고급휘발유와 노킹에 관하여

[둥구나무(성종태)]

고급휘발유와 노킹에 관하여 ===================

주유소에 들어갈때마다 높은 가격이 적혀 있는 "고급휘발유"를 보시고 '저게 뭐길래 비쌀까'
하는 생각을 해보신 적 있으신가요?
아니면, 고가의 수입차를 타시며 "꼭 고급 휘발유를 넣으라는데 왜일까?" 라는 생각을 해보셨을수도 있겠네요.
차량의 성능이 좋아지고 고가의 수입차가 늘어가면서, 고급휘발유 판매점도 점차 늘고 있습니다.

하루하루 오르기만 하는 기름값에 고급휘발유를 고수하던 분들도 눈물을 머금고 일반휘발유를 넣기도 하는데요,
오늘은 그 고급휘발유가 뭔지, 왜 넣어야 하는지에 대해 이야기 해 보겠습니다.


 


1. 고급휘발유란?


고급휘발유란 간단히 말해 '옥탄가'가 높은 휘발유입니다.
부수적으로 유해성분을 더 제거하거나 엔진보호제를 첨가하기도 하는데,
주로 옥탄가를 기준으로 고급/일반 휘발유를 구분합니다.
고급휘발유를 사용하는 이유는 고급휘발유가 노킹을 억제해 주는 효과가 있기 때문입니다.



 

▲ 각 정유사의 고급휘발유 상표들.


2. 그렇다면 옥탄가는 어떤 수치?

옥탄가는 휘발유 연소 기관에 있어서 이상적인 노킹 억제력을 보이는 "이소옥탄(Iso-Octane, 트리메틸페탄)"이
노킹에 저항하는 능력을 100%로 보고, 반대로 좋지 않은 노킹특성을 가지는 노멀 헵탄(n-Heptane)의
노킹 저항능력을 0%으로 봤을 때, 그 휘발유가 어느정도 노킹 저항력을 가지고 있는가를 표시한 것입니다.

세계 표준으로 주로 사용되는 옥탄가는 RON (Research Octane Number) 입니다.
RON값은 통제된 환경에서 여러가지 압축비를 가지는 테스트 엔진에서 연료를 연소했을때,
같은 노킹 특성을 보이는 이소옥탄-헵탄 혼합물의 비율입니다.
따라서 RON 90 의 휘발유는 이소옥탄 90 : 노멀헵탄 10 의 비율로 섞인 연료와 비슷한 특성을 보인다는 것이죠.

또다른 측정법으로 MON (Moter Octane Number) 라는 것이 있는데,
이 테스트는 압축비뿐만 아니라 점화타이밍도 조절하여 테스트를 합니다. 
점화타이밍 역시 노킹을 일으키는데 큰 영향을 주기 때문에,
같은 연료로 테스트해도 MON값은 RON값보다 8~10정도 낮습니다. 

유럽이나 오스트레일리아에서는 RON값을 그대로 표시하지만,
미국이나 캐나다 등의 국가에서는 RON과 MON의 평균값을 표시합니다. 
이 값은 AKI (Anti-Knock Index), PON (Pump Octane Number), (R+M)/2 등 여러가지 방법으로 불립니다.
북미식 표기법은 RON과 MON의 평균값이기 때문에 RON보다 4~5정도 낮은 수치를 보입니다.
따라서, 차량에 표기된 권장 옥탄가를 읽을 때는 차량의 출신지를 감안해서 읽으셔야 합니다.
글로벌 모델은 RON과 AKI가 모두 표시되어 있는 경우도 있습니다.

수치가 다르기 때문에, 옥탄가 기준도 국가마다 다릅니다.
북미에서 87이상부터 레귤러로 부르고, 91이상은 프리미엄이라고 부릅니다.
레귤러에 해당하는 87이라는 수치는 유럽기준으로는 91~92정도입니다.
유럽에서는 95미만의 휘발유를 레귤러, 그이상은 프리미엄으로 칩니다.
북미기준으로 환산하면 91정도 수치입니다.

한국에서는 법적으로 유럽과 같은 RON기준 91~93까지를 일반, 94 이상을 고급으로 분류하고 있습니다.
분류기준상으로는 94 이상이면 고급 휘발유지만, 국내 정유사들이 공급하는 고급 휘발유는
보통 99이상의 옥탄가를 가지고 있다고 합니다.

참고로 이소옥탄의 안티노크성은 휘발유 차량에 쓸 수 있는 연료 중
가장 높은 것은 아니기 때문에 옥탄가 수치는 100을 넘는 경우도 있습니다.
레이싱용 연료, LPG, 에탄올, 벤젠, 톨루엔 등은 보통 RON기준 110을 넘습니다.


 

▲ 해외에서는 이처럼 옥탄가에 따라 더욱 세분화하여 판매하기도 합니다.


고옥탄가 휘발유를 만들려면 정제과정을 더 거치고 옥탄가를 개선할 수 있는 물질을 첨가하는 등
일반 휘발유에 비해 많은 공정이 들어가기 때문에, 고옥탄가 휘발유는 가격이 더 비싸지게 됩니다.

고급휘발유라는 표현 때문에 막연히 성능에 대한 기대감을 줄 수 있겠지만,
옥탄가는 에너지 함유량에 관계된 수치는 아닙니다.
따라서 고급 휘발유를 넣는다고 해서 엔진 힘이 좋아진다던가 하는 일은 없습니다. 

일본에서는 고급휘발유라는 표현 대신 고옥탄가 휘발유라는 의미로
'하이오크'(high octane) 라는 표현을 사용합니다.
옥탄가가 높아지는게 어떤 의미인지 이해가 잘 안되신다면,
쉽게 생각해 '불이 잘 붙지 않는 휘발유' 라고 생각하시면 됩니다.


3. 왜 고옥탄가 휘발유를 넣어야 할까요?

휘발유를 사용하는 내연 기관은 혼합기를 연소실에 밀어넣은 후 압축한 다음
점화 플러그에서 발생한 불꽃을 이용해 한순간에 연소시키고, 그 반발력이 출력으로 나오게 됩니다. 
하지만, 불이 잘 붙는 휘발유는 엔진의 고열 고압에 견디지 못하고
적절한 연소 타이밍이 아닌 시점에서 자연발화를 해 버립니다. 이것을 '노킹'이라고 합니다.
불이 잘 붙지 않는 휘발유는 엔진 내부의 고압 고열에 잘 견디기 때문에 노킹을 일으키기 어려운 것이죠.


 
▲ 노킹이 어떻게 일어나는지 간단히 보여주는 그림. 조기착화도 노킹의 일종입니다.


혼합기가 실린더로 들어가는 도중 연소했다고 가정해 봅시다.
흡기시 배기 밸브는 닫혀 있고, 흡기 밸브는 열려 있으며, 실린더는 팽창하고 있습니다.
이때 혼합기가 연소되면 이미 팽창하고 있는 실린더에 다시한번 힘이 가해지고,
연소압으로 인해 흡기 밸브가 강제로 밀어올려지고,
흡기밸브가 밀어올려지면서 캠측에 역방향의 힘을 전달하게 됩니다.
즉 노킹이 일어나면 엔진의 전체적인 밸런스가 일시적으로 무너져 엔진에 큰 무리가 가게 됩니다.

노킹은 엔진을 망가뜨리는 주범이므로 반드시 피해야 합니다.
노킹이 일어나기 쉬운 상황은 1. 고압축비, 2. 점화시기가 빠른경우, 3. 과급기 장착 등인데
이 상황들은 모두 고출력을 내기 위한 세팅입니다.
고가의 수입차나 슈퍼카들은 높은 출력을 자랑으로 삼습니다.
하지만 앞서 말했듯 어떤 세팅을 해도 노킹의 한계를 넘기 위해서는
결국에는 노킹이 잘 일어나지 않는 휘발유를 써야 됩니다. 고급 휘발유가 등장할 차례지요.


4. 옥탄 부스터

옥탄 부스터는 일반휘발유에 첨가하여 옥탄가를 올려주는 제품입니다.
제품에 따라 다르지만, 옥탄가를 3~10정도 올려주는 효과가 있습니다.


 

▲ 옥탄부스터. 성분이나 옥탄가 상승정도는 제품에 따라 다릅니다.
주유 전에 한통을 넣고 적정량의 휘발유를 주유하면 됩니다. 

옥탄 부스터는 일반유에 넣어서 쓰는 제품입니다.
고급유에 옥탄부스터를 또 넣어도 옥탄가가 확 올라가지는 않습니다.
가격도 상당히 비싼 편이기 때문에 고급휘발유를 주유할 수 있는 환경이라면
굳이 일반유에 옥탄 부스터를 넣어서 쓰실 필요는 없습니다. 

또한 모든 옥탄 부스터가 정확한 효과가 검증된 것은 아니고,
사용이 금지된 테트라에틸납이나 MTBE등의 물질로 만들어졌을 가능성도 있기 때문에, 
항시 사용하기보다는 만일을 위한 임시 용도로 생각하시는 것이 좋습니다.

고급휘발유는 도시 지역에서 주로 팔고 있어 주말 나들이 때에
기름이 떨어지면 어쩔 수 없이 일반휘발유를 넣어야 할 때도 있습니다.
그럴 때 옥탄 부스터를 가지고 있으시면 요긴하게 사용할 수 있습니다.


5. 자기 차에 맞는 휘발유를 선택합시다.

자기 차량에 맞는 휘발유는, 주유구를 열어보면 알 수 있습니다.
대부분의 고급휘발유 차량의 주유구에는 RON이나 AKI 값이 적혀 있습니다.
별다른 표기가 없는 경우에는 일반 휘발유를 넣어도 되는 경우입니다.

 

▲ 무연 고급 휘발유를 사용하라는 문구.
미국기준(R+M)/2는 91이상, 유럽기준(RON)으로는 95이상을 사용하라고 표기되어 있습니다. 

고급휘발유는 구하기도 힘들고 가격이 비싸기 때문에 모든 차량에는 적용하기 힘듭니다.
그래서 높은 출력을 가지는 고급차량들에 주로 사용됩니다.
최근의 고급유를 사용하는 차량들은 노킹센서가 설치되어 있어 일반 휘발유를 넣더라도
폭발시기를 자동으로 수정하여 노킹을 방지하고 있습니다.
하지만 이 경우 출력이 떨어지기 때문에 가능하면 고급 휘발유를 넣는 것이 좋습니다.

반대로 고급유라는 이름 때문에 막연히 '일반유보다 잘 나가겠지'하는 생각으로
일반 차량에 고급유를 넣는 경우도 간혹 있습니다.
노킹을 예방할 수 있으므로 차량의 수명은 어느정도 늘어날 수 있으나
일반유를 사용하는 차량에 고급유를 넣어도 발생하는 출력은 동일합니다.


휘발유는 차에 맞는 휘발유를 넣는 것이 가장 좋습니다.