4편 - 점화진각(Spark Advance)

전 회에서도 언급했지만, 엔진을 제어하는 수단은 궁극적으로 흡입된 공기량에 적합한 연료량제어와 엔진에 무리를 주지 않고 최대의 동력을 얻어내는 점화진각제어입니다. 점화진각은 연소실에 압축된 혼합기를 연소 시키기 위하여 전기적 불꽃(Electric Spark)을 혼합기 중에 만들어 주는 시점을 말합니다. 이를 수치적으로 표현하기 위하여 크랭크샤프트의 회전각을 사용하고 있습니다. 예를 들어 BTDC 10(CA이라고 표현된 경우는, 피스톤이 실린더 내에서 가장 높은 지점에 위치하는 점인 상사점(Top Dead Center)에서 크랭크샤프트의 회전각으로 10(이전의 위치에 피스톤이 있을 때, 전기적 불꽃이 발화한다는 것을 의미합니다. 따라서, 점화진각의 값이 같다고 하더라도 엔진회전수에 따라 실제 전기적 불꽃의 발화시점과 상사점 사이에 걸리는 시간은 달라집니다. 여기에서 피스톤이 상사점에 도달하기 전에 전기적 불꽃이 발화하는 경우를 BTDC(Before Top Dead Center)라고 하고, 상사점을 지난 다음에 발화하는 경우를 ATDC(After Top Dead Center)라고 합니다. 또한, 임의의 점화진각에서 더 일찍 전기적 불꽃이 튀게 하는 것을 진각(Advance) 시킨다고 말하며, 이와는 반대로 더 나중에 불꽃이 튀게 하는 것을 지각(Retard) 시킨다고 말합니다.
	왼쪽의 그림에, 엔진회전수가 일정하고 연료와 공기의 혼합비가 일정할 때, 토오크와 연료소비율,그리고 배출가스의 생성에 미치는 점화진각의 영향을 나타냅니다. 점화진각이 BTDC방향으로 진각 될수록, 유해배출가스 HC,NOx의 생성이 많아지고, 연료소비율은 작아지게 됩니다. 또한 토오크 곡선을 살펴 보면 특정한 점화진각에서 최대토오크를 얻을 수 있음을 알 수 있습니다. 이때의 점화진각을 MBT(Minimum spark advance for Best Torque)라고 말합니다. 통상, 전기적 불꽃이 발화한 후 혼합기가 완전히 연소가 종료될 때까지 약 2msec의 시간이 소요됩니다.    따라서, 엔진의 모든 사용조건에서 최적의 연소압력을 얻기 위해서는 충분한 시간을 확보해야 하며, 엔진출력, 연료소비율, 그리고 배출가스의 생성량 등을 고려하여 점화진각을 선정해야 합니다. 물론 노킹(Knocking)이나 프리이그니션(Pre-Ignition)과 같은 이상연소 현상이 일어나지 않도록 해야 합니다.
	점화진각이 적절하게 선정되지 못한 경우를 왼쪽 그림에 보입니다. 왼쪽 그림은 점화진각이 적정한 경우와 적정 점화진각보다 빨리 점화했거나 나중에 점화한 경우의 연소실 압력변화를 보인 것입니다. 점화진각이 너무 진각되면 프리이그 이션과 같은 이상연소가 발생하며,너무 지각되면 완전한 연소가 이루어지지 못하기 때문에 유해가스의 배출이 많고 또 한 연료소비도 많아집니다.     이러한 점화진각을 제어하는 방식에는, 점화진각의 결정과 각 기통별 전기점화의 배분을 물리적으로 하는 Conventional 방식과 점화진각의 결정을 전자화한 ESA(Electronic Spark Advance)방식, 그리고 점화진각의 결정과 점화의 배분을 모두 전자적으로 처리하는 DLI(Distributor-Less Ignition)방식이 있습니다. Conventional방식과 ESA방식에서 전기점화의 배분은, 엔진의 회전과 기계적으로 동조되어 있는 배전기(Distributor) 를 통해 이루어집니다.