점화의 시기 (2부)

 RPM과 공기 밀도에 따른 전자제어의 마법

(1부에서 이어집니다.)

그러면 어떻게 그 시기를 알 수 있을 것인가 ? 엔진을 투명하게 만들어 엔진 안에서 일어나는 연소의 상황을 볼 수도 없는데 어떻게 최고의 점화 시기를 잡을 것인가? 여기에는 연역적인 방법이 없고 오로지 시험을 통해서 가장 좋은 점화의 시기를 정하는 수 밖에 없다.

엔진을 하나 만들어 시험대에 올려놓고 연료와 공기를 공연비에 맞게 공급하면서 점화시기를 이리 저리 변화 시켜보면 그 결과가 대부분 위의 그림과 같이 된다. 왜 그럴까 ? 엔진의 회전속도가 달라짐에 따라 왜 점화의 속도를 달리해 줘야 할까 ?

그 배경은 간단하다. 앞서 말 한데로 엔진의 힘을 가장 효과적으로 이용하려면 피스톤이 TDC후 15에서 20도 정도에 왔을 때 실린더 안에서 최고의 연소압력이 생성되게 하는 것이 가장 좋다. 그런데 엔진의 회전속도가 빨라진다고 해서 엔진 안에서 일어나는 연소의 속도도 덩 달아 같은 정도로 빨라지지 않기 때문에 이런 일이 발생한다.

🛑 "버스 지나고 손 흔드는 격"이 되는 전산 오차

1000 회전(RPM)으로 돌고 있을 때는 TDC이전 20도 정도에서 점화하면 TDC이후 20도 정도에서 최고의 압력이 만들어 졌다. 그 얘기는 점화 후 최고 압력이 만들어 지는 시간이 엔진의 회전으로 봐서는 40도 정도 회전하는 시간정도가 되었다는 말입니다.

회전속도가 3000이 되어서도 1000일 때와 같은 시점에서 점화 시킨다고 가정하면 연소의 속도는 물론 조금 빨라지겠지만 거의 변화가 없는 것으로 보면 최고의 압력이 형성되는 시기는 피스톤의 회전위치로 본다면 1000일 때가 40도 였으니까 속도가 3000 이 되었으니 피스톤은 같은 시간에 3배를 더 빨리 움직인다. 따라서 120도 만큼 지난 후에야 최고 압력이 형성 될 것이다.

그러면 버스 지나고 손드는 격이 되므로 전혀 도움이 안 되는 폭발이 되고만다. 따라서 엔진의 회전수가 변하면 이에 따라 적절한 점화시기의 변화(진각)가 필요하다.

💨 공기 밀도와 화염 전파 속도의 마찰력

엔진의 회전수 뿐만 아니라 엔진 안으로 빨려 들어오는 공기의 양에 따라서도 점화시기의 조정은 필요한데 그 배경은 공기의 밀도가 달라짐에 따른 연소속도의 변화이다. 즉, 공기의 밀도가 빡빡하고 고온으로 압축 되어 있으면 화염이 옆으로 전파 되는 속도가 빠르고 그렇지 않을 경우는 화염의 전파가 느리게 되어 결국 이것이 흡입되는 공기에 따라서도 점화의 시기를 달리 해 줘야 하는 배경이 된다.

🧠 오직 전자제어 장치(ECU)만이 할 수 있는 실시간 캘리브레이션

그러면 이렇게 복잡한 시시각각 변하는 운전 조건마다 따라서 변하는 최적의 점화시기를 누가 맞출 수 있을 것인가 ? 전자제어 장치만이 할 수 있다. 예전 전자제어 장치가 없었던 시절에는 진공 진각 장치니 하여 기계적인 기구를 써서 어느 정도 운전조건에 따른 보상을 해 왔으나 아주 성긴 조정이었다.

그러나 요즈음의 전자 제어식 엔진에서는 시시각각으로 변하는 엔진의 운전조건에 맞는 최적의 점화시기를 ROM에 데이터 맵(Map)으로 기억시켜 놓은 다음 이 데이터를 이용하여 운전조건이 아무리 중구난방으로 변하더라도 거기에 맞는 최적의 점화시기에 정확히 불꽃을 튀겨주게 되어있다.