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GDI 엔진을 위한 엔진오일
  • 라이드매거진 편집부
  • 승인 2019.09.03 09:53
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드디어 시원한 바람이 불기 시작했다. 이 바람처럼 서서히 연비와 드라이브의 계절이 다가 오고 있다. 시간이 지나면 계절이 바뀌듯 기술 역시 바뀌기 마련이다. 특히 자동차의 여러 기술 중에서 엔진이라면 효율을 높이는 쪽으로 꾸준히 발전해 왔다. 당연히 효율이 높아지면 연비도 따라 높아지고 그만큼 즐겁게 달릴 수 있다. 하지만 이 즐거움을 누리기 위해서는 생각해야 할 것들이 있다. 엔진오일 역시 마찬가지다.

 

장단점이 명확한 GDI 엔진 
아마 자동차를 잘 안다고 해도 캬뷰레터란 말을 처음 들은 사람도 있을 것 같다. 이제는 거의 모든 차량이 직분사 방식의 엔진을 사용한다. 하지만 오래전에는 캬뷰레터를 사용해 공기와 연료를 혼합해 엔진에 집어 넣었다. 물론 인젝터를 사용해 연료와 공기를 따로 집어 넣는 직분사 엔진은 크게 두 가지로 나뉜다. 1990년대 후반에 처음 등장한 직분사 엔진은 흡기 밸브 쪽에서 연료를 분사하는 방식으로, 포트 분사 엔진 혹은 MPI라 부른다. 이후 흡기 밸브 쪽이 아닌 실린더 내부에 직접 연료를 분사하는 엔진이 등장했다. 바로 우리가 알고 있는 GDI 엔진이다. 

GDI라는 용어 자체가 Gasoline Direct Injection의 줄임말이다. GDI 엔진의 장점은 명확다. 기존 엔진들 대비 높은 출력과 높은 연비와 함께 이산화탄소 배출량을 줄일 수 있다. 하지만 GDI 엔진에도 단점이 있다. 흡기 밸브 쪽으로 분사 되는 직분사 엔진은 연료가 흡기 밸브에 닿기 때문에 여기에 카본이 쌓이지 않는다. 반면 분사 위치가 더 깊숙한 GDI 엔진의 경우 흡기 밸브에 대한 청정 작업이 이루어지지 못한다.

 

문제는 배기가스 속 카본  
그런데 왜 흡기밸브에 카본이 쌓이게 되는지에 대한 궁금한 사람들이 많을 것 같다. 이런 현상의 원인은 EGR(배기가스 재순환장치) 때문이다. 1990년대 이후 환경규제는 꾸준히 강화되었고, 이 규제를 통과하기 위해 많은 엔진이 EGR 시스템을 사용하고 있다. EGR은 말 그대로 생성된 배기가스를 순환 시켜 다시 한 번 엔진으로 집어 넣어 배기가스에 섞인 환경오염물질을 줄이는 구조다. 또한 배기가스는 EGR 쿨러를 통해 냉각된 후 들어가기 때문에 연소실의 온도를 낮추는 부가적인 효과를 얻을 수 있다. 

하지만 배기가스가 재순환 되는 과정에서 배기가스에 섞여 있는 카본이 지속적으로 흡기 밸브에 쌓이게 된다. 또한 밸브 뿐만 아니라 인젝터와 관련된 문제를 만들기도 한다. 인젝터 주변에 누적된 카본은 연료를 흡수해 인젝터의 효율을 떨어뜨린다. 하지만 가장 큰 문제는 밸브와 인젝터에 쌓인 이 카본 퇴적물이 노킹의 주된 원인이 된다는 것이다.

 

카본 때문에 발생하는 노킹 
노킹(knocking)은 연소실 온도가 설계보다 높아진 상황에서 발생하게 되는 이상 폭발 현상이다. 정확한 시점에서 폭발이 일어나야 하는데 조금 일찍 연료가 폭발하거나 늦게 폭발하는 경우 모두 노킹이라 부른다. 인젝터의 미세한 구멍에서 분사되는 연료는 부드러운 안개와 비슷하다. 그러나 카본이 인젝터의 구멍을 막게되면 안개가 아닌 물방울과 비슷한 모습으로 분사 되어 버린다. 이런 형태의 연료는 제대로 기화되지 못한다. 사실 연료가 기화되는 과정에서 주변의 열을 빼앗아 실린더 내부의 온도를 낮추도록 설계가 되어 있는데, 이 과정이 제대로 이루어지지 못하니 실린더 내부의 온도가 높아지며 노킹이 발생하기 쉬운 상황이 된다. 

이런 엔진 노킹 현상이 지속되면 엔진이 파손되는 상황까지 발생하게 된다. 정상적인 흡입 - 압축 - 폭발 - 배기가 정확히 이루어져야 하는 엔진에서, 압축이 완료되지 않은 상태에서 폭발이 발생하면 피스톤과 피스톤 링크는 압축을 위해 위쪽으로 올라가는 상황이기 때문에 피스톤이나 피스톤 링크에 지속적인 충격을 받게 된다. 이런 상황이 반복 된다면 해당 부분이 깨져 버릴 수도 있다. 이미 국내에는 꽤 많은 GDI 엔진 차량이 있으며 이런 노킹 현상을 이야기하는 운전자도 많다(물론 느끼지 못하는 운전자도 많지만). 그런데 GDI 엔진에서 발생하는 노킹은 저속에서 발생하는 경우가 많으며, 어느 정도 속도가 높아지면 이런 현상이 사라진다. 

엔진오일로 노킹을 줄인다?
이런 현상은 LSPI(Low-speed Pre-ignition)라 불린다. 의미 그대로 낮은 속도에서는 연료 분사량이 적기 때문에 연소실 내부가 충분히 냉각되지 못한다. 이런 상황에서 이상 연소 현상인 노킹이 발생한다. 하지만 속도가 올라가면 연료 분사량 자체가 많아져 연소실 내부의 온도가 낮아져 노킹 현상이 줄어들게된다. 또한 제조사들은 이런 저속에서의 노킹 문제를 해결하기 위해 다양한 노력을 기울이고 있다. 기존의 MPI 방식의 성능과 효율을 개선해 사용하는 제조사도 있다. 하지만 이미 많은 GDI 엔진 차량이 도로를 달리고 있으니 이에 대한 대비책이 필요하다. 

2018년 5월, API(미국 석유 협회)는 SN 플러스(Plus) 엔진오일 규격을 발표 했다. 이 규격은 엔진 손상과 관련된 클레임의 증가 때문에 고심하던 자동차 제조사들의 요구에 의해 만들어진 규격이다. 물론 몇몇 엔진오일 제조사들은 이 규격이 발표되기 전부터 저속 노킹 현상에 대한 대비를 해왔다. 모튤 역시 그런 제조사 중 하나다. 모튤은 API SN 플러스 규격이 제정되기 1년 전인 2017년 4월 부터 8100 시리즈를 LSPI 현상을 줄일 수 있는 성분으로 업그레이드 했었다. 물론 현재 국내 판매중인 제품도 마찬가지다. 또한 모튤의 8100 시리즈에는 저속 노킹 현상에 대한 대비와 함께 연비 향상과 함께 오염물질을 조금이라도 덜 내보내기 위한 첨가제도 들어 있다. 그렇다면 GDI 방식의 터보엔진이라면 어떨까? 이 경우 역시 API SN 플러스 규격을 만족시키는 엔진오일을 사용하면 된다. 

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