[2014 EBS 수능특강 A] - 사실적 독해-심화 문제 ❷ ‘엔진의 노킹 현상’

[구렛나루]

2강 심화 문제 ❷

[01~03] 다음 글을 읽고 물음에 답하시오.

가솔린 엔진이란 공기와 가솔린의 혼합 가스를 연소하기 위해 연소실 내 상단 가운데에 위치한 스파크 플러그에서 불꽃을 일으켜 화염을 전체 연소실로 전파시키면 그 혼합 가스의 폭발력으로 아래 부분의 피스톤을 움직이고, 그 피스톤의 왕복 운동을 회전 운동으로 바꾸어 동력을 얻는 기관이다. 이러한 가솔린 엔진의 성능과 연비를 향상시키기 위한 방법 중 하나는 노킹(knocking) 제어이다. 노킹이란 마치 문을 노크하는 것처럼 엔진에서 해머로 두드리는 금속성 소음이 발생하는 현상으로, 심한 경우 엔진 파손으로 이어지기도 한다.

가솔린 엔진의 노킹은 미연소 가스에 의해 발생한다. 미연소란 공기와 연료의 혼합 가스가 미처 연소되지 않은 상태를 말한다. 즉 엔진의 압축 및 폭발 과정에서, 스파크 플러그에서 불꽃이 점화되면 혼합 가스에 불이 붙어 화염이 연소실 내에 골고루 전파되어야 정상인데, 화염이 전파되기도 전에 스파크 플러그에서 먼 반대편에서 압축된 혼합 가스가 저절로 발화함으로써 또 다른 화염들이 발생하여 연소가 비정상적으로 일어나는 현상이다. 즉 피스톤 왕복에 의한 압축으로, 연소실 내의 온도와 압력이 계속 상승하면 혼합 가스가 스파크 플러그에 의해 점화되지 않아도 자연 발화될 수 있다. 스파크 플러그에서부터 순차적으로 발생하는 화염이 아니라, 비정상적으로 여러 군데에서 동시에 화염이 발생하면서, 연소실 내 압력이 비정상적으로 상승하게 되고, 그 압력에 의한 진동이 연소실 내의 실린더 벽을 두드려 고주파의 금속성 가스 진동음이 발생하게 된다. 이렇듯 미연소 가스에 의한 노킹은 스파크 플러그에서 먼 쪽에서 발생하게 되기 때문에 주로 피스톤에 손상이 생기기 쉽다.

또한 노킹 현상은 조기 점화에서도 생긴다. 조기 점화 현상이란 스파크 플러그가 불꽃을 점화시키기도 전에 저절로 불꽃이 생기는 자연 발화 현상이다. 위의 미연소 가스에 의한 노킹은 점화 후 화염이 전파되기 전에 발생하는 것이라면, 조기 점화에 의한 노킹은 스파크 플러그의 점화가 있기 전에 먼저 발생하는 현상이다. 조기 점화는 주로 스파크 플러그 주위에서 발생하기 때문에 스파크 플러그의 손상이 많다.

이러한 노킹 현상은 피스톤이 실린더 내에서 가장 높은 위치와 가장 낮은 위치에 있을 때의 실린더 내 부피 비율인 압축비에 의해 크게 영향을 받는다. 엔진의 압축비를 점차 증가시켜 나가면 통상 엔진의 성능을 나타내는 평균 유효 압력은 증가하게 된다. 이때 평균 유효 압력이 최대가 되는 압축비를 최고 유효 압축비라고 한다. 최고 유효 압축비 이상으로 압축비를 높이게 되면 노킹 현상이 발생되면서 엔진의 성능은 떨어지게 된다. 가솔린 엔진의 노킹은 연료에 따라서도 달라질 수 있다. 노킹 발생의 정도를 나타내는 연료의 특성을 옥탄가(octane value)라는 척도로 표시한다. 즉 압축비가 증가하더라도 옥탄가가 높으면 노킹이 잘 발생하지 않는다.

반면, 디젤 엔진은 가솔린 엔진과 달리 혼합 가스의 압축으로 고온과 고압 상태가 되면 저절로 발화해서 동력을 얻는 원리이므로 스파크 플러그가 없다. 따라서 자연 발화가 일어나지 않으면서 압력이 계속 상승할 때 고압에 의해 소리가 나는 노킹이 발생한다. 또한 가솔린 엔진과 달리, 압축비가 낮을 때 주로 발생한다.

01 윗글의 내용과 일치하지 않는 것은?

① 노킹은 엔진에서 발생하는 금속성 소음이다.

② 노킹 현상 억제를 통해 엔진의 성능을 향상시킬 수 있다.

③ 디젤 엔진에서는 자연 발화가 잘 일어날 때 노킹이 발생한다.

④ 가솔린 엔진과 디젤 엔진 모두 압축비에 의해 노킹이 영향을 받는다.

⑤ 가솔린 엔진은 점화가 일어나기 전과 후에 노킹이 다 발생할 수 있다.

02 윗글을 바탕으로 <보기>를 설명한 것으로 적절하지 않은 것은?

<보기>

① 연료 B의 옥탄가가 연료 A의 옥탄가보다 높다.

② 연료 A는 연료 B에 비해 엔진의 성능 향상에 도움이 된다.

③ 연료 B에서 엔진의 압축비가 6.2보다 크면 노킹이 발생한다.

④ 엔진의 압축비가 6.3인 지점에서는 연료 A가 연료 B보다 노킹이 덜 발생한다.

⑤ 연료 A와 B를 보면, 연료마다 엔진의 성능이 최대가 되는 최적의 압축비가 존재함을 알 수 있다.

03 <보기>는 연소실 내에서 불꽃이 점화되어 연소가 일어나는 것을 보여 준다. 미연소 가스에 의한 노킹이 발생하는 위치는?

<보기>

도움자료

[2014 EBS 수능특강 A]

심화 문제 ❷ 01 ③ 02 ① 03 ④

‘엔진의 노킹 현상’

해제 : 이 글은 노킹(knocking) 현상의 원인에 대해 설명하고 있다. 노킹 현상이란 엔진의 이상(異狀) 점화 현상으로, 엔진 내에서 망치로 두드리는 것 같은 소음이 나는 것을 말한다. 그 원인은 미연소 가스에 의한 것과 조기 점화로 인한 것으로 나뉜다. 전자 는 연료와 공기의 혼합 가스에 점화가 된 후, 화염이 연소실 내에 골고루 전파되기 전에 다른 곳에 있던 혼합 가스가 고온 고압에 의해 저절로 발화되어 화염이 터지면서 연소실 내 벽을 두드리면서 발생한다. 그리고 후자는 스파크 플러그에서 점화가 되기도 전에 다른 곳의 혼합 가스가 저절로 자연 발화하여, 마찬가지로 화염이 생겨 연소실 내 벽을 두드리면서 발생한다. 이러한 가솔린 엔진의 노킹 현상은 최고 유효 압축비 이상으로 압축비를 높이면 노킹이 생기고 엔진 성능이 떨어질 수 있다. 노킹 제어를 하기 위해 옥탄가가 높은 연료를 쓰기도 한다. 반면, 디젤 엔진은 스파크 플러그에 의해 점화되는 것이 아니라 엔진 내 혼합 가스가 고온, 고압 상태가 되면 저절로 점화가 되어야 하는데, 이것이 잘 이루어지지 않으면 고압 상태에서 노킹이 저절로 발생하게 된다. 이처럼 연료에 따라 점화 방식이 다르며 노킹의 발생 원인도 다르다.

주제 : 노킹의 발생 원인

구성

•1문단: 가솔린 엔진과 노킹 현상

•2문단: 미연소 가스에 의한 노킹 현상

•3문단: 조기 점화에 의한 노킹 현상

•4문단: 노킹 제어를 위한 최고 유효 압축비와 옥탄가의 관계

•5문단: 가솔린 엔진과 디젤 엔진의 노킹의 차이점

01 세부 내용 파악 답 ③

이 문제는 글에 흩어진 정보의 위치를 파악한 후, 그 정보 내용을 정확하게 파악하는지를 묻고 있다. 따라서 정보들 간의 종합과 비교 분석하는 능력이 요구된다.

[정답이 정답인 이유]

지문 ➔ 단서

5문단 ➔ 디젤 엔진은 가솔린 엔진과 달리 혼합 가스의 압축으로 고온과 고압 상태가 되면 저절로 발화해서 동력을 얻는 원리 이므로 ~ 따라서 자연 발화가 일어나지 않으면서 압력이 계속 상승할 때 고압에 의해 소리가 나는 노킹이 발생한다.

독서Ⅰ (2) 기능 (나) 독서의 수행 ② 추론적 독해

㉮ 지식과 경험, 표지, 문맥 등을 이용하여 생략된 내용을 추론한다.

5문단을 보면, 디젤 엔진에서는 자연 발화가 잘 일어날 때 노킹이 발생하는 것이 아니라 자연 발화가 일어나지 않을 때 발생한다고 하였다. 따라서 일치하지 않으므로 정답이다.

[오답이 오답인 이유]

단서

① [1문단] 노킹이란 마치 문을 노크하는 것처럼 엔진에서 해머로 두드리는 금속성 소음이 발생하는 현상

② [1문단] 가솔린 엔진의 성능과 연비를 향상시키기 위한 방법 중 하나는 노킹(knocking) 제어이다.

④ [4문단] 이러한 노킹 현상은 ~ 압축비에 의해 크게 영향을 받는다.

[5문단] 또한 가솔린 엔진과 달리, 압축비가 낮을 때 주로 발생한다.

⑤ [3문단] 미연소 가스에 의한 노킹은 점화 후 화염이 전파되기 전에 발생하는 것이라면, 조기 점화에 의한 노킹은 스파크 플러그의 점화가 있기 전에 먼저 발생하는 현상이다.

교육과정연계

독서Ⅰ (2) 기능 (나) 독서의 수행 ① 사실적 독해

㉯ 지식과 경험, 글에 나타난 정보, 맥락 등을 이용하여 글의 중심 내용을 파 악한다.

독서Ⅰ (2) 기능 (나) 독서의 수행 ① 사실적 독해

㉱ 독서 목적에 따라 글의 특정 부분을 선별하여 정보를 파악한다.

02 글의 내용 재구성 답 ①

이 문제는 글 내용 이해를 바탕으로 그래프를 해석할 수 있는지를 묻고 있다. 그래프와 관련된 글 속의 정보를 찾아 그 의미를 다시 확인하는 것이 중요하다.

[정답이 정답인 이유]

답지 ➔ 단서

4문단 ➔ 노킹 발생의 정도를 나타내는 연료의 특성을 옥탄가(octane value)라는 척도로 표시한다. 즉 압축비가 증가하더라도 옥탄가가 높으면 노킹이 잘 발생하지 않는다.

연료 A는 연료 B에 비해서 최고 유효 압축비가 높다. 또한 4문단에서 최고 유효 압축비 이상으로 압축비를 높이면 노킹 현상이 발생된다고 했다. 따라서 연료 A는 연료 B에 비해 노킹 현상이 잘 발생하지 않으므로 연료 A는 연료 B보다 옥탄가가 높다는 것을 알 수 있다. 그런데 ①에서는 연료 B가 더 높다고 했으므로 적절 하지 않다.

[오답이 오답인 이유]

② 연료 A는 연료 B에 비해 노킹 현상이 잘 일어나지 않는다. 따라서 연료 A는 연료 B에 비해 엔진의 성능 향상에 도움이 된다.

③ 그림에서 6.2는 최고 유효 압축비임을 알 수 있다. 또한 4문단에서 최고 유효 압축비 이상으로 압축비를 높이면 노킹 현상이 발생된다고 했다. 따라서 6.2를 지난 지점의 압축비에서는 노킹이 발생한다는 것을 알 수 있다.

④ 그림에서 연료 A의 최고 유효 압축비는 6.4이고, 연료 B의 최 고 유효 압축비는 6.2이다. 4문단에서 ‘최고 유효 압축비 이상으로 압축비를 높이게 되면 노킹 현상이 발생되면서 엔진의 성능은 떨어지게 된다.’라고 기술하고 있다. 그렇다면 압축비가 6.3일 때 연료 A는 최고 유효 압축비보다 작고 연료 B는 최고 유효 압축비 보다 크므로, 이 지점에서는 연료 A가 연료 B보다 노킹이 덜 발생 한다는 것을 알 수 있다.

⑤ 그림에서 연료 A와 B는 모두 정상 분포 곡선을 그리고 있는데, 이는 정상 꼭짓점이 최고 유효 압축비인 지점임을 뜻한다. 따라서 연료마다 엔진의 성능이 최대가 되는 최적의 압축비가 존재함을 알 수 있다는 진술은 적절하다.

교육과정연계

독서Ⅰ (2) 기능 (나) 독서의 수행 ① 사실적 독해

㉱ 독서 목적에 따라 글의 특정 부분을 선별하여 정보를 파악한다.

독서Ⅰ (2) 기능 (나) 독서의 수행 ② 추론적 독해

㉱ 글의 내용을 여러 가지 관점에서 분석하고 종합한다.

03 구체적 상황에 적용하기 답 ④

이 문제는 특정 정보에 대한 이해를 그림으로 표현하였을 경우 제 대로 잘 이해했는지를 묻고 있다.

[정답이 정답인 이유]

지문 ➔ 단서

2문단 ➔ •스파크 플러그에서 불꽃이 점화되면 혼합 가스에 불이 붙어 화염이 연소실 내에 골고루 전파되어야 정상인데, 화염이 전파되기도 전에 스파크 플러그에서 먼 반대편에서 압축된 혼합 가스가 저절로 발화함으로써

•이렇듯 미연소 가스에 의한 노킹은 스파크 플러그에서 먼 쪽에서 발생하게 되기 때문에 주로 피스톤에 손상이 생기기 쉽다.

위의 단서를 통해 스파크 플러그에서 먼 쪽, 그리고 피스톤에 가까운 쪽임을 추론할 수 있다. 이에 가장 적절한 부분은 ④이다.

[오답이 오답인 이유]

①은 스파크 플러그이고, ②와 ③은 스파크 플러그에 가까운 쪽이므로 적절하지 않고, ⑤는 실린더 내부이므로 연소실이 아니다.

교육과정연계

독서Ⅰ (2) 기능 (나) 독서의 수행 ① 사실적 독해

㉱ 독서 목적에 따라 글의 특정 부분을 선별하여 정보를 파악한다.

독서Ⅰ (2) 기능 (나) 독서의 수행 ⑤ 창조적 독해

㉮ 글의 화제나 주제, 관점 등에 대하여 자기의 생각을 논리적으로 구성한다.