Chemistry : 옥탄가

고급휘발유 = '옥탄가' 높은 휘발유?

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옥탄가는 일반휘발유와 고급휘발유를 구분하는 결정적 기준입니다.

휘발유는 노말헵탄 n-Heptane, iso-Octane으로 이루어져있습니다.

이 때 옥탄가가 90이라는 것은 iso-Octane 90%, n-Heptane 10% 수치를 말한다.

우리나라는 옥탄가가 91이상을 일반휘발유, 94이상을 고급휘발유로 기준을 잡는다.

 

 

 

 

 

노킹현상 (Knocking)

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옥탄가가 높은 고급휘발유가 좋은 장점은 무엇일까???

= iso-octane은 압축열에 강하다. n-heptane은 압축열에 약하고 자연발화가 쉽다.

   띠라서 바로 Knocking 현상이 억제되기 때문이다.

   노킹현상이란 엔진에서 똑똑 두드리는 소리처럼 나는 현상이라해서 이름이 붙여진 것이다.

 

자동차는 그림처럼 보통 4 행정 엔진을 사용한다.

엔진들은 피스톤을 상하로 움직이며, 연료주입 -> 연료압축 -> 연료연소 -> 발생가스 배출 4단계로

움직이는 폭발에 의해 피스톤이 상하로 움직이면서 크랭크가 동력을 얻는다.

4단계 중 연료연소 단계에서 타이밍에 맞게 피스톤을 움직이게 하기 위해 연료연소의 발화 타이밍을 잘 맞춰야 한다.

타이밍을 잘 맞추지 않는다면, 오히려 엔진에 역회전을 주어, 피스톤이 휘게 되고, 이는 피스톤이 망가지는 원인이 된다.

 

https://youtu.be/dsQhGZLtCtY

 

옥탄가가 낮은 연료를 써서 노킹현상이 일어나면 어떻게 되는지 알아보자.

 

이는 옥탄가가 낮은, iso-Octane이 적은 연료는 n-Heptane이 많은 연료로써 압축열에 약하고 자연발화가 쉽기 때문에,

엔진에서 압축시키는 과정 중 적정 폭발시점보다 먼저 폭발하게 된다.

4개의 행정 엔진들이 서로 잘 맞물리면서 자동차 엔진이 동작해야하지만, 노킹이 일어나면

발화 타이밍보다 먼저 회전을 하기 때문에, 엔진에 역회전을 주어, 마찰이 증가, 엔진의 효율이 떨어진다.

피스톤의 머리 부분을 녹일만큼의 데미지가 가는데 이를 핑킹 이라고 한다.

 

또한 n-Paraffin < Naphthene < i-Paraffin < Aromatic Aromatic이 옥탄가가 높다.

 

따라서 옥탄가가 높은 연료가 Anti-Knock성 우수하다고 할 수 있다.

 

cf ) 세탄가

세탄가는 디젤엔진의 착화성 기준이다.

세탄가가 낮을수록 착화가 지연되어, 엔진에 knocking이 일어난다.

 

이는 Aromatic < Naphthene < Paraffin 계로 갈수록 세탄가가 좋다.

 

노킹의 종류 : 데토네이션, 조기 점화

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데토네이션

데토네이션은 점화 후, 다른 불씨에 의해 점화되는 현상을 말한다.

이는 피스톤이 아래로 움직이고 있을 때, 여분 연료에 점화되어 폭발 현상이 발생될 수 있다. 

데토네이션은 높은 옥탄가를 사용하는 고성능 엔진에서 발생되기 쉽다.

 

조기점화

압축열을 견디지 못해 점화 플러그에서 점화시기보다 먼저 폭발해버리는 것이다.

따라서 기어를 2단에서 4단으로 넣으면 점화시기가 2단보다 4단이 더 빠르기 때문에, 4단으로 바꿀 때, 발생될 확률이 높다.