[엔진] 연비를 위해 탄생한 아반떼 린번 그리고 엣킨슨 사이클의 관계

노킹 질문에서 시작된, 엣킨슨과 린번의 관계를 찾아보다

 이전 엣킨슨 관련 포스팅에서 (포스팅 링크) 로저스님이 지적해주신 내용이 있습니다.

 

엣킨슨 사이클을 이용해도 혼합기에 따른 노킹현상은 전혀 발생하지 않는지 궁금하네요?

예전에 현대에서 나온 아반텐 린번이 혼합기를 묽게 가져가서 연료 효율을 높인 대신 노킹이 자주 발생해서. 사라진 걸로 압니다...

 

 엣킨슨 사이클이라는 건, 오토사이클 (일반 자동차의 4행정 – 흡압폭배 아시죠?) 중 흡기와 폭발의 부피를 다르게 해서 연소효율을 높이는 방법입니다. 혼합기가 10만큼 들어가서 12만큼의 부피로 폭발하는 메커니즘을 가지는 거지요. 

 세금을 10만큼 거둬들여 잘 활용한 후 12만큼 복지에 쓰는 개념과 비슷할까요?

출처 : driverlayer.com

 최근 차량들은 실린더 내의 공간은 일정하니 들어가는 기체를 조금 넣고, 폭발한 기체를 많이 빼는 방법으로 사이클을 구현하고 있습니다. 캠페이져가 보급되기 전에는 피스톤의 움직임 자체를 기구적으로 재현하였지요. (꽤나 복잡한 움직임을 가지고 있습니다.)

 

 노킹(knocking)은 조기점화로 인한 엔진의 이상증상입니다. 

 피스톤이 다 올라오지도 않았음에도 불구하고 혼합기가 미리 폭발하는 현상이지요. 혼합기가 역류하여 인테이크 매니폴드에 영향을 끼치고(백플래쉬) 거친 소음과 함께 진동이 느껴집니다. 엔진의 수명을 단축시키는 대표적인 문제 중 하나입니다. (관련 포스팅)

 

출처 : 2012books.lardbucket.org

 위의 댓글로 돌아가서, 엣킨슨 사이클에서 노킹이 쉽게 일어나느냐? 에 대한 질문은 회사내 자문을 구해보니, 

 케이스 바이 케이스 라는 답을 구할 수 있었습니다. 노킹은 압축비가 높을수록 영향을 받는 경향이 있는데요. 이 비율을 어떻게 셋팅 하느냐에 따라 노킹이 잘 날수도 나지 않을 수도 있다고 합니다. 예를 들어 10이라는 공간에 혼합기가 8이 들어가는 경우는 괜찮지만, 10이라는 공간에 12를 집어넣는 셋팅 이라면 노킹이 잘 일어난다는 소리였지요.

 

 이를 바탕으로 개인적으로 생각하기에 엣킨슨 사이클 자체가 과압을 위한 시스템이 아니므로 후자가 아닌 전자 - 8만큼 넣는 경우 – 인 케이스이고, 결국 엣킨슨에서 노킹은 잘 일어나지 않는다고 보여집니다.

 

출처 : www.thetorquereport.com

 두번째 내용인 아반떼 린번으로 넘어가 볼께요.

 

 제가 질문을 이해를 잘못했는데 린번에는 엣킨슨이 사용되지 않았습니다. 린번에 대한 기초지식이 부족한 탓이었지요.

 

 린번엔진은 혼합기를 이론공연비 (14.7) 보다 낮은 상태의 희박연소 (17)를 이용합니다. 연료를 적게 써서 연비를 높이는 컨셉으로 등장한 엔진입니다. 그런데 상식적으로 생각해 보세요. 라면 하나를 끓이는데 스프를 반만 넣는 셈인데, 이게 과연 맛이 있을까요? 맛없는 연료를 먹는 엔진은 힘을 내지 못합니다. 출력이 낮아지는 부작용이 있지요.

 

출처 : a-o-v.me

 단순합니다. 적은 연료는 적은 출력을 불러온다는 사실. 이를 극복하기 위해 밍밍한 라면에 매운 고추를 넣는다는 등의 개선 기술이 적용되었는데요.

 힘이 필요하면 연료량을 인위적으로 늘리는 (Rich) 방법을 사용했습니다. 

 아무리 희박연소라고 해도 추월을 위해 가속하는데 차가 안나가면 문제가 있겠지요? 때문에 페달을 통해 급가속의 신호가 전해지면 ETC를 활짝 열고 동시에 인젝터에서 평소보다 많은 양의 연료를 분사시켰습니다. 전자제어이니 당시로는 괘나 고급 사양의 기술이었지요.

출처 : brownsautoservices.com

 희박연소 상태에서는 성층급기(Stratified Air Supply)라는 기술을 사용하기도 했습니다. 점화기(플러그) 근처에 혼합기가 모이도록 하여 연소지연을 해결하는 방법 입니다. (성층흡기는 현재 PDA라는 기술로 발전되어 사용됩니다 –관련 포스팅)

출처 : link.springer.com

출처 : texnoworld.3dn.ru

 이로써 린번엔진은 일반 엔진의 80% 정도의 출력까지 보상하는데 성공했습니다. 그러나 문제는 더 있었습니다. 바로 공해였지요.

 질소 화합물의 경우 이론공연비보다 연료의 농도가 낮을 때 잘 발생되는데요. 린번엔진은 희박연소를 사용하므로 질소산화물이 대단히 많이 나왔습니다. (하필 린번 구간이 최대치입니다.) 

 배기가스의 핵심 규제 물질이 바로 질소 산화물이고, 사람이 마실 경우 점막을 자극하여 치명적인 호흡기 질환을 불러옵니다. (관련 링크) 이를 정화하기 위한 별도 장치들이 필요했지요.

 

출처 : www.turbo-mopar.com

출처 : pixshark.com

 늘 제가 말씀드리는 점. 뭔가 장치가 추가되면 단가과 유지비용이 상승합니다. 개선된 연비에 비해 강화되는 규제를 따라갈 수 없었고. 이로써 린번엔진은 더 이상 시장에서 찾아볼 수 없게 되었습니다.

 

출처 : blog.hyundai.com

 포스팅의 질문으로부터 린번엔진과 엣킨슨 사이클, 그리고 노킹에 대해 간단히 살펴보았습니다. 

 이때 당시 개발됐던 기술 (가변 밸브 타이밍, 직분사, 가변흡기 - 스월/텀블링)  들이 밑거름이 되어 현재의 직분사 엔진이 발전되었다는 사실이 참 재미있는 것 같은데요. 결국 지금은 연료량을 직접 조절하니 직분사는 현대판 린번엔진(?) 이라고 봐도 되지 않나 싶습니다. 

 엔진사 새옹지마네요. 

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