Ignition Control (4) --- 점화시기와 연소 압력
엔진으로 공급된 연료를 연소시키는 과정은 점화로부터 시작됩니다. 그러나, 점화는 연료를 태우는 과정의 출발점이라는 의미만 가지고 있지는 않습니다. 점화를 시키되 어떻게 하면 가장 효율적으로 연료가 가지고 있는 에너지를 기계적 에너지로 변환시킬 것인가가 중요한 포인트입니다.
흡입공기가 실린더 내부로 연료와 같이 유입되고, 그렇게 유입된 공기와 연료의 혼합기는 피스톤의 상향 운동으로 압축되며, 점화플럭를 통하여 고전압이 방전됨으로써 점화됩니다. 고전압의 방전으로 형성된 점화핵이 점차 화염의 형태로 성장하고, 혼합기 전체가 연소하여 최대압력에 도달할 때까지는 어느 정도의 시간이 경과해야 합니다. 이 경과 시간 동안에도 피스톤은 계속 움직이고 있으므로, 연료의 연소 경과와 피스톤의 운동이 합해져서 실린더의 연소 압력은 시간에 따라 달라집니다. 이것은 점화를 언제 하느냐에 따라 동일한 연료로 서로 다른 연소 압력을 얻게 된다는 것을 의미합니다. 바로 이런 이유로 점화시기(Spark Timing)가 중요한 제어 포인트가 되는 것입니다.
일반적으로 특정의 엔진회전수와 흡입 공기량의 조건에서 최대 출력을 내는 점화시기는 혼합기의 연소에 의한 최대압력이 상사점 후 약 10~20도 전,후에서 발생하도록 하는 것이라고 알려져 있습니다. 이 최대 압력에 도달할 때까지 화염이 실린더 내부를 전파하는 연소속도는 엔진의 운전 상태에 따라 달라지므로, 연소속도가 늦는 조건에서는 점화시기를 빠르게 해야 하며, 반대로 연소속도가 빠를 때에는 점화시기를 늦춰야 합니다. 점화시기를 빠르게 하는 것을 진각(Advance)라고 하고, 점화시기를 늦추는 것을 지각(Delay)라고 합니다.
아래 그림은 점화시기와 실린더 내 압력과의 관계를 나타낸 것입니다.
그림에서 M은 연료 분사가 없이 엔진의 회전만 있는 경우를 나타낸 것으로, 이것을 Motoring 상태라고 합니다. 연료의 분사가 없기 때문에 실린더 내 압력은 피스톤의 이동에 따른 압축과 팽창을 나타내고 있어서 상사점을 중심으로 좌,우 대칭의 형태를 보이는 것입니다. 그림에서 A는 점화시기(ⓐ)가 너무 지각되어 최대 압력이 낮은 경우이고, B는 가장 적절한 점화시기(ⓑ)일 때의 압력 변화입니다. C는 점화시기(ⓒ)가 너무 진각되어서 노킹이 발생하는 경우를 나타냅니다.
