부스트압과 점화시기의 관계

부스트 압력 상승시 주의점

차량의 부스트압을 높일 때 가장 주의해야 할 점은 배기온도와 노킹이다.

이러한 경우 전자제어 부분에서는 점화시기와 연료량을 변경하여 맞추어 줄 수 있고 기계적인 부분에서는 압축비 변경, 냉각계통 튜닝, 헤드 튜닝, 캠 샤프트와 밸브 교환, 연소실 형상 변경 등의 방법이 있는데 여기에서는 전자제어의 일반적인 부분에 대해서만 언급하겠다.

배기온도 상승은 연료량과 가장 밀접한 관계가 있다.

간단히 말하면 연료량이 작을수록 배기온도는 상승하며 노킹이 일어나게 된다.

반대로 연료량이 많아지면 배기온도는 내려가며, 노킹은 줄어든다.

물론 같은 양의 연료가 공급될 때 점화시기가 진각되면 배기온도는 내려가나 노킹이 발생하며, 지각되면 배기온도가 올라가지만 노킹은 줄어드는 경향이 있다.

이처럼 배기온도와 노킹은 연료량과 점화시기를 어떻게 설정하느냐에 달려 있는데 연료량을 조절하는 방법은 ECU에서 조절하거나 별도의 추가 연료공급장치와 컨트롤러를 장착하는 방법이 가장 정밀하며 그 외에 연료 압력을 상승시키는 방법, 대용량 인젝터로 교환하는 방법 등이 있으나 이 경우는 전체적으로 연료량을 늘리는 방법이므로 아이들시 부조화가 생기거나 액셀러레이터 OFF시에 연료 과다로 시동이 꺼지는 경우가 있다.

일반적으로 위의 경우처럼 전체적으로 연료량을 늘리는 경우에는 ECU 메이커마다 다소 차이가 있으나 연료 증가량이 약 15% 정도까지는 별다른 부조화가 없다.

그 이유는 ECU에서 연료량 컨트롤시 아이들 부분과 부분 부하시에는 산소센서 피드백에 의해 공연비에 맞추어지게 된다.

이 때문에 어느 정도까지는 연료량을 늘리더라도 피드백에 의해 정상치로 돌아오므로 별다른 부조가 없어지므로 증가시킨 만큼 연료량이 늘어나게 된다.

부스트 압력을 위와 같은 방법으로 상승시키고 또 출력을 위해 대용량 터빈으로 교환할 경우에는 주의할 점이 있다.

일반적으로 대용량 터빈의 경우 A/R 비율의 차이로 인해 고 RPM에서 터보가 작동하며, 터보랙이 길어지는 단점이 있으므로 터빈을 바꿀 경우에 터빈 특성에 맞게 점화시기와 연료량을 변경해 주어야 한다.

특히 주의해야 할 부분은 특정 RPM에서 터빈이 폭발적으로 작동하므로 공기량 변화가 급격해지고 이에 따라 순간적으로 연료가 모자라거나 노킹이 일어날 경우가 많으므로 이점에 주의해서 조정을 해 주어야 한다.

부스트압의 상승을 억제하고 점검하기 위해 터보 튜닝카의 경우 부스트압 조절장치와 게이지 등을 장착하고 있다.

 

점화시기의 설정

 

점화시기의 설정도 연료량과 동일하게 엔진동력계 테스터기(엔진 다이나모)에서 연료량을 고정시킨 후 점화시기를 점차 진각시키다가 출력이 떨어지는 지점에서의 점화시기를 MBT(Minimum advance Best Torque)로 나타낸다.

이 경우 각 RPM별, 공기량별로 설정하는데 양산차의 경우에는 엔진 내구성, 배기가스 규제 등으로 인해 MBT에 맞게 설정하지는 않는데 일반적으로 노킹 센서가 없는 차량의 경우는 약 7도, 노킹 센서가 있는 차량의 경우 2도 정도의 오차를 둔다.

튜닝 차량의 경우에 LBT를 찾는다는 것 또한 불가능하기에 일반적으로 노킹이 발생하기 직전의 지점을 LBT로 보고 점화시기를 설정한다.

물론 노킹에 대한 안전율을 반드시 두어야 하는데 이는 엔진 노화, 불량 연료, 엔진 냉각 계통 불량 등으로 인한 연소실 온도 상승, 연료 공급계통에 이상 등의 요인을 예상해서 설정해야 한다.

점화시기 설정에서도 배기 온도는 반드시 확인하여야 하는데 일반적으로 점화시기를 지각시킬 경우 온도는 상승하고, 진각시킬 경우 내려간다.

이를 이용하여 액셀러레이터의 OFF시 연료 차단을 없앴을 경우 적절하게 점하시기를 조절하면 엔진 냉각에 많은 도움이 된다.

점화시기는 연료량과는 달리 주행중의 상태에 따라 계속 변화한다.

이는 급격한 운행상태 변화에 따른 노킹 방지와 주행성을 높이기 위한 것이지만 튜닝 차량이나 경기용 차량에서는 전혀 불필요한 부분이라 하겠다.

예를 들면 특정 RPM, 공기량 지점에서 점화시기가 15도라고 가정을 하면 급가속시에는 일정 TDC 단위로 5도 정도 지각되었다가 3도 단위로 진각하여 설정값인 15도로 돌아간다.

또한 천천히 가속할 때 5도 정도 지각되었다가 1도 단위로 진각하여 설정값으로 돌아가는 경우 변속시 점화시기가 지각되었다가 진각되는 경우 노킹 센서에 의한 변화 등이 이 부분이라 하겠다.

실제로 이 부분을 변경할 경우 다이나모 테스트상에서 최고 출력 증가는 크지 않지만 실제 주행시 가속감의 상승은 상당하다. 이것이 단순히 느낌이 아니라는 것은 비교 주행을 해보면 확실히 차이를 알 수 있다.

경기용 차량의 경우 스타트시에 비교를 해보면 잘 알 수 있는데 포뮬러의 경우에는 이 차이를 더 확실히 볼 수 있다.

점화시기 설정은 엔진 냉각뿐만 아니라 제동 성능에도 도움이 될 수 있다.

 

거의 대부분의 경우에 브레이킹은 액셀러레이터 OFF시에 행해지므로 액셀러레이터 OFF시에 점화시기를 조절하면 토크가 급격히 떨어져서 차가 울컥거리는데 이 부분을 잘 조절하며 브레이킹에 조금 도움이 된다.

 

액셀러레이터 OFF시 연료 차단을 없앤 경우에는 특히 점화시기 조절이 중요하다.

이 경우 점화시기 조정이 잘못되면 토크가 너무 많거나 줄어들어 코너링시 차량의 운전 특성이 달라지는 수가 많아 드라이버가 적응을 못하는 경우가 많다.

물론 조절이 아주 잘되면 드라이버가 원하는대로 언더스티어나 오버스티어를 약간 유발시킬 수 있다.