에너지 효율성에 대한 압박이 나날이 거세지고 있습니다. 예전처럼 대배기량의 실린더 개수가 많은 엔진들이 점차 사라지고 있는 것도 이 때문이죠. 더 높은 연비를 요구하고 있기에, 자동차 회사들은 배기량을 줄이고, 실린더를 줄이는 대신 다른 방법들로 이전의 출력들을 만들어 내기 위해 많은 연구를 해왔습니다.
승용 디젤 엔진으로 연비를 높이는 것도 방법이었으며, 터보차저와 같은 과급기를 이용해 에너지를 재사용하면서 출력을 높이는 것도 최근 많이 도입된 방법입니다. 그리고 오늘 소개할 가솔린 직분사 엔진(Gasoline Direct Injection Engine)도 에너지 효율성을 높이기 위해 도입된 방식 중 하나입니다.
직분사 방식의 가솔린 엔진, GDI 엔진!
일반적으로 가솔린 엔진은 흡입, 압축, 폭발, 배기라는 과정을 거치며 열에너지를 운동 에너지로 바꿉니다. 이때 첫 번째 과정인 흡입 시 연소에 필요한 공기와 연료가 섞인 혼합기체를 흡기 포트라는 구멍을 통해 빨아들이게 됩니다. 그리고 이를 압축한 후 점화 플러그를 이용해 강제 폭발시켜 에너지를 얻죠.
기존 인젝터 방식은 흡기 포트에 연료를 분사해 공기와 미리 혼합하는데, 때에 따라서 연료가 완전히 타지 않고 일부 배출되는 현상이 발생하며, 이를 불완전 연소라고 합니다. 이런 방법은 당연히 연비와 출력이 저하될 수밖에 없습니다.
그런데 직분사 엔진은 흡기 포트에 미리 연료를 분사하지 않고, 실린더 내에 직접 연료를 분사하는 방식입니다. 흡기 포트에서는 공기만 빨아들인 후 기존 대비 아주 적은 양의 연료만을 직접 분사해 폭발시켜 완전 연소를 유도하는 방식입니다.
[관련글: 직접분사 방식! GDI 엔진은 무엇인가?]
같은 양의 연료로 더 큰 폭발력을 가진 GDI 엔진!
우선 GDI 엔진은 공기와 연료의 혼합 비율이 적게는 25:1, 많게는 40:1 정도로 상대적으로 공기의 양이 매우 많습니다. 일반적인 엔진의 경우 14.7:1인 것을 고려하면 2배 이상 공기의 양이 많죠. 실린더에 들어가는 연료의 양이 적으니 이론적으로는 불완전 연소되는 연료의 양도 대폭 줄어들며, 이게 GDI 엔진의 가장 큰 장점입니다.
또한, 실린더 내 연료를 고압으로 직접 분사하기 때문에 액체가 기화하는 과정에서 내부 온도를 낮출 수 있어, 실린더 내 혼합기체 충전 효율을 높일 수 있습니다. 그리고 이론적으로는 냉각 기능 덕분에 압축 과정에서 발생하는 온도 상승에 의한 이상 폭발, 이른바 노킹을 줄일 수 있다는 것이 GDI 엔진이 가진 장점이었습니다.
그러니까 쉽게 설명해, 같은 양의 연료로 더 많은 폭발력을 얻을 수 있다는 점이 가장 큰 장점입니다. 따라서 연비와 출력 모두가 개선될 수 있죠.
GDI 엔진의 아쉬운 점? 카본 슬러지
이론적으로는 아주 훌륭한 방식이었지만, 한 가지 개선되어야 할 점도 있었습니다. 다름 아닌 흡기 밸브에 카본 찌꺼기가 많이 쌓인다는 점입니다. 엔진 자체만 놓고 보면 문제가 없으나, EGR(배기가스 재순환장치)과 만나면서 이와 같은 문제가 발생한 것이죠.
EGR은 배기가스 중 일부를 엔진으로 다시 집어넣어 재순환시키는 장치입니다. 연소 온도를 낮추면서 질소화합물의 발생량도 줄이는 방식인데, 이때 배기가스가 흡기 포트로 유입되면서 잔류하고 있는 각종 슬러지가 흡기 포트를 비롯해 직분사 인젝터에 달라붙는 현상이 발생합니다.
기존 흡기 포트 분사 방식이라면 연료가 분사되면서 이런 오염 물질들을 일부 씻어내는 효과를 발휘했지만, 직분사는 흡기 포트에 분사하지 않기 때문에 결국 밸브 주변에 오염 물질을 씻어낼 방법이 없습니다.
직분사 인젝터에 퇴적물이 쌓이면 어떻게 될까?
직분사 인젝터에 퇴적물이 쌓일 경우 위에서 설명한 연료가 기화하면서 연소실의 온도를 낮추는 기능을 제대로 수행할 수 없게 됩니다. 액체상태로 분사되며 결국 연소실 온도가 계속 올라가면서 급기야 점화 플러그가 작동하기 전에 올라간 온도 때문에 이상 폭발을 일으키기도 합니다. 이 현상은 직분사 엔진에서 일어나는 노킹 현상, 즉 LSPI 현상의 원인으로 추청 되곤 합니다.
주로 엔진의 저회전 구간에서 이런 현상이 일어나는데, 이를 LSPI (Low Speed Pre-ignition)이라고 부르기도 합니다. 특히 저속에서 LSPI 현상이 잦아지는 이유는 말 그대로 연료 분사량 자체가 적어 기화에 의한 냉각 효과가 크지 않기 때문입니다. 따라서 연소실 온도가 올라가면서 이상 폭발을 일으키는 것입니다.
LSPI 현상이 계속 일어난다면!?
가장 큰 문제는 엔진에 강한 충격을 계속 준다는 점입니다. 피스톤이 정상적인 위치까지 올라오는 도중에 폭발하기 때문에 피스톤부터 이를 연결하는 커넥팅 로드에도 충격이 전달됩니다. 이런 현상이 장기간 지속되면 결국 파손에 이를 수 있죠.
GDI 엔진의 LSPI 현상을 줄일 방법은 없나요?
GDI 엔진의 LSPI 현상을 줄이기 위해 언급되고 있는 방안 중 하나는 주기적으로 엔진의 흡기 포트를 세척해주는 방법인데요. 사실 이 방법은 엔진 일부를 분해해 다시 조립해야 하므로 말처럼 쉽지도 않은데다 효과에 대해 정확히 확인된 바가 없어 추천드리지는 않습니다.
대신 좀 더 정확하고 손 쉬운 방법을 소개해 드리자면, 바로 GDI 전용 엔진 오일인 SN PLUS 등급의 엔진 오일을 사용하는 방법입니다.
GDI 엔진의 구원투수, 엔진오일 신규격 SN PLUS!
SN PLUS는 미국 석유 협회(API: American Petroleum Institute)가 발표한 새로운 규격입니다. GDI 엔진의 LSPI 현상과 그로 인한 손상으로부터 보호할 수 있도록 배합된 엔진 오일의 규격을 뜻합니다.
특히 이 등급의 엔진 오일은 앞서 설명한 저속에서 이상 폭발인 LSPI 현상을 최대한 억제하도록 되어 있는데, 기존 엔진 오일의 성분 중 LSPI 현상을 일으킬 수 있는 성분을 대체했으며, 노킹의 원인을 제거할 수 있는 성분들로 강화되어 있습니다.
철저한 인증을 거친 SN PLUS 등급의 엔진오일!
SN PLUS는 철저히 인증을 받은 후 획득할 수 있는 등급으로, 기준은 아래와 같습니다.
“테스트 규격 내 노킹 현상이 평균 5회 이상 일어나지 않아야 할 것”
'규정된 테스트 시간 내에서 엔진을 가동했을 때 노킹이 평균 5회 미만, 특히 저속 상태에서 5회 미만이면 엔진에 큰 무리를 주지 않는다' 판단하며, 이때 사용한 엔진 오일이 LSPI 현상을 완화했다는 것이 입증되면 SN PLUS 등급을 부여하는 것이죠.
SN PLUS 규격을 만족하는 엔진오일은?
GDI 엔진의 LSPI 현상을 개선하기 위한 SN PLUS 엔진오일! 그러면 어떤 제품들이 이에 해당하는 규격을 갖고 있을까요?
바로, Kixx 엔진오일의 가솔린 엔진오일 5종 중 “ Kixx G1, Kixx G1 FE, Kixx G “ 3종이 이에 해당합니다. 이 3가지 엔진오일은 모두 ‘엔진 보호 강화’를 특장점으로 만들어진 엔진오일이기 때문에 저온 시동 시에도 원활한 윤활 공급이 이뤄져 엔진 부품 마모가 방지되며, GDI 엔진의 LSPI 현상 개선에도 탁월하죠.
특히 Kixx G1 FE는 다른 SN PLUS 규격의 제품들보다 “연비 향상”에 강점을 갖고 있는 제품으로, 합성 기유를 사용하여 저온 시동이 용이하고 고온 점도는 낮아, 국제규격의 연료절약성능인 RC급을 능가하는 혁신적인 연비 향상을 자랑한다고 합니다. 연비에 민감하신 운전자 분들은 Kixx G1 FE를 사용해 보시는 건 어떨까요?
[더보기: Kixx G1 FE 제품에 대한 자세한 스펙이 궁금하다면? 클릭!]
물론 이 3종은 엔진 보호 강화 기능과 함께 각 제품별 특장점을 갖고 있어 내 취향대로 골라 사용하실 수 있습니다.
SN PLUS 등급의 엔진 오일은 그간 뚜렷한 대책이 없을 것 같았던 GDI 엔진의 LSPI를 개선해 줄 아주 좋은 대안일 것입니다. GDI 자동차를 타고 계신다면 다음 엔진 오일은 꼭 SN PLUS 등급의 오일로 교환해보실 것을 추천해드립니다!
탁월한 GDI 엔진 보호 기능과 함께 최고의 만족감을 느끼고자 하신다면 Kixx G1을, 엔진 보호와 함께 연비를 최우선으로 생각하신다면 Kixx G1 FE를 추천 드립니다. 마지막으로 스마트한 운전자라면? Kixx G를 사용해 보시기 바랍니다. (각 제품명을 클릭하시면 상세 제품페이지로 연결됩니다)
이상, Kixx 엔진오일이었습니다.
