Ignition Control (5) --- 노킹 마진(Knocking Margin)
가솔린 엔진에서 점화시기(Spark Timing)를 진각(Advance)시키면 엔진 출력이 증가합니다. 그래서 높은 출력을 얻기 위해서는 점화시기를 진각시킵니다. 그러나, 어느 범위 이상으로 점화시기를 진각시키면 비정상적인 연소현상인 노킹이 발생하게 됩니다. 보통 일과적으로 발생하는 약한 노킹(mild knocking)은 허용하는 편이지만, 계속적으로 발생하는 노킹은 엔진을 파손시키므로, 강한 노킹이 연속적이고 반복적으로 발생하는 상황은 피하고 있습니다. 자동차 제작사에서 엔진제어장치에 점화시기를 기억시킬 때, 노킹이 발생하지 않는 점화시기로 설정하여 기억시킵니다. 흡입공기량과 엔진회전수를 기본변수로 하여 해당 흡입공기량과 엔진회전수에 대하여 특정의 점화시기를 기억시키는 것입니다.
그런데, 엔진의 작동조건(흡입공기량, 엔진회전수)이 동일하다고 하더라도 다른 조건이 달라지면 노킹이 발생되는 점화시기가 달라집니다. 노킹을 발생시키는 데에 영향을 미치는 조건들로는 흡입공기 온도, 냉각수 온도, 연료의 옥탄가, 연소실 내부의 카본 축적 정도 등을 들 수 있습니다. 흡입공기 온도는 계절에 따라 달라질 수 있습니다. 연료의 옥탄가는 나라별로 달라질 수 있습니다. 연소실 내부의 카본 축적 정도는 차량의 운행거리에 따라 달라집니다. 그러므로, 자동차 제작사에서는 계절별 변화 요인, 지역적 연료 특성, 차량의 주행거리 등의 차이에 따른 노킹 발생을 예방해야 할 필요가 있습니다. 우리나라의 경우, 지역별로 연료의 옥탄가 차이는 없지만, 계절별 온도 차이는 있기 때문에 여름과 겨울의 기온 차이를 점화시기에 반영할 필요가 있습니다. 즉, 어떤 열악한 조건下에서도 노킹의 발생을 피해야 하며, 그렇게 하기 위해서는 엔진제어장치에 기억되는 점화시기에 미리 변동요인을 고려한 값을 기억시켜야 합니다. 바로 이 변동 요인을 고려한 점화시기의 차이를 노킹마진(Knocking Margin)이라고 합니다.
아래 그림에 노킹마진을 나타냅니다. 그림에서 왼쪽 상단의 빨간색 점들이 찍힌 영역은 노킹이 발생하는 점화시기를 표현하는 것입니다. 이 영역을 피하기 위하여 엔진제어장치에 기억시키는 점화시기는 최고출력의 점화시기 보다 약간 지연된 점화시기로 설정합니다. 대개 저rpm영역에서는 2~3 크랭크각(CA)의 노킹마진을 설정하고, 고rpm영역에서는 4~6 크랭크각의 노킹마진을 설정합니다. 이렇게 미리 설정한 노킹마진 덕분에 지역별 연료 차이, 계절별 온도 차이, 주행거리에 따른 내노크성 차이 등에 관계없이, 세계 어디에서나 노킹의 발생없이 운전될 수 있는 엔진으로 기능할 수 있는 것입니다.
