엔진 연소실에서 점화 후 화염이 전파되어 최고 폭발 압력이 될 때까지 국부적으로 자기 착화되면 급격한 압력상승으로 충격적인 소음을 발생시키는 노킹 현상이 발생된다. 따라서 노크 센서를 통해 노킹의 발생 여부를 검출하면 노킹이 발생하지 않는 최대한도까지 점화시기를 진각시킬 수 있으므로 엔진의 토크 및 출력 증대, 연비 향상 등의 효과를 얻을 수 있다

박병일「본지 기술자문위원/자동차정비 명장/카123텍 대표」

노크 센서의 종류로는 전자 유도식과 압전식 노크 센서가 있다. 요즘 차들은 압전식 노트 센서를 많이 사용하고 있다.

노크 센서가 필요한 이유는, 연소실로 공급된 혼합기가 압축되면 400~500℃까지 온도가 상승하고 압축행정이 끝나기 바로 전에 고전압이 점화 플러그에 전달되면 불꽃에 의해 연소가 진행되어 폭발 행정이 이루어진다.

점화 후 화염이 전파되어 최고 폭발 압력이 될 때까지는 약간의 시간이 소요되며 엔진의 최대 출력을 얻기 위해 화염이 도달하기 전에 국부적으로 자기 착화(Self Ignition)되면 급격한 압력상승으로 충격적인 소음을 유발하게 된다. 바로 이것을 노크 또는 노킹(Knocking)이라 한다.

즉 연소가 정상적인 경우에는 화염이 순차적으로 전달되어 압력 상승도 연속적이지만 노킹이 발생할 때는 연소에 따른 진동과 소음을 발생해 출력 감소, 내구성 저하 등의 원인이 된다.

엔진의 노크 경향은 연소실의 형상, 연소실 내부의 카본 누적, 연료의 옥탄가, 엔진 온도 등에 따라 변화한다. 또 점화시기가 빠를 때는 상사점 부근에서 연소압력이 증가하고 미연소가스에 가하는 압력이 높아지기 때문에 노킹이 촉진된다.

하지만 엔진이 최대 성능을 발휘할 수 있는 점화시기는 노크가 발생되는 점화시기 부근에 있기 때문에 노크가 발생되지 않는 지점까지 최대로 유지하는 것이 바람직하다. 노크 제어를 하지 않을 경우에는 이 여유를 확보하기 위해 최대 토크를 발생시키는 점화시기보다 훨씬 늦은 점화시기를 선택하게 된다.

즉 노크 센서를 통해 노킹의 발생 여부를 검출하면 노킹이 발생하지 않는 최대한도까지 점화시기를 진각시킬 수 있으므로 엔진의 토크 및 출력 증대, 연비 향상 등의 효과를 얻을 수 있다.

또한 저옥탄가의 연료를 사용했을 때는 연속적인 노킹 발생을 방지해 엔진의 내구성을 증대시킬 수 있다. 노킹이 발생하면 연소 가스 진동에 의한 열의 전도가 좋아지기 때문에 그 상태가 계속되면 점화 플러그 전극이나 피스톤이 과열 용해를 일으키고 엔진이 파손된다.

노킹은 엔진에서 피해야 할 현상 중의 하나이다. 노킹과 점화시기는 밀접한 관계가 있고 점화시기를 빠르게 하면 연소 최대 압력이 높아지고 노킹이 발생한다. 엔진에서 최대 토크가 발생하는 점화시기(MBT : Minimum spark advance for Best Torque)는 노킹을 일으키기 시작하는 점화시기 전, 후 근방에 있다.

노킹제어가 없는 경우 최대 토크를 발생하는 점화시기로부터 지각한 위치에서 설정하기 때문에 그만큼 토크가 저하한다. 노킹 한계를 노크 센서로 검출하면 노킹 영역 최대한도까지 점화시기를 진각시킬 수 있고 엔진 출력을 보다 유효하게 얻을 수 있다.

※ 포인트

① 엔진에 흡입되는 공기량이 일정하다 할지라도 점화시기가 높으면 엔진 회전수는 올라간다. 점화시기 1도당 10~15rpm 정도 올라갈 수 있다.

② 점화시기가 1도 빠르면 엔진 온도는 10도 올라간다.

③ 노킹 센서는 보통 2번과 3번 실린더 사이에 있다. 또한 2개의 노킹 센서를 설치한다면 1번과 2번 그리고 3번과 4번 사이에 설치한다.

<그림 1> 노크 센서

노크 센서의 종류

●전자 유도식 노크 센서

전자 유도식 노크 센서는 코일 속에 자석의 철심(core)을 넣고 철심의 끝면 가까이에 진동자(vibrator)가 설치되어 있으며 철심과의 사이에는 작은 틈새(air gap)가 만들어져 있다. 엔진 블록의 진동에 의해서 바이브레이터가 진동하면 바이브레이터와 철심의 간극이 변화해 자기저항이 변화하므로 코일의 속을 지나는 자속이 변화한다.

코일 속에 자속이 변화하면 전자 유도의 원리에 의해서 코일에 기전력을 발생시킨다. 이 때 바이브레이터의 고유 진동수를 엔진의 노킹 때 발생하는 엔진 블록의 진동수와 맞추어 놓으면 노킹 때 최고로 바이브레이터가 공진해 코일에 커다란 전압(교류)이 발생한다.

또 압전식은 반도체(압전 소자)에 힘(진동

cartech 다른기사 보기