소하여 ECU는 수시로 본래의 세팅으로 돌아가려고 시도합니다.
따라서 노킹 센서는 근본적인 해결방안 되지 못하며 노킹발생-엔진조정-원상복구-노킹의 악순환이 반복됩니다.
직분사 엔진 / 혼유
가솔린 직분사 엔진은 공기만 실린더로 주입하여 압축하고 휘발유는 폭발 전에 인젝터를 사용하여 고압으로, 연소실 내부로 주입하므로 노킹 확률이 상대적으로 낮아집니다.
그러나 그만큼 다시 압축비를 더 높이는 등의 성능 향상 방향으로 조정하므로 고성능 엔진의 조건은 항상 노킹 발생 경계 부근에 있게 됩니다.
따라서 직분사 엔진을 사용하는 고성능 자동차에도 노킹 방지를 위해 자연 발화점이 낮은 고옥탄가 휘발유가 필요하게 됩니다.
인터넷에 혼유가 나쁘다는 잘 못된 정보가 있는데 고급 휘발유와 일반 휘발유를 섞어 써도 어떤 문제도 없으며 옥탄가 평균 효과만 있습니다.
예를 들면 옥탄가 98인 휘발유와 92인 휘발유를 1:1로 섞으면 옥탄가 95인 휘발유와 동일하게 됩니다.
결론
엔진에 치명적인 노킹 없이 설계된 최대 차량 성능과 연비를 얻으려면 제조사가 권장하는 최소 옥탄가 이상의 휘발유를 주유해야 합니다.
제조사 기준 이하의 옥탄가 휘발유를 사용할 경우 노킹 센서의 조정은 임시방편이며 설계된 고유 세팅으로의 원상복구 특성으로 인해 오히려 노킹-조정-원복-노킹의 악순환이 반복됩니다.
자동차가 가지고 있는 기본 성능도 연비도 모두 놓치고 엔진 손상은 누적됩니다.
