옛 속담 중에서 ‘도둑질도 손발이 맞아야 한다’란 말이 있다. 여기서 손발이 맞추는 작업이 ‘타이밍(Timing)’ 즉 박자다. 음악 악보가 존재하는 것은 각각의 악기를 정해진 타이밍에 연주하기 위함이다. IT에서 프로토콜이란 서로 다른 PC에서 파일을 전송하기 위한 일종의 약속이자 타이밍을 맞추기 위한 규약이다. 영상과 음성을 일치 시키는 싱크 작업 역시 타이밍을 맞추기 위한 과정이다.

초장부터 무슨 ‘박자 타령’인가 싶겠다. 이런 박자 맞추기는 일상에서뿐만 아니라 자동차에서도 요구된다. 엔진이 연료를 연소하는 과정에서 흡입, 압축, 폭발, 배기’의 4행정(가솔린은 흡입, 폭발, 배기)은 깨지지 않고 지키는 불문율이다. 이 과정에서 폭발 전 단계는 엔진의 연소 효율을 판가름하는 가장 중요한 부분이다. 특히 폭발의 매개체인 연료는 그 중에서도 핵심 요소라 볼 수 있다. 이 연료에 자동차의 절묘한 타이밍이 존재한다.

일단 연소 개념을 설명하기 전에 가솔린 엔진과 디젤 엔진을 나눠 살펴볼 필요가 있다. 비슷한 연소 과정으로 자동차의 바퀴를 굴리지만 연소 방식에는 약간의 차이가 존재하기 때문이다.


가솔린 엔진은 옥탄가로 노킹 조절
당연한 이야기지만 가솔린 엔진에는 휘발류가 사용된다. 그리고 휘발류의 등급을 나타내는 단위로 ‘옥탄가’를 쓴다. 옥탄가란 불완전 연소. 즉, 노킹(knocking)을 방지하는 능력을 뜻한다. 엔진 연소실 내부에서 의도되지 않은 폭발로 인해 두드리는 듯한 소리를 낸다고 해서 노킹이라 부른다.

가솔린 엔진은 흡입-압축된 공기와 연료에 점화 플러그를 통해 인위적으로 폭발을 일으켜 엔진을 구동하는 ‘불꽃점화방식’을 이용한다. 따라서 미리 연료에 불이 붙을 경우 어김없이 노킹이라는 골치거리 만나게 된다. 이 문제를 해결하기 위해 가장 간단한 방법이 바로 고옥탄가 연료를 사용하는 것이다. 고옥탄가 연료를 사용하므로 엔진을 제어하는 ECU가 의도하는 적절한 타이밍에 점화를 해 완벽한 연소를 이뤄낼 수 있다.



요즘 정유사에서 고옥탄가 연료를 홍보하는데 열을 올리고 있다. 광고에서 직접적인 언급은 피하고 있지만 광고 내용만 보면 성능이 높아지고 연비가 좋아지는듯한 뉘앙스를 풍긴다. 하지만 실제로 일반 승용차가 고급휘발류(고옥탄가 연료)를 사용해서 얻는 이득은 희박하다. 고옥탄가로 ECU를 프로그래밍해 엔진을 세팅하면 불완전 연소로 인한 출력 손실을 늦출 수 있기 때문에 보다 높은 엔진 회전수까지 제어가 가능하다.

고출력 차량이다 대배기량, 터보 차저를 장착한 차량들이 기본적으로 고옥탄가 휘발류를 사용하는 것도 바로 이런 이유에서다. 고옥탄가로 세팅된 엔진에서 낮은 옥탄가의 연료를 사용했을 경우 ECU에서 미리 세팅한 시기보다 빨리 점화가 이루어지므로 다음 연소 타이밍에 영향을 주게 된다. 이는 결국 성능 저하로 이르고 연료 소모도 늘어날뿐더러 엔진에도 악영향을 끼치게 된다.

물론 일반 차량에도 고옥탄가 휘발류를 사용하지 못하는 것은 아니다. 단지 ‘투자대비효과’가 미비할 뿐이다. 엔진이 조금 부드러워질 수는 있으나 직접적인 성능이나 연비에 영향을 주는 경우는 희박하다.


디젤 엔진은 세탄가가 높아야
디젤 엔진에 쓰이는 경유는 ‘세탄가’라는 수치로 품질을 측정한다. 시중에서 ‘고성능 경유’라는 이름으로 팔리는 경유가 바로 고세탄가 연료다. 세탄가란 연료에 불이 붙는 성질인 착화성이 얼마나 좋은지를 나타내는 단위다. 즉, 세탄가가 높으면 불이 쉽게 붙는다. 가솔린 엔진에서 휘발류의 옥탄가와는 반대의 개념이다.

앞서 옥탄가와 노킹의 관계를 설명하면서 미리 점화가 이루어져 성능이 떨어지기 때문에 발화점을 늦춘 고옥탄가 연료를 사용한다고 했다. 그런데 디젤은 보다 빨리 불이 붙을 수 있도록 세탄가를 높이는가에 대해 의문점이 생길 것이다. 가솔린과 디젤 엔진이 서로 다른 특성의 연료를 요구하는 것은 바로 점화 방식에 따른 차이 때문이다.

  

디젤 엔진은 가솔린 엔진과 달리 압축착화 방식을 통해 연소실에서 혼합된 공기와 연료에 점화를 해 폭발 과정을 만들어 낸다. 가솔린 엔진과 비교해 높은 밀도와 압력 상태로 만든 연소실에서 자연발화가 일으키는 방식이다.

경유의 경우 휘발성이 약해 가솔린 엔진의 불꽃점화 방식으로는 착화가 어렵기 때문이다. 따라서디젤 엔진은 연료 혼합기의 온도를 높이거나 압축비를 높여 경유의 착화성을 높이는데 필요한 환경을 만드는 것. 연료에 불을 붙이기 위한 과정으로 인해 가솔린 엔진에 비해 많은 진동과 소음이 발생하게 된다.

이런 노력에도 불구하고 경유는 기온에 따라 많은 영향을 받는다. 요즘은 덜하지만 겨울철에 디젤 트럭들이 시동이 걸리지 않아 고생하는 것도 바로 이런 이유다. 엔진의 열이 없는 냉간 상태에서 시동성을 높이기 위해 히팅 플러그나 코일을 이용해 시동성을 높이고 시동이 일단 걸리더라도 일정 온도에 도달하기 전까지 동작하는 것도 경유의 특성을 고려한 기능이다.

따라서 디젤 엔진에 쓰이는 경유는 세탄가가 높아야만 시동도 잘 걸리고 연소 효율도 높게 된다.  이쯤이면 일단 세탄가에 대한 의문을 풀린 셈이다. 하지만 노킹이라는 문제가 또 앞을 가로 막는다. 노킹이 나면 엔진에 악영향을 주고 출력 저하를 일으킨다는데 디젤 엔진은 노킹을 일으키기 위해 안간힘을 쓰는 것과 진배없다.

분명히 가솔린 엔진에서 노킹은 완전 연소의 적이 분명하다. 디젤 엔진의 경우 노킹은 항상 있는일상과 같다. 차이가 있다면 가솔린 엔진의 노킹은 점화 전에 일어나는 것이고 디젤 엔진의 노킹은 점화 후에 일어난다는 점이 차이다.

여기서 가장 다른점은 가솔린 엔진에서의 노킹과 다른점은 디젤 노킹은 늦게 발생한다는 점이다. 정상적으로 점화가 이루어진 다음에 노킹이 일어나기 때문에 충격이 덜하고 엔진에 입히는 손상도 없다. 꾸준히 일어나는 노킹으로 디젤 엔진을 진동과 소음에서 좀처럼 벗어나기 어려운 것이다. 최근 직분사 방식을 통한 점화 방식이 사용되는 것도 이런 문제를 해결하기 위한 방법이다. 보다 미세한 노즐을 통해 경유가 쉽게 불이 붙도록 만들고 정교하게 연료 분사량을 제어해 연소 효율을 높이고 진동, 소음을 절감하는 기술이다.

기술적인 부분이다 보니 설명이 다소 장황했다. 깔끔하게 정리하자면 다음과 같다.

가솔린 엔진의 옥탄가는 착화성을 낮춰 노킹을 방지한다.
디젤 엔진은 착화성을 높여 노킹을 막는 것이 주목적이다.

다나와 정보팀 김재희 기자 wasabi@danawa.com

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예전부터 휘발류..디젤 하면
s사께 젤 높다고 하던데

혹시 사실인지요.??

기름파시는 업자분도 이와 같은 얘기라 ....믿어야 하는지 말아야 하는지..