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벤츠 차량에 대해서는 잘 모르지만 매뉴얼에 명시된 것으로만 추측했을 시 벤츠의 GDI 엔진은 현재 사면초가에 빠진 형국입니다. LSPI도 발생을 하고 일반적인 Knocking 현상까지 많이 발생하는 것 같네요. 지난번 엔진오일이 유실되는 현상도 그렇고 이런 조치들은 직분사에 의한 LSPI 문제로 인해서 발생하는 문제를 일시적으로 해결하기 위한 방법으로 계속 제안하고 명시를 하고 있는 상황인 것 같네요. 

제가 아는 대로 위의 현상을 그냥 스토리 형식으로 말할 건데 혹시 이게 틀렸다고 생각하시는 분은 언제든지 수정 요청을 해 주시면 감사드리겠습니다. 

예전에 LSPI 현상도 Knocking이라고 제가 말한적이 있는데, 제가 보는 입장에서는 LSP도 Knocking이라고 생각합니다. 그러나 일부에서는 LSPI를 구별하기 위해서  조기점화라고 부르면서 knocking과는 차별을 두려고 하더라고요.

물론 발생 원리는 다르므로 구별이 되지만 사전적인 의미가 knocking은 내연기관의 실린더 안에서 연료가 비정상적으로 연소되면서 금속성 소리를 내는 이상폭발 현상이라고 했으므로 LSPI도 knocking이라고 봅니다. 

하지만 여기서는 구분해서 LSPI와 Knocking을 구분해서 쓰도록 하겠습니다. 그래야 질문에 답을 정확하게 할 수가 있어서 그렇습니다. 

위의 벤츠 엔진은 LSPI가 발생하고 나서 문제가 터지면서 생긴 Side Effect 때문에 일반적인 Knocking 현상까지 발생한 케이스입니다.

LSPI는 직분사를 할 때 오일링 안으로 가솔린의 일부가 들어가는데, 이때 실린더를 긁어내려가면서 윤활유의 일부도 들어가게 됩니다.

그러면 오일링의 내부는 아주 작은 챔버처럼 변하게 되는 거죠. 피스톤이 압축을 시작하면서 이 작은 공간의 압력이 엄청나게 높아지고 압력이 높아지면서 순간적으로 국부적인 온도도 엄청 상승합니다. 

이 상황에서 엔진오일 속에 들어있는 청정제인 칼슘설포네이트가 고압에서 착화 반응을 일으키고 압축된 가솔린을 폭파시키면서 LSPI가 생깁니다. 즉 점화플러그가 점화되기 전에 먼저 터지는 거죠.

이 폭발의 압력이 엄청 커서 운전자도 느낄 정도이므로 이 충격은 대단합니다. 계속 반복되면 피스톤의 오일링 쪽의 외벽이 파손되거나 깨지는 현상이 생깁니다. 그리고 실린더 외벽에도 충격을 줘서 파이거나 홈을 만들죠. 이는 실린더와의 밀착을 하지 못하게 해서 연료가 엔진오일로 들어가던가 아니면 반대로 엔진오일이 실린더로 유입되어 연소되는 현상도 생기지요.

LSPI와 이런 엔진오일의 연소가 충분하게 연소되는 게 아니라 불완전연소가 되므로 불완전연소의 산물인 Soot이 생깁니다. 이 Soot는 흡기밸브나 배기밸브에도 붙어서 공기 유입에도 문제를 주고 연소가스가 새는 문제도 생기고 총체적 문제가 됩니다.

보통 불완전연소의 Soot 문제는 디젤차량에서 생겼었는데 이제는 위의 상황에 의해 가솔린 차량에도 생깁니다. 이런 Soot이 실린더 내부에 흡착되어 붙어버리는데 Soot의 구조가 특이하게도 흡착력이 아주 좋고 여러 물질들을 흡수해서 머금고 있는 걸 좋아합니다.

따라서 Soot이 연료를 흡수에 내부에 머금고 있어요. 이 Soot의 내부도 아주 작은 소형 챔버의 역할을 하고 고온에서 그리고 고압에서 자연 착화가 생겨 폭발해 버립니다. 이게 Knoking 현상입니다. 즉 디젤에서만 생겼던 Knocking이 이젠 가솔린에서도 생기는 겁니다. 이 두현상은 발생하는 원리가 다르니까 잘 구별하시면 될 것 같아요.

LSPI를 막으려면 미리 착화되는 걸 막아야 하니까 가솔린을 안정화 시켜야 하겠죠. 그래서 옥탄가를 높이려고 하는 겁니다. 그리고 착화의 매개체인 칼슘을 줄여야 하니까 칼슘설포네이트 대신 나트륨 설포네이트나 마그네슘 설포네이트를 섞은 엔진오일을 만든 거죠. 이게 API SN Plus 급이고요.

그리고 ECU를 통해서 점화 시기를 조절해서 막기도 하고 또는 연료에 내부 엔진 온도를 낮추어 주는 첨가제를 같이 넣어서 냉각 효과를 통해서 막고자 하는 시도도 있습니다. 이게 막아지면 자연적으로 불완전연소에 의한 Soot 발생도 막아져서 이로 인한 Knoking 현상도 없어질 겁니다. 아니면 내부의 Soot들을 제거하는 첨가제를 사용하는 방법도 있겠네요.

첫 번째 질문은 일반유를 넣게 되면 옥탄가가 낮아서 LSPI 일어날 확률이 높다고 판단하는 겁니다. 

그래서 옥탄가가 높은 고급 휘발유를 사용하라고 하는 거죠. LSPI에 의해서 피스톤 링 쪽, 피스톤, 실린더 외벽 등에 마모나 파손이 우려가 되고 이로 인해 Soot이 생기고 흡기 밸브와 배기 밸브에 쌓이게 될 거고요. 파손도 될 겁니다. 그리고 점화플러그에도 영향을 줘서 파손을 일으키기도 합니다. 심하면 엔진블록이나 엔진블럭헤드 또는 피스톤 자체가 파손될 수도 있습니다. 그리고 Fuel Dilution이 생겨 엔진오일이 묽어지면서 늘어나기도 합니다. 이로 인해 윤활이 안되어 마모 증가가 발생하기도 하고 슬러지가 증가하기도 하며, 반대로 윤활유가 연소실로 들어와서 불완전연소가 생기고 Soot이 생겨 촉매 컨버터를 망가뜨리기도 합니다. 오염 물질로 환경오염도 만들고요.

두 번째는 질문은 LSPI는 저속에서 발생하는 거니까 고 RPM을 쓰면 안 생길 텐데 하고 생각하시는 분들이 많으실 겁니다. 

이건 LSPI 현상일 때이고요. 이로 발생한 Soot에 의한 Knocking 현상은 고속 고압 고온에서 발생합니다. 즉 빠른 속도로 움직이면 당연히 압력이 높이지고 고 RPM으로 움직이므로 냉각 시간이 없어서 엔진룸의 온도가 계속 증가하고 이로 인해 고온이 계속됩니다. Knocking 현상의 최적의 조건이 되어 발생됩니다. 

그러므로 고 RPM도 못쓰게 하는 겁니다. 그래서 일반유 즉 옥탄가가 적은 가솔린을 넣었을 때는 3,000 RPM도 넘기지 마라라고 강제하는 겁니다. 지난번 가솔린에 대해서 설명했듯이 옥탄가가 높으면 그만큼 가솔린의 연소 시점을 늦추게 되는 겁니다. 즉 고급 휘발유 사용을 의무화해서 가솔린을 안정화시켜서 LSPI 즉 이른 연소 폭발을 조금이라도 막아보기 위해서 하는 겁니다. 

세 번째 답은 1번 답에서 같이 한 것 같네요.