MBT - 과하지도 모자라지도 않는 최적의 타이밍

너무 빠르면 엔진이 상하고 너무 느리면 출력이 약하다.

점화는 압축과 폭발 행정 사이의 찰나에 일어난다.

엔진은 흡기 압축 폭발 배기의 네 가지 행정을 거친다. 이중 에너지를 내는 폭발은 점화 플러그에서 언제 스파크를 일으키느냐 혹은 디젤의 경우 메인 분사를 언제 해 주느냐에 따라서 결정이 된다. 그 시점이 언제냐에 따라서 엔진은 전혀 다른 성능을 보인다.

점화 시기에 따른 연소실 압력 변화 - 앞으로 당길수록 최고압은 올라가지만 너무 당기면 40도 케이스처럼 노킹이 발생할 수 있다.

보통 점화 시기는 압축 과정에서 피스톤이 제일 높은 지점인 상사점 (TDC - Top Dead Center)에 도달하기 전에 일어난다. 점화를 일찍 할수록 연소를 통해 일어나는 온도 압력 상승과 압축을 통해 일어나는 상승이 중복되어서 실린더 내에 온도와 압력이 가파르게 상승하게 된다.

대신 너무 일찍 폭발을 시키면 실린더 내에서 손 피스톤을 밀어서 바퀴로 동력을 전달해야 하는 폭발 행정 동안에는 연소가 다 끝나버려서 실제 전달되는 힘은 줄어들 수 있다. 실린더 내에서 연료가 자발 화해서 노킹이 발생해 엔진 손상이 발생하기도 한다.

 

점화 시기에 따른 성능 및 배기가스 변화 - Researchgate 자료 참조

그렇다고 너무 늦게 지연하면 출력 자체가 떨어지는 현상도 나타난다. 이렇듯 각 엔진 운전 영역에 따라서 최적의 출력을 내는 점화 시기 MBT (Maximum Brake Torque timing)가 존재한다. 자동차 개발 시에는 영역 별로, 냉각수 온도, 외기 온도, 고도에 따라서 점화시기를 조정해서 어떤 조건에서도 최적의 효율을 낼 수 있도록 설정한다.

일반 가솔린 엔진의 점화시기는 대략 BTDC 25도 내외로 일상 주행 영역은 대부분 MBT에 맞추어 튜닝이 되어 있다. 그러나 고속 고출력 영역은 MBT보다 먼저 노킹이 발생해서 더 이상 점화시기를 앞당길 수 없는 경우가 많다.