{ 프리미엄 차량에 래귤러GAS를 주유한다면? }

자동차 천국이라는 미국에서 한인 교포분들이 가장 선호하고 많이 이용하는 자동차로는   MBZ,BMW,AUDI ,LEXUS중심으로  많이 이용하는 자동차 모델들인데요 구입해서 이용하는것 보다 리스를 주로 선택하시는데  많이 받는 질문중에 리스중에 꼭 프리미엄 GAS(91)를 넣어야 하냐는 질문입니다.

보통은 리스를 2년이나 3년을 이용하기 때문에 래굴러 GAS(87)를 사용해도 되는거 아니냐 하시는 분들에게  프리미엄유(91)을 꼭 사용하시는게 좋겠다라는  이런답을 드리면서 저 또한  정확하지 않아서 자료를 찾아봤습니다. 여러 가지 의견들이 나와 있지만  래귤러 개스를 사용하게되면 엔진노킹현상이 발생 할수도 있기에 가급적이면 프리미엄 GAS를 사용하라고 답변을 드립니다.<블로그에 엔진노킹에대해 설명되어있슴>

하여 이번 포스팅은 엔진 압축비가 높은 차량에 REGULAR GAS를 사용한다면 어떤 현상을 초래 할수 있는지 자료를 찾아봤습니다..

 

압축비 높게 설계된 엔진에(mbz,bmw,Audi등 일부 일본차량 및 프리미엄차량 ) 래귤러유를 사용할 경우 가장 우려되는 부분은 노킹(knocking)의 발생입니다. 노킹이 발생한다고 당장 엔진이 망가지지는 않지만 노킹이 지속적으로 발생한다면 엔진의 내구성에 영향을 주기 때문이지요. 먼저 노킹이 어떻게 발생하는지 살펴보기 보겠습니다 <아래 그림 참조>

<가솔린차 기준으로 보면 설계단계에서는 연소실 내로 최대한 많은 공기를 들어오게하고, 잘 섞이게하고 마찰 줄이는 것에 초점이 맞춰줘 있구요 다만 사용자에 프리미엄 91 이상을 사용하라는 권장사양은 메뉴얼에서 요구하는데 이런 주된 이유는 엔진노킹 때문이기도 합니다>

 

 그림은 가솔린 엔진의 압축과 폭발 행정을 나타낸 것인데, 일상적인 경우에 엔진은 피스톤이 상사점에 도달하기 전에 점화플러그의 스파크를 튀겨줍니다. (그림에서 1 지점) 피스톤이 상사점에 도달 했을 때 점화하지 않는 이유는 스파크에 의한 발화가 혼합기 전체로 전파되는데 시간이 걸리기 때문이지요. 1 지점은 보통 크랭크 회전각 기준으로 상사점에서 12도~20도 전이라고 합니다. 그림에서 2지점은 실린더 내부의 압력이 최대가 되는 지점인데 엔진의 rpm이나 온도등에 상관없고 연소실 내부의 형상에 의해서 최적의 지점이 정해진다고 합니다.  대략 상사점에서 크랭크 회전각 기준으로 14도 정도 이후가 된다고 합니다.

노킹은 주로 2 지점의 근처에서 발생한다고 합니다. 정상적인 폭발 행정에서는 혼합기의 연소가 점화플러그로 부터 동심원이 퍼져나가듯이 실린더 내부로 퍼져나가야 하는데, 이때 연소가 된 부분이 팽창을 하면서 아직 연소가 되지 못한 부분의 혼합기를 압축을 하게 됩니다. 이때 아직 연소가 되지 못한 부분의 압력과 온도가 어느 임계점을 넘어 버리게 되면 연소가 된 부분에서 연소가 되지 못한 부분으로 화염이 옮겨가면서 순차적으로 타는 것이 아니라 연소가 되지 않은 홉합기 부분에서 연료가 국지적인 폭발을 일으키게 되고 이 때문에 엔진에 원하지 않는 충격을 주는 것이 노킹이라고 합니다. 노킹을 해결 하려면 점화 플러그의 점화 시점을 1번 지점에서 약간 미루면 됩니다. 아래 그림의 지연 점화 과정을 보시면 정상 점화에 비해 점화를 늦게 했기 때문에 2번 지점 근처에서 연소가 진행중인 혼합기의 부피가 상대적으로 작아지게 되고 연소되지 않은 혼합기는 보다 적은 압력과 낮은 온도 상태에 있게 됩니다.

 

 

 

이제 노킹이 일어나는 이유를 알았으니 프리미엄유를 기준으로 설계된 엔진에 레귤러유를 넣을 경우 왜 노킹이 발생하는지도 설명할 수 있습니다. 많은 분들이 알고 계시듯이 프리미엄유는 레귤러유에 비해 옥탄가가 높은 연료를 말하는데, 옥탄가가 높다는 뜻은 보다 높은 온도와 압력에서도 연료가 자체적으로 폭발하지 않고 버틸 수 있다는 뜻입니다. 고옥탄가를 기준으로 설계된 엔진은 레귤러유 엔진에 비해 높은 압축비를 사용하는 관계로 윗 그림의 2번 지점 근처에서 아직 연소가 되지 않은 부분의 혼합기가 래귤러유가 자연 발화하지 않고 버틸 수 있는 한계 보다 높은 온도와 압력에 노출되기 때문에 폭발 행정을 진행하는 중에 노킹을 일으키게 됩니다. 이를 방지하기 위해서는 앞에서 설명드린 것과 같이 점화플러그의 점화 시기를 지연하는 방향으로 ECU를 조정해야 합니다. 

여기 까지 읽으신분들은 프리미엄유를 기준으로 설계된 엔진에 래귤러유를 넣으면 안되겠다는 생각이 드시겠지만, 프리미엄유로 판매되고 있는 기름들 사이에도 옥탄가의 편차가 있고 차량의 상품성을 높이기 위해 레귤러유를 넣는 경우도 대비해야 할 필요가 있어 차량 제조사들은 낮은 옥탄가의 연료를 사용하더라도 엔진의 동작에 문제가 없도록 대비하고 있습니다. 이를 위해서 엔진에 노킹센서가 탑재되는데, 제가 알기로는 90년대 부터 판매되는 거의 모든 차량에 노킹 센서가 적용된 것으로 알고 있습니다. 

기본적으로는 프리미엄 91 사양의 차에 레귤러유를 넣어도 문제가 생기지는 않을 것 같습니다만 엔진의 장기적인 내구성을 고려하면 옥탄가 91이 좋다는 것이 저의 생각입니다. ECU가 얼마나 자주 점화 시점을 조정하는지가 궁금해서 자료를 좀 더 찾아 보았는데,  자료에 의하면 엔진의 회전수에 따라 다르지만 몇 번의 (a few) 점화마다 노킹이 일어나는지 살펴보고 노킹이 일어나면 점화 시점을 2.3도씩 지연 시키고 노킹이 일어나지 않을 경우 다시 엔진 동작의 최적점으로 돌아가기 위해 0.75도씩 점화시점을 땡겨 본다고 합니다. 분당 수천 rpm의 회전수를 고려하면 1초 정도의 시간안에 연료에 맞는 점화 시점이 정해지고 거의 2~3초 이내에 한번 이상 다시 점화시점을 땡기는 것을 시도한다는 뜻입니다. 프리미엄유 엔진에 레귤러유를 주유한다면 약하긴 하지만 길어야 2~3초 이내에 몇 번씩의 (a few) 노킹이 발생한다는 이야기지요. 물론 그 정도의 빈도의 노킹으로는 엔진의 내구성에 큰 문제가 없으니 대부분의 제조사에서는 옥탄가 91이상을 '필수' 대신에 '권장' 한다고 매뉴얼에 표시하고 있겠습니다만 정말 차를 오래 탈 생각이라면 프리미엄유 엔진에 레귤러유 주유는 피하는 것이 좋을 것 같다는 것이 저의 생각입니다.

 

 

지금까지의 내용으로 요약 하자면

1. 옥탄가 91 유에 세팅된 차에 레귤러유(87) 주유는 괜찮은지?

   -> 큰 문제는 없을 것 같습니다.

2. 프리미엄유, 레귤러유를 바꿔 주유 했을 때 ECU 리셋이 필요한지? 

   -> 필요 없습니다. 길어야 수초 내에 점화 시점이 조정됩니다. 

3. 프리미엄유 차량에 87 옥탄가 주유시 연비/출력 저하?

   -> 엔진이 설계된 최적점에서 동작하지 못하므로 필연적입니다. 하지만 그 양이 크지는 않습니다.

4. 91옥탄가와 87 옥탄가를 혼합주유 하면?

   -> 래귤러유 보다는 낫지만 프리미엄유 보다는 떨어지는 출력/연비를 얻을겁니다. 

5. 레귤러 엔진에 91 옥탄가를 주유하면?

   -> 출력상의 이점은 없지만 엔진의 이상으로 노킹이 발생하고 있을 경우 노킹을 줄이는데 도움은 됩니다.

       (다만 원인의 해결이 아닌 증상만 막는 방법입니다.)

 

6, 정리

엔진의 출력을 높이려면 압축비가 높아져야 하는데, 압축비는 엔진의 형상에 의해 정해져는 요소인지라 설계된 압축비를 버틸 수 있는 옥탄가만 나오면 더이상의 옥탄가는 필요 없을 것 같습니다. 다만 엔진에 카본이 퇴적 된다든가 하는 이유로 원래 설계대로라면 일반유로 노킹이 발생하지 않아야 하는 상황에서 노킹이 발생한다면 고급유 주유로 노킹을 줄일수는 있을겁니다. 다만 이 경우는 100마력으로 설계된 엔진이 어떤 이유로 90마력 정도 밖에 나지 않을 때 고급유가 다시 100마력을 되찾는데 도움이 된다는 얘기이지 아무리 옥탄가가 높아도 100마력으로 설계된 엔진이 110마력이 나오지는 않을 겁니다. 그리고 예로 든 문제와 같은 경우는 고급유를 주유하기 보다는 엔진의 문제점을 찾아 해결하는게 근본적인 대책이라고 생각합니다. ^^

 

PS::: 엔진노킹 노킹은 이상연소 중의 하나로, SI(Spark Ignition)엔진에서 발생하는 현상입니다.

점화플러그에서 불꽃을 튀겨서 화염이 연소실 내 혼합기 로 전파되는데, 연소가 발생하면서 온도와 압력이 급격히 상승하게 됩니다. 모든 가솔린 엔진은 최대한 이론공연비에 가까운 균질 혼합기를 연소시키려고 하지만, 엔진의 부하 및 상태에 따라서 연소실 내의 혼합기는 uniform homogeneous mixture는 아니지요.

따라서 화염의 전파 속도도 연소실 혼합기 내부에서 uniform하지 않게 됩니다. 특히나 화염의 전파 속도보다 압력파의 전파 속도가 더 빠른 혼합기 부분 - 이 부분은 대부분 연소실 말단 부, 스퀴시라고 불리는 작은 틈새 부분 - 에서는 압력이 급격하게 상승하여, 해당 부분 혼합기에서 화염이 전파되지 않았음에도 불구하고 연소가 발생하게 됩니다. 그래서 압력이 급격하게 상승해 압력파가 발생하고, 그 전에 점화 플러그에 의해 점화된 부분에서 생성된 압력파와 만나면서 정말 큰 소음/진동을 유발하게 되고, 망치로 두들기는 소리(knocking음)이 cabin 내부에도 들려 knocking이라고 부릅니다.

노킹은 대부분(85%이상)의 경우 흡기 쪽에서 발생합니다. 흡기 쪽은 배기 쪽에 비해서 온도가 낮아 혼합기 자체 혼합 정도가 배기 쪽에 비해서 덜 활발한 편이고, 화염의 전파도 느리기 때문에 노킹이 발생했다! 라고 한다면 대부분 흡기 쪽에서 발생을 하게 됩니다.

설계 단계에서 레귤러유/프리미엄유에 따라 다르게 한다는 거에 대해서는

엔진 설계 단계에서는 연소실 내로 최대한 많은 공기를 때려넣고, 연소실 내에서는 연료와 최대한 혼합이 잘된 균질한 혼합기를 연소시키는 것을 목표로 진행을 합니다. 프리미엄유니 레귤러유니 그런건 엔진 H/W 설계 단계에서는 out of 안중이고, 시험 팀의 주문 또한 앞서 언급한 공기 많이 때려넣고, 잘 섞이게 만들어 달라 정도라고 하는군요.

프리미엄유나 레귤러유나 똑같은 휘발유이기 때문에 연소압의 차이는 가솔린-디젤 처럼 크게 나지 않습니다.

프리미엄유 셋팅차에 레귤러유를  넣었다고 문제될 것도 없고, ECU가  지가 알아서 학습해서 점화시기를 조절할 테니까요. 다만 점화시기가 지각 되었기 때문에  출력면에서는 손해가 발생할 수 있다는 점. 그것만 알아두시면 될 것 같습니다.

{자료출처: 현대자동차, 해동오토미션 ,공돌이 }