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최근 수정 시각 : 2024-11-13 19:17:33

옥탄가

고급유에서 넘어옴
1. 개요2. 옥탄가 측정과 표기3. 외국 휘발유의 옥탄가4. 한국 휘발유의 옥탄가5. 휘발유의 옥탄가를 높이는 방법
5.1. 유연휘발유와 무연휘발유5.2. 옥탄가 향상 첨가제5.3. 옥탄가 테스트 의뢰법
6. 고급휘발유의 특성과 옥탄가
6.1. 고급휘발유의 화학적 차이6.2. 고급휘발유의 필요성 대두6.3. 자동차 엔진 설계와 옥탄가
6.3.1. GDI 엔진에서
6.4. 요구되는 옥탄가보다 높은 휘발유를 주유했을 때6.5. 요구되는 옥탄가보다 낮은 휘발유를 주유했을 때6.6. 일반휘발유와 고급휘발유 혼합6.7. 고급휘발유에 대한 오해
7. 관련 문서

1. 개요

옥탄가란 휘발유의 성능 특성을 나타내는 수치로서, 노킹에 대한 저항성을 의미한다. 옥탄가의 표준 화학용어는 옥테인값이다. 영문으로는 'Octane Rating' 또는 'Octane Number'라고 한다.

가솔린 엔진의 연료로 사용되는 휘발유는 세계 각국마다 관련 법으로 특성을 정의하고 있는데, 차량성능(노킹 저항성), 탄화수소 조성비율(벤젠, 올레핀, 방향족 등의 비율), 물성(밀도, 점도, 압력, 산화안정성 등), 오염물질 비율(황, 납, 인 등) 등에 대해 구체적인 기준값을 정하고 있다.

옥탄가라는 이름이나 90~100 정도의 숫자 때문에 오해하기 쉽지만, 옥탄가는 휘발유 속 옥탄의 함량을 뜻하는 것이 아니라 실험실에서 시료 휘발유를 테스트하여 이소옥탄[1]과 비교했을때 그 연료의 노킹 저항성이 얼마나 되는지를 상대적으로 나타내는 수치이다.

휘발유나 경유의 구성 성분은 대부분 탄화수소(C와 H의 공유결합) 분자로 이루어져 있고, 일반적으로 휘발유는 탄소수 4~9개, 경유는 12~20후반 사이의 탄소 수를 가지는 수 백 가지 종류의 탄화수소 분자들로 구성된다. 탄화수소는 해당 분자의 탄소, 수소 개수와 탄소 결합 방식(단일결합, 2중결합, 3중결합, 직선형, 고리형 등)에 따라 분자 종류가 기하급수로 많아지고 물성이 바뀌며 또 정유사의 석유 정제 기술에 따라 천차만별로 달라지므로, 휘발유 속에 어떤 종류의 탄화수소 분자가 얼만큼 있는지는 측정하기가 매우 어렵다.[2] 따라서, 해당 휘발유가 얼마나 노킹이 덜 일어나는지 측정하기 위해서는 이소옥탄과 비교하여 상대적인 옥탄가를 결정하는 것이다.

휘발유를 사용하는 가솔린 엔진은 4행정[3] 중 3번째 폭발 행정에서 점화 플러그로 불꽃을 튀겨 휘발유를 점화시키며 구동된다. 점화가 이루어지면 공기와 혼합압축된 연료가 점화플러그 불꽃을 시작으로 점차적으로 퍼져가며 연소되는 것이 정상동작이다. 그러나, 휘발유는 그 자체의 특성상 실린더 내에서 압축에 의해 온도와 압력이 올라가면 스스로 발화되는 성질을 가지고 있다. 점화플러그가 불꽃을 튀기기도 전에 스스로 발화하는 것을 사전점화(pre-ignition)라고 하며, 반대로 점화플러그가 점화시킬 때 불꽃 근처 연료가 아닌 다른 위치에서 폭발이 일어나는 것을 데토네이션(Detonation)이라고 한다. 사전점화와 데토네이션은 전혀 다른 현상이지만 결국 이렇게 적절하지 않은 시점에 비정상적인 폭발이 발생하고 점화플러그에 의한 정상 연소와 중첩되면, 과한 충격파가 발생하고 피스톤과 커넥팅 로드, 크랭크 축 등에 충격을 준다. 이 때, 쇠를 두드리는 듯한 특유의 '뚜두둑!' 또는 '딱딱!' 하는 소리가 생기기 때문에 노킹이라고 한다.[4] 운전자에게 실제 들리는 소리는 뚝뚝 똑똑 보다는 미세하게 꺄르륵 꺄르륵 또는 따르륵 거리는 연속된 소리에 가깝다.
파일:노킹1.jpg
파일:노킹2.jpg

압축비를 높이는 등 엔진의 출력과 효율을 높이려 할수록 노킹이 발생하기 쉽다. 따라서 자동차 제조사 입장에서는 휘발유 엔진을 설계할 때, 사용 연료의 옥탄가를 미리 정하고 그 연료를 사용했을 때 노킹이 일어나지 않는 선에서 최대한 출력과 효율을 얻을 수 있도록 동작조건을 설계한다.

옥탄가가 높은 휘발유를 기준으로 엔진을 설계하면, 압축비가 높아도 노킹 현상이 나지않고 높은 압축비로 연료가 완전연소가 되어 엔진이 실린더 용량 대비 더 높은 출력와 연료 효율을 낼 수 있다. 반대로 옥탄가가 낮은 연료를 쓰도록 하려면 압축비를 낮게 설계하면 되지만 엔진 출력도 줄어든다.

휘발유의 옥탄가는 전세계 대부분 RON 단위를 사용하고, 미국, 캐나다는 AKI 단위를 사용한다. 한국이나 일본 주유소에서는 단순히 일반휘발유, 고급휘발유로 판매하지만, 미국, 유럽, 동남아시아 등 대부분 국가에서는 Super Premium, EuroSuper, V-power 등의 브랜드 이름과 함께 RON 91, RON 95, RON 98 또는 미국의 경우 AKI 옥탄가 숫자를 표기하여 판매되고 있다.

유럽은 일반휘발유가 옥탄가 RON 95 이고, 고급유가 옥탄가 RON 98 으로 판매된다. 이에 따라 유럽산 특히 독일 BMW, 벤츠, 아우디 등의 자동차는 RON 95 유럽 일반휘발유를 기준으로 엔진이 설계되어 있으므로 RON 95를 권장한다고 차량에 표기되어 있고, 노킹제어로 처리할 수 있는 최저 허용 옥탄가는 RON 91 이라고 표시되어 있다. 단 유럽에서 파는 가장 저렴한 연료는 E10 휘발유인데 이쪽은 에탄올이 들어가서 발열량이 살짝 낮다.

한국은 "석유 및 석유대체연료 사업법" 에서 일반유는 옥탄가 RON 91 이상, 고급유는 옥탄가 RON 94 이상으로 정의하고 있다.
그러나 실제로 국내 주유소에 판매되는 정유 4사는 경쟁이 치열하고, 주유소에서 서로 교차판매를 하기 때문에 휘발유 옥탄가 RON 은 품질이 비슷해서 일반유는 RON 91 수준, 고급유는 RON 100 수준으로 판매되고 있다. 중간 수준의 RON 95 휘발유가 없다.

국내에서 고옥탄가 휘발유를 취급하는 곳을 찾으려면 한국석유관리원 오피넷 홈페이지를 참고하면 된다.[5]

2. 옥탄가 측정과 표기

옥탄가는 노킹이 잘 일어나지 않는 옥테인(Octane)과 노킹이 잘 일어나는 헵테인(Heptane) 두 가지의 탄화수소 혼합물을 이용해 상대적으로 비교 측정·표시한다.

실험용 엔진(옥탄가 측정을 위한 전용 엔진으로 압축비를 달리할 수 있는 엔진)에서 지정된 조건으로 압축비를 바꿔가며 엔진을 운전하여 해당 휘발유 시료의 노킹 여부를 측정한 다음, 동일한 실험결과를 보이는 아이소옥테인과 n-헵테인 혼합 연료에서의 옥탄 비율이 옥탄가가 된다.
어떤 연료로 측정한 노킹 발생 정도가 옥테인 100%로 노킹 정도와 같다면 그 연료는 옥탄가 100 이고, 옥테인 95% + 헵테인 5% 혼합물과 노킹 정도가 같다면 옥탄가 95가 되는 식이다. 즉, 아이소옥테인의 옥탄가는 100, n-헵테인의 옥탄가는 0을 기준으로 상대비교하는 것이다.
따라서, 옥탄가가 높을수록 노킹현상이 잘 일어나지 않는다는 뜻이며 고급 휘발유이다.

측정 시 옥탄으로는 아이소옥테인(Isooctane)[6]을 쓰고, 헵테인은 가지가 없는 단순한 직선-사슬 형태인 노멀헵테인(N-Heptane)을 옥탄가 0의 기준으로 사용한다. 일반적으로 직선형에 가까운 탄화수소는 낮은 옥탄가를 가지고, 가지가 많아 구형에 가까운 탄화수소는 높은 옥탄가를 가진다.

파일:IsoOctane and n-Heptane.jpg
아이소옥테인과 n-헵테인의 분자 구조는 위 그림과 같다. n-헵테인은 탄소가 일렬로 붙어있어서 조금만 압력이 강해져도 탄소 연결이 끊어져 메탄,에탄,프로페인,뷰테인등으로 바뀌고 쉽게 폭발한다. 반면 아이소옥테인은 탄소 연결이 복합적으로 되어있어서 탄소 연결이 잘 끊어지지 않기 때문에 노킹에 강한 것이다.

기준이 되는 아이소옥테인보다도 더 노킹에 강한 연료라면 100(= 아이소옥테인 100%)을 넘어선 값으로 표기된다. 예를 들어 에탄올이나 LPG같은 것은 순수 아이소옥테인보다도 노킹에 대한 저항이 강해서 에탄올은 RON 107, 프로페인은 RON 112다. 단, 이건 저부하 조건인 RON 값이고, 고부하 조건인 MON 값을 기준으로 보면 에탄올과 프로페인 모두 아이소옥테인보다 노킹이 잘 발생한다. 후술될 측정 조건의 차이 때문인데, RON 방식보다 고부하 조건에서 측정하는 MON 방식으로 측정하면 에탄올은 MON 89[A], 프로탄은 MON 97이다.

옥탄가 측정에는 몇 가지 서로 다른 측정법이 있다.

3. 외국 휘발유의 옥탄가

국가 일반 regular 고급 premium
유럽 내 19개국[국가목록] RON 95[11] RON 98 이상[12]
영국 RON 95 RON 97
미국 AKI 85 or 87[13] 중급 AKI 87/89, 고급 AKI 91/93 [14]
캐나다 AKI 87 중급 AKI 89, 고급 AKI 91~94
일본 RON 89 RON 96
중국 RON 92, 95 RON 98
대만 RON 92, 95 RON 98
싱가포르 RON 92 RON 95, 98
태국 RON 91(E10) RON 95(E10)
인도네시아 RON 91 RON 95
말레이시아 RON 95 RON 97
베트남 RON 92(E5) RON 97
뉴질랜드 RON 91 RON 95, 98[15]

유럽, 아시아, 미국 등 전세계 대부분의 국가는 주유소에서 휘발유의 등급 레귤러, 프리미엄 표기와 함께 RON 91, 95, 98 또는 AKI 87, 89, 91 등으로 옥탄가 숫자를 표기해서 판매한다. 그러나 대한민국와 일본 정도만 옥탄가 표기 없이 일반유, 고급유[16]라고 단순 호칭으로 판매한다.
전세계 해외 주유소에서 주입 기계에 옥탄가 RON 95, RON 98 등이 적혀있는 사진을 보고 싶으면 구글 사진을 검색해보자. 직관적으로 옥탄가를 알 수 있다.

유럽은 2010년대에 옥탄가 RON 92 일반휘발유를 단계적으로 폐지하여 없애고 일반유(regular)의 옥탄가 기준을 RON 95 로 높였다. RON 95 이하 휘발유는 팔지 않는다. 따라서 유럽의 모든 국가는 일반유 옥탄가가 RON 95 이고 고급유의 옥탄가는 RON 98 이다.

미국에는 온갖 자동차 회사의 수많은 차들이 굴러다니기 때문에 요구하는 옥탄가가 다양하다. 따라서 주유소에서 판매되는 휘발유의 옥탄가도 다양하다. 미국의 휘발유는 AKI 기준으로 일반 휘발유가 87, 플러스가 89, 프리미엄이 지역에 따라 91~93 정도의 옥탄가로 나뉘어서 팔린다. 록키산맥 근처 등 중서부 산악 고지대로 올라가면 AKI 85 이코노미가 팔리기도 한다. 고지대에서는 기압이 낮아져서 일부 구형 차량에서 저옥탄을 써도 되지만, 다시 저지대로 내려가면 엔진이 노킹을 일으킬 수 있기에 사용하면 안된다. 어떤 주유소에서는 옥탄가가 AKI 98, 100에 달하는 고성능 엔진용 휘발유가 팔리기도 한다. 캘리포니아 Highway 9 등 와인딩 명소 근처에 파는 곳이 있으나 매우 드물다. 트랙에 가면 제일 낮은 옥탄가가 AKI 91이고 AKI 110 이상의 옥탄가를 가진 Sunoco社의 경기 전용 휘발유[17]를 판매하기도 한다. 심지어는 AKI 112, 114 트랙 전용 유연 휘발유를 파는 곳도 있다. 아예 한 주유기에 5가지 휘발유를 선별 공급할 수 있는 주유기까지 있을 정도다.

다만 의외로 미국 전역에 이런 초고옥탄가 휘발유가 제공되진 않는데, 미국 중부에 해당하는 미시간 주를 기점으로 미 서부 지역 전체에 이러한 주유소가 거의 없다. 물론 고옥탄가 휘발유가 필요할 수 있기에 몇 군데 고옥탄 취급 주유소가 존재하겠지만, 기준을 넘는 초고옥탄가 휘발유가 상시 판매되는 주유소는 쉽게 못 찾을 거란 뜻. 미 서부 지역, 특히 캘리포니아의 평범한 주유소에서 판매하는 가장 높은 옥탄가가 AKI 91이며, RON값으로 환산할 시 겨우 95와 비슷한 정도.[18] 억대의 차들이 도로를 달리는 캘리포니아 부촌이나, 기름 어마어마하게 먹는 경주용 튜닝카들로 가득 차 있을 듯한 네바다 주와 텍사스 주마저 고급 휘발유는 RON 98과 비슷한 등급이 팔리는 중. 캘리포니아에선 드물게 펌프에서 AKI 100을 파는 주유소들이 정말 드물게 간혹가다가 있다. 펌프 라인도 따로 내준다. 남부 캘리포니아 LA카운티와 오랜지카운티 접경지의 87급 평균 휘발유 가격이 갤런당 $3.19에서 $3.59이던 2019년 시절, 당시 AKI 100은 갤런당 약 $9였다.

4. 한국 휘발유의 옥탄가

한국의 석유류 제품은 종류나 품질이 법률에 의해 통제되는데, 휘발유는 "석유 및 석유대체연료 사업법"의 24조에 규정되어 있고 "석유제품의 품질기준과 검사방법 및 검사수수료에 관한 고시"의 별표에 세부 규격이 정해져 있다. 해당 별표의 내용 중에 옥탄가는 보통휘발유가 RON 91 이상 RON 94 미만, 고급휘발유가 RON 94 이상, 색상은 보통휘발유가 노란색, 고급휘발유가 초록색 으로 규정되어 있으며, 한국석유관리원에서 검사와 관리를 하고 있다. 옥탄가 외 전체 자세한 규격을 보고 싶으면 한국석유관리원 국내연료 품질기준 또는 국가법령시스템을 참고하자.

법령 상 외국과 달리 단지 두 종류 옥탄가로 나눠 판매하도록 규정이 되어 있는 이유는, 국내 자동차 시장에서 옥탄가를 다양하게 구분해 판매할 수요가 없었기 때문이다. 옥탄가 RON 98~100을 요구하는 고성능 차량이 길에 흔해질 정도로 대한민국의 소득수준이 높아진 것은 2010년대 이후의 일이다. 2000년대 이전에는 고성능 차량이라고 해봐야 닛산 VQ 엔진 같은 옥탄가 최저 91 권장 95 정도의 엔진이 탑재된 차량도 고성능 차량으로 분류하던 시기라 굳이 여러 단계로 옥탄가를 나눠 다양한 휘발유를 생산·유통·판매할 만큼의 수요도 없었고 법적으로 굳이 그렇게 관리할 이유도 없었다.

전세계 주유소는 주유기계에 옥탄가가 적혀있지만, 우리나라는 일반/고급 휘발유만 표시하므로 옥탄가가 얼마인지 바로 알 수 없다[19]. 한국석유관리원의 휘발유 품질 분석에 따르면 한국 정유사별 옥탄가는 일반휘발유는 RON 91.x, 고급휘발유는 RON 100.x 수준이다.[20] S-OIL은 매월 믿음가득 주유소 옥탄가 수치를 공개하고 있으니 직접 확인할 수 있고, 그 외 정유사 중에 직영주유소는 시험성적서를 사무실 입구 등에 붙여놓으므로 문의하면 된다.

1980년대 초반에 고옥탄가 휘발유 경쟁이 국내 정유사에 일시적으로 일어난 적이 있었다. 호남정유는 CX-3, 유공은 뉴슈퍼, 경인에너지는 하이파워 등의 브랜드를 내세웠는데 당시 TV 광고도 열심히 했을 정도였고, 주유소 등에서 휘발유 브랜드 스티커를 배포해 승용차 뒷유리나 뒷범퍼 등에 붙이는 게 유행하기도 했었다.
과거 S-OIL이 처음 출범하면서 프리미엄 전략으로 RON 95 이상의 옥탄가를 가지는 일반휘발유를 판매하면서 이를 대대적으로 홍보했기 때문에 S-OIL의 휘발유가 더 좋다는 인식이 있다. 요즘은 평준화되어 옥탄가는 거의 차이가 없을 뿐더러 직영주유소가 아닌 이상 주유소에 공급하는 일반휘발유를 정유사 간 교차판매를 하기 때문에 더욱 의미가 적다.[21]

2000년대까지만 해도 한국에는 고급휘발유를 판매하는 주유소가 그리 많지 않아 고급유 관리가 어려웠다.[22] 고급유 취급 주유소는 주로 수입 차량이 많은 서울 강남 쪽에 다수 모여 있었고, 서울 강북 지역만 해도 취급하는 곳이 많지 않은 정도였다. 하지만 수입 차량의 판매가 크게 증가하면서 수요가 늘어나 2020년대 기준으로 전국의 웬만한 시/군에는 고급유를 취급하는 주유소가 존재한다. 고속도로의 경우에도 고급유를 취급하는 휴게소가 거의 없었으나 점점 늘어나고 있다. 2019년에는 8곳, 2021년에는 14곳의 휴게소에서 고급유를 취급하고 있다.
경부고속도로 2개 천안삼거리휴게소(서울방향), 망향휴게소(부산방향)
남해고속도로 2개 진영복합휴게소(부산방향), 함안휴게소(순천방향)
수도권제1순환고속도로 1개 시흥하늘휴게소(판교방향)
서해안고속도로 2개 매송휴게소(서울방향), 매송휴게소(목포방향)
영동고속도로 2개 덕평자연휴게소(서울방향), 덕평자연휴게소(강릉방향)
중부고속도로 3개 마장프리미엄휴게소(하남방향), 음성휴게소(하남방향), 하남드림휴게소(청주방향)
평택제천고속도로 2개 평택복합휴게소(평택방향), 평택복합휴게소(제천방향)

그럼에도 불구하고, 강원특별자치도, 경상북도, 경상남도, 전북특별자치도, 전라남도, 충청북도, 충청남도 군 지역들은 고급휘발유 취급 주유소가 없는 곳이 여전히 꽤 있다. 이런 환경에 거주할 경우 고급휘발유가 필요한 차량을 유지하기가 어려우며, 지방 출장이나 여행 등으로 들러야 할 경우에는 미리 고급휘발유를 주유할 곳의 동선을 계산하거나 정 안되면 일반유를 넣고 낮은 rpm으로 살살 운행하는 등[23]의 대응이 필요하기 때문에 차를 자유롭게 운행하기에는 제약이 있다. 이외에 말통에 미리 고급휘발유를 받아서 가지고 가거나 일반휘발유 주유 후 옥탄부스터 같은 연료첨가제를 주입하는 등의 방법도 있으나 권장하기는 어렵다.[24]

현재 상황을 보면 과거보다 고급휘발유 취급점이 지속적으로 늘어나는 추세이다. 정유 4사 모두 고급 휘발유 브랜드를 출시하고 각자 마케팅의 열을 올리는 중이며, 현대 오일뱅크가 RON 102를 초과하는 울트라카젠을 출시한 상황이다.

5. 휘발유의 옥탄가를 높이는 방법

5.1. 유연휘발유와 무연휘발유

가솔린 엔진의 구조상 노킹이 발생하는 것은 어쩔 수 없는 문제이므로 1920년대부터 미국 등에서 노킹방지 첨가제에 대한 연구를 시작하였고, 납 성분이 있으면 옥탄가가 대폭 올라간다는 것을 발견하고 유기 납 화합물이 첨가제로 수십 년 동안 쓰였다. 가장 대표적으로 쓰였던 첨가제는 테트라에틸납(Tetra Ethyl Lead, Pb(C,2,H,5,),4,)이다.

납이 들어간 것을 유연휘발유라 하는데, 납이 일으키는 대기 환경 문제와 인체에 치명적이고 회복 불능인 신경손상 증세 등의 유독성, 그리고 가솔린 자동차의 배기처리장치 머플러에 있는 삼원촉매를 손상시킨다는 문제점 등 때문에 1980년대부터는 전세계적으로 사용이 금지되어 점차 도태되고 있다.

납 화합물의 사용이 금지되면서 무연휘발유가 등장하게 되었고, 납이 없다는 뜻에서 무연(無鉛)이라 불리고 영어로는 Unleaded gasoline 이라고 한다. 현재는 납을 없앤 무연휘발유가 세계적으로 대세다. 대한민국에서는 1987년에 무연휘발유가 도입되어 1991년부터 100% 무연휘발유만 소비되고 있다.[25] 무연휘발유 전환 시기에 나온 차량 중에는 혼입을 방지하기 위해서 파란색 동그라미에 "무연"이라고 적은 스티커를 주유구 쪽 창문에 붙여서 출고하기도 했다.

정유사 입장에서는 납을 사용하지 못하게 되었으므로, 무연휘발유의 옥탄가를 올리기 위해서는 할 수 없이 탄화수소 화합물의 비율을 조정하여 톨루엔, 자일렌과 같이 RON, MON 옥탄가가 모두 높은 방향족 탄화수소(Aromatic)를 더 많이 넣어 옥탄가를 올리고 그 외의 첨가제를 추가하여 고급휘발유를 생산한다.

5.2. 옥탄가 향상 첨가제

정유사에서 출시하는 고옥탄가 휘발유(고급휘발유)를 사용하는 것 외에 개인이 옥탄가를 높이기 위해서는 일반적으로 옥탄부스터를 첨가하는 방법이 있다.

납 대신 옥탄가를 올리기 위한 첨가제로는 산소가 연료의 완전연소를 도와주고 옥탄가를 올려주는 효과가 있기 때문에, 탄화수소 화합물 중 산소를 포함하고 있는 종류인 MTBE(Methyl tert-butyl ether; 메틸 t-부틸 에테르), ETBE(Ethyl tert-butyl ether; 에틸 t-부틸 에테르), TAME(Tertiary Amyl Methyl Ether), 바이오에탄올 등이 사용되며 그 중에 MTBE가 주로 사용되고 있다.

다만, MTBE가 수질오염을 일으킨다는 주장 때문에 미국에서는 사용이 금지되었으나 영향에 대한 논쟁이 있어 미국 외에는 금지한 국가는 없다. 한국도 아직 관련 규제는 없다. 관련 내용은 휘발유 문서를 참고하기 바란다.

옥탄부스터는 금액 대비 옥탄가 향상 비율도 아주 미미하고 옥탄가가 얼마나 상승하는지 명확히 제품에 기재하지 않고 옥탄가 숫자 1 향상에 옥탄부스터 10포인트가 필요한데도 불구하고 마치 1포인트가 1옥탄가 향상되는 것처럼 소비자를 기만하는 것이 대부분이다. 포인트 단위를 제품에 기재해서 사실상 0.x 소숫점 단위의 옥탄가를 올리면서 소비자를 기만해 노킹억제 성능을 신뢰할 수 없는 제품들이다. 망간(MMT)이나 철 등 금속류 성분이 첨가된 제품은 그것을 사용하지 않은 제품에 비해 노킹억제는 보장하지만 장기 사용 시 점화플러그에 침착되어 점화계통을 손상시키는 문제가 있어 주의가 필요하다. 옥탄부스터에 관련된 자세한 내용은 옥탄부스터 문서를 참고하기 바란다.

에탄올의 옥탄가가 RON 109로 매우 높기 때문에 무수 에탄올을 넣는 방법도 있다. 외국 사례를 보면 RON 91 일반유에 E10[26] 에탄올 첨가시 RON 94 휘발유와 동급으로 보는 편이다. 단, 연료 라인에 에탄올 호환이 되어 있지 않은 차량에 에탄올을 10% 이상 넣으면 연료 라인이 부식되는 단점이 있다. 이 때문에 에탄올 혼합량이 어느 정도까지 가능해 주는지 표기된 차량도 있다. 에탄올 혼합은 E15, 즉 15% 혼합까지 허용하는 경우가 대다수이며, 일부 차종은 E50이나 E85까지도 허용한다. 미국은 환경 문제를 이유로 MTBE의 사용을 금지하고, 유사한 역할을 하는 ETBE를 사용하며 바이오 에탄올을 10% 의무 혼합하고 있다.

단, 무수 에탄올은 리터당 만원 내외로 매우 비싸고,[27] 첨가제로 승인을 받지 않은 제품을 주유하는 것은 불법이다. 게다가 에탄올은 고부하 조건 옥탄가가 MON 90 밖에 안되는 연료 민감도가 높은 연료이기 때문에 고부하 조건에서 노킹이 발생하기는 상대적으로 쉽다. 발열량도 상대적으로 낮아서 의무혼입 규정이 없는 국가에서는 굳이 넣지 않는다.

레이싱 연료의 경우에는 순수한 화합물의 옥탄가는 RON 83, MON 77로 낮더라도 휘발유와 혼합 시 높은 결과값을 가지는 사이클로헥세인을 사용하기도 한다.

시중에 파는 가솔린 엔진용 연료첨가제에도 옥탄가 향상 성분이 들어있는 경우가 있는데, 방향족 덕분에 조금 오르기는 하지만 체감 불가능한 수준이다.

5.3. 옥탄가 테스트 의뢰법

만약 가짜 휘발유로 의심되어 차량이 대미지를 입었다면 한국석유관리원으로[28] 연락하면 무료로 해당 주유소의 기름을 점검할 수 있다. 단, 점검에서 나오는 결과는 옥탄가 등 구체적인 수치가 아니라 정부가 정한 적법한 기준에 맞는지만 판단하여 YES/NO만 알려준다. 또한, 자동차를 수리했다는 정식 견적서가 있어야 하기 때문에 단순히 옥탄가가 궁금하다고 해서 쉽게 의뢰할 수는 없다.

해외에는 현지에서 옥탄가를 측정하여 단속하는 용도로 포터블 기계가 몇몇 나와있지만 가격이 수백만 원이 넘는 공업용 제품이기 때문에 쉽게 구하기 힘들다.[29]

옥탄가가 궁금하다면 충북 청주시 오창읍에 있는 한국석유관리원 석유기술연구소(온라인 신청사이트)에 의뢰하면 된다. 유일하게 일반인이 기름의 조사를 의뢰할 수 있는 공신력 있는 기관이며, 모든 휘발유 품질 조사에 약 130만 원, 세부항목인 옥탄가만 측정한다면 18만 원이 든다. 휘발유는 택배로 배송할 수 없는 제품이라 직접 샘플을 들고 오창에 들러야 하며, 한번에 필요한 기름의 양은 최소 2L이다.

6. 고급휘발유의 특성과 옥탄가

6.1. 고급휘발유의 화학적 차이

고급휘발유는 옥탄가가 높아 노킹이 잘 일어나지 않는 연료일 뿐이다. 특히 국내법에 의한 규격 차이점은 RON 옥탄가와 색상 정의 밖에 없다.
그러나, 실제 화학적 특성으로는 단순 옥탄가 차이 외에도 일반휘발유 대비 약간이나마 우수한 점은 있다.
고급휘발유는 옥탄가를 높이기 위해 주로 톨루엔 등 방향족(Aromatic) 화합물이 더 많이 포함되어 있어[30] 일반휘발유에 비해 발열량이 약 2%~3% 정도 더 높으며[31], 발열량이 높다는 것은 엔진의 출력이 약간이라도 더 향상되고 연비가 좋아지는 효과가 있다는 뜻이다.

또한, 벤젠류 등 유해성 성분 비율은 더 적고, 일반유보다 더 많은 양의 엔진청정제가 들어 있어 엔진 내 카본 누적방지를 다소 억제시키며, 고급 휘발유에 첨가되는 방향족의 윤활성 저하 문제를 해소하기 위해 마찰저감제가 일반휘발유 대비 더 들어가 있으므로 차량 엔진 유지관리에 도움이 될 수 있다.

그러나 이런 화학적 우수성은 너무 미약하여 현실적으로는 체감하기가 힘들고, 오히려 고옥탄가로 인한 노킹방지, 그로인한 엔진 출력저하의 회복(=차가 잘 나간다는 느낌)을 체감하는 폭이 훨씬 크다.

고급휘발유의 차이점과 장점 관련 내용는 국내 정유사 SK에너지와 GS칼텍스 기술블로그를 참고하기 바란다.
주요 성상 항목 보통 휘발유 고급 휘발유
옥탄가, RON 91이상~94미만 99 이상
Benzene, vol.% 0.38 0.15
Aromatics, vol.% 18 32
Olefin, vol.% 18 8

위 표는 SK에너지 기술 블로그의 자료인데, 2013.11월 포스팅 된 옛날 내용이라 현재의 수치와는 많은 차이가 있다. 기본적으로 일반휘발유와 고급휘발유의 구성비가 다르다는 것만 참고로 보면 된다.

6.2. 고급휘발유의 필요성 대두

2010년대 이후 국내에서 벤츠, BMW, 아우디, 재규어, 볼보 등 해외 프리미엄 브랜드 차량의 판매가 크게 늘었는데, 특히 유럽은 일반휘발유 옥탄가가 RON 95 이므로 대표적인 독일 자동차 3사인 벤츠, BMW, 아우디의 휘발유 엔진 차량들 또한 RON 95를 기준으로 엔진 설계되어 사용 휘발유 역시 RON 95를 권장한다. 이렇게 유럽 수입차의 판매 증가에 따라 RON 95 표기가 무슨 뜻인지, 해당 옥탄가 휘발유는 국내에서 무엇을 넣어야하는지 일반 소비자들에게 점차 인지되기 시작했다. 각 차량이 요구하는 옥탄가는 아래 사진과 같이 주유구에 적혀있으며, 자동차 설명서에도 적혀 있다.
파일:octane rating.jpg
아우디 S4 3.0 TFSI 엔진의 옥탄가 표기. 95 RON을 쓰도록 권장하며 여의치 않은 경우 최소 91 RON은 쓰라고 되어 있다.

해외에서는 휘발유를 RON 91, 95, 98 등으로 두 단계 또는 세 단계로 구분하고 옥탄가를 표시해서 판매하기 때문에 차량 제조사가 요구하는 옥탄가 휘발유를 찾아서 주유하는 것이 쉽다. 그러나, 국내에서는 옥탄가를 표기하지 않고 일반/고급휘발유라는 이름으로 두 가지로만 판매하고 있어 유럽 수입차 제조사가 요구하는 RON 95를 넣으려면 일반유, 고급유 중에 뭐를 넣어야 하는지 끊임없이 이슈가 되고 있다.
문서 윗부분에서 언급했듯이 국내 정유사의 일반휘발유는 RON 91.x 수준, 고급휘발유는 RON 100 수준이다. RON 95 휘발유는 국내에서 팔지 않으며, 그에 비해서 국내 일반휘발유는 옥탄가가 너무 낮고, 고급휘발유는 너무 최고급으로 옥탄가가 높은 애매한 상황이 된다. 사실 RON95 설계된 엔진에 RON95 휘발유를 넣으면 끝인 아주 간단한 문제인데 국내 옥탄가 기준이 달라서 생기는 해프닝이다.

옥탄가 숫자 표기 없이 고급 이라는 단어가 주는 모호성 때문에, 고급휘발유는 포르쉐, 페라리 같은 스포츠카, 벤츠의 S클래스나 AMG, BMW의 M시리즈 같은 고성능 차량, 아니면 벤틀리, 롤스로이스 같은 수억원짜리 차량에만 넣는거고 그 외 차량들은 그냥 일반유를 넣으면 된다는 단순 오해도 많다. 그러나 고급휘발유의 선택기준은 차량 크기, 성능, 차량 가격 등으로 선택하는 것이 아니고 자동차 제조사가 엔진설계 때 기준으로 잡은 옥탄가 휘발유를 넣는 것이 원칙이다.

6.3. 자동차 엔진 설계와 옥탄가

가솔린 엔진은 휘발유와 공기를 섞은 혼합기를 연소실에서 압축시킨 후 점화플러그로 폭발시켜 출력을 얻는 구조이므로, 폭발력을 최대화 할수록 더 효율 높은 연소가 되어 더 높은 출력을 낼 수 있고, 공기와 연료의 혼합비, 연소실의 압축비, 점화시기 등을 조정하여 고성능 고출력 엔진을 설계하게 된다.

문제는 이러한 높은 출력을 내는 쪽으로 설정할수록, 연소실 내부의 온도가 상승하여 혼합기가 점화 플러그를 통한 화염 전파와 별개로 자연발화하여 노킹[32]을 일으킨다는 점이다.
전세계 자동차회사들은 휘발유 엔진에서 노킹을 없앨 방법을 수 십 년동안 연구했지만 결국 옥탄가를 높이는 방법 밖에 찾지 못했다. 이것은 휘발유라는 물질의 특성 상 고온, 고압에서의 노킹은 어쩔 수 없는 문제이다. 노킹에 대해 저항성이 큰 고옥탄가 연료(즉, 고급휘발유)를 사용해야, 상대적으로 저옥탄가 연료 사용을 전제로 한 엔진에 비해 연료의 혼합비나 압축비, 점화시기 등을 좀 더 고출력에 맞게 세팅할 수 있게 되어 출력이 좀 더 센 엔진 설계에 유리해진다.

따라서 자동차 제조사 입장에서는 휘발유 엔진의 사용 연료의 옥탄가를 미리 정하고, 그 연료를 사용했을 때 노킹이 일어나지 않는 선에서 최대한 출력과 효율을 얻을 수 있도록 최적의 작동 조건으로 엔진을 설계한다.
옥탄가가 높은 연료를 기준으로 엔진을 설계하면, 압축비가 높아도 노킹 현상이 나지않고 높은 압축비로 연료가 완전연소가 되어 엔진이 실린더 용량 대비 더 높은 출력와 연료 효율을 낼 수 있다. 반대로 옥탄가가 낮은 연료를 쓰도록 하려면 압축비를 낮게 설계하면 되지만 엔진 출력도 줄어든다. 예를 들어 제네시스 쿠페 F/L 2.0 터보 모델의 경우 제조사에서 공식적으로 일반유 출력(260 PS)과 고급유 출력(275 PS)을 나눠서 공지한다.

유럽은 일반유가 RON 95 이므로 엔진 설계도 RON 95에 맞춰서 한다. 이것이 유럽산 자동차 주유구에 권장 RON 95 라고 적혀있는 이유이다. 그러나, 전세계 차량 판매를 위해서는 낮은 옥탄가 휘발유에서도 가변적으로 구동할 수 있어야 하므로, 엔진 보호모드로 출력을 제한시켜 동작하는 노킹제어시스템을 개발하여 적용시키고 있다. 그 노킹제어시스템으로 버틸 수 있는 한계선이 최소 RON 91 의 이미이다.

국내 자동차 제조사는 국내 일반휘발유 RON 91 기준으로 엔진을 설계한다. 다만 최근에는 고성능 차량의 엔진들은 고옥탄가 휘발유를 요구하는 경우가 점차 많아지고 있다. 젠쿱 후기형, 스팅어, K9 3.3T, 5.0, G70, G80 2.5T/3.3T/3.5T, G90 3.3T, 5.0, 3.5T, 현대 N 등 국내 브랜드의 차량 중에도 RON 95 권장 차량이 늘어나고 있다. 다만 이 경우 엔진설계는 RON 91 기준이지만, RON 95 휘발유를 넣을 경우 점화각을 진각시켜 출력을 약간 향상 시키는 방식이다. 휘발유를 재주유할 경우 진각 고출력 셋팅이 풀리고 다시 원래대로 돌아오므로 해당 국내 동호회에서는 ECU 셋팅을 수정해서 아예 고정하는 방법을 연구하고 있다.

원칙적으로는 자동차 제조사가 기준으로 잡은(권장하는) 옥탄가에 맞는 휘발유를 주유해야 그 차량의 성능이 제대로 나오는 것이다.
주입한 휘발유 옥탄가가 엔진 설계와 다를 경우 어떤 영향이 있는지 자세한 내용은 더 아래쪽 문단을 참고하기 바란다.
고급휘발유 사용을 권장하는 차량들의 특징에 대한 설명 영상

6.3.1. GDI 엔진에서

GDI 엔진을 사용한 차량에 고급휘발유를 넣었을 때 이점을 설명한 영상

GDI 엔진은 MPI 엔진보다 압축비가 높고, 따라서 점화 플러그에서 시작된 화염과 별개로 실린더 내부의 다른 곳에서 연료가 자연발화되는 노킹이 발생하기 쉽다. 옥탄가가 높은 고급휘발유를 넣으면 자연발화가 억제되므로 점화타이밍을 이론적 최적값에 가깝게 빠르게 가져갈 수 있어서 출력이 향상되는 것이다. 엔진 내부에 카본이 축적되면 자연발화가 더 쉽게 일어나게 되므로 노후화되어 카본이 축적된 엔진이라면 고급휘발유를 사용했을 때 노킹이 줄어드는 것을 쉽게 체감할 수 있다. 즉, 노킹은 GDI나 MPI나 똑같은 메커니즘으로 일어나지만, GDI의 압축비가 더 높기 때문에 노킹이 발생할 확률이 높은 것이다.

실제로 아반테나 K3 등 GDI 엔진은 노후가 시작되는 10만km 주행시 노킹 문제가 대두되고 있으며, 주된 원인은 카본 누적으로 인한 연소실 체적축소에 민감하게 반응한 결과이다. 이 경우 임시방편으로 고급유를 넣으면 해결되곤 하는데, 위에서 설명했듯이 원칙적으로는 정기적인 연소실 클리닝 및 흡기밸브 카본 제거작업이 필요하다.

또한 카본이 축적된 GDI 엔진은 MPI 엔진과는 달리 점화 플러그의 점화 이전에 연료가 자연발화하는 LSPI 현상[33]이 발생할 수 있는데, 고급휘발유는 이것을 억제하는데도 도움을 준다. 고급휘발유는 청정성이 조금 더 좋기 때문에 일반휘발유를 사용할 때보다 카본 축적이 상대적으로 억제된다.[34] 고급유와 연료첨가제를 이용해 지속적으로 관리한 차량의 피스톤 상태
고급유가 요구되지 않는 직분사 차량에도 관리차원에서 고급유를 넣으면 연소실 청정에 도움이 된다는 정비사의 의견

6.4. 요구되는 옥탄가보다 높은 휘발유를 주유했을 때

일반휘발유 기준으로 설계된 차량이고, 차량 엔진 컨디션이 정상이라고 했을 때 엔진이 요구하는 옥탄가보다도 더 높은 고옥탄가의 고급휘발유 주유는 가격대비 이득이 전혀 없다. 넣어도 상관 없지만 돈낭비다. 위 고급휘발유의 장점에서 언급한대로 화학적 특성과 고급첨가제로 인한 향상이 약간 있겠지만 현실적으로 체감하기는 어렵다.[35]
고급휘발유는 절대로 고성능 차량 또는 수억짜리 차량을 위한 고성능 휘발유가 아니다. 고급(차량용)휘발유가 아니고 고급(옥탄가)휘발유이다. 따라서, 엔진설계 옥탄가 기준보다 더 고급 옥탄가 휘발유를 넣었다고 해서 차가 갑자기 출력이 좋아지고 그런 일은 없다.

점화시기가 자동적으로 조절되는 차량, 즉 점화코일을 사용해 노크센서에서 실화 감지시 점화시기를 가변적으로 조절할 수 있도록 설계된 차량은 일반휘발유 세팅 엔진이라도 고급휘발유를 넣으면 최고출력이 약간 상승한다. 아반떼 AD 스포츠의 경우 일반휘발유를 넣은 차량과 고급휘발유를 넣은 차량 몇대를 같은 날 같은 다이노에서 출력을 측정해보면 고급휘발유 차량이 최고출력이 발생되는 고회전 영역에서 10마력 정도 높은 최고출력을 보인다. 이 10마력 출력 차이가 일반휘발유-고급휘발유의 가격 차이 대비 의미가 있는 것인지는 운전자의 성향에 따라 다르지만, 스포츠 주행(서킷, 와인딩 주행 등)을 하지 않는 대부분의 운전자에게는 의미가 없다. 심지어 요구되는 옥탄가보다 높은 휘발유도 아니고 아예 옥탄부스터로만 채우고 주행하는 실험도 있었는데 출력은 높아졌어도 비용이 몇 배로 증가하였고 안전성 문제도 있을 수 있었다.

점화시기가 자동적으로 조절될 수 없는 구형 차량은 엔진이 일반휘발유로 세팅되었다면 옥탄가가 더 높은 고급 휘발유를 넣어도 출력은 전혀 향상되지 않는다. 오히려 화염전파속도가 느려져서 이론적으로 출력이 낮아진다. 혹한기에 시동도 잘 안걸린다.

RON 95 엔진차량에 일반유만 넣고 다니다가, 고급유 넣었더니 차가 잘나간다고 하는 후기를 볼 수 있다. 이것은 고급휘발유를 넣어서 엔진출력이 더 좋아진게 아니라, 엔진설계 기준이하의 저옥탄가 일반휘발유를 넣어 출력저하 상태로 다니다가[36] 엔진이 요구하는 옥탄가를 충족하는 고급휘발유를 넣음으로써 원래 엔진의 100% 성능으로 돌아온 것 뿐이다.

간혹 노킹이 심한 일반차량에 고급유를 넣었더니 노킹이 사라지고 엔진 출력이 좋아졌다는 후기도 볼 수 있는데, RON 91로 설계된 차량에 RON 91 일반휘발유를 주유했을 때 노킹이 발생하고, 고급휘발유를 넣었더니 노킹이 없다졌다는 것은 애당초 차량에 문제가 있다는 뜻이다. 따라서, 차량 노후, 관리 소홀, 엔진 설계 결함 등으로 노킹이 발생하는 비정상적인 상황에서 제대로 된 조치를 취하기 전까지 임시방편으로 고급휘발유를 써서 노킹을 억제시키는 용도일 뿐이고, 근본적으로는 차량을 수리해서 노킹이 발생하는 원인을 제거해야 한다.

마찬가지로 유럽 RON 95 엔진 차량에 국내 고급유 RON 100 짜리 넣었다고 RON 95 휘발유때의 출력보다 더욱 더 좋아지는 일은 절대 없다. 그냥 옥탄가 RON 95를 만족하므로 원래 엔진설계대로 동작할 뿐이다.

6.5. 요구되는 옥탄가보다 낮은 휘발유를 주유했을 때


과거 자동차들은 카뷰레터를 이용해 기계적으로 공기-연료를 섞고 점화각 조절이 불가능했으므로, 엔진설계를 벗어나는 저옥탄가 휘발유를 사용할 경우 노킹으로 엔진이 손상되었다. 그러나, 현재의 자동차들은 ECU의 전자식 점화시기(점화각) 조절, 연료분사 및 공기압 가변형 조절, 노킹감지센서의 성능 향상 등 여러 가지 전자제어 기술의 발달로 진보된 노킹제어시스템을 적용하고 있으며, 이에 따라 엔진설계 기준 이하의 옥탄가 휘발유를 넣더라도 제조사가 제시하는 최저수준(MIN) 이상 옥탄가 휘발유라면 문제없이 운행할 수 있다.

휘발유 엔진의 특성상 제조사 엔진설계 기준보다 낮은 저옥탄가 휘발유를 넣을 경우 반드시 노킹이 발생하며 즉시 노킹제어시스템이 개입한다. 예를 들어 RON 95 엔진설계 유럽 차량에 RON 91 수준의 국내 주유소 일반휘발유를 사용할 경우 아래와 같은 대응 프로세스로 동작한다.
노킹 발생 → 노킹 센서에서 노킹압 감지 → ECU에서 정말 노킹이 맞는지 판단 → 점화타이밍 늦춤, 혼합비 조정(농후분사), 부스트압 저하 → 연소실 압력, 온도 하락 및 노킹 억제 → 노킹 발생 억제 한계 내에서 엔진 출력 낮춰 보호

노킹 발생을 노킹센서가 감지하면 ECU의 노킹제어시스템을 통해 점화시기(점화각)를 늦추고 급기 압력과 온도를 낮추어 노킹이 일어나지 않도록 최대한 억제한다. 이 동작 메커니즘은 항상 실시간으로 이루어진다.

아래 그림은 RON 95 기준 차량에 국내 일반휘발유와 고급휘발유를 넣었을 때의 노킹 로그를 표현한 그림이며, 빨간색이 ECU가 실시간 보정으로 점화시기를 지각(지연)시킨 기록이다.
국내 일반유를 넣으면 급가속 고RPM 환경에서만 노킹이 생기는 것이 아니라, 일상 범위 1천~2천 RPM 영역을 포함한 전체 RPM에서 노킹이 일어나는 것을 볼 수 있다. 물론, 노킹제어시스템에 의해 노킹 대응으로 엔진을 보호하게 된다.
파일:RON95-RON91 노킹.png
RON95 차량에 일반휘발유(RON91)을 넣었을 때 노킹 발생 빈도
( 전체 RPM 범위에서 노킹이 일어난다.)

파일:RON95-RON95 노킹.png
RON95 차량에 고급휘발유(RON100)을 넣었을 때 노킹 발생 빈도
(4천 넘는 고 RPM 고압력 영역 외에는 노킹이 없는 것을 볼 수 있다.)


차량의 노킹제어시스템으로 처리할 수 있는 옥탄가의 범위는 차량 매뉴얼이나 주유구에 권장 RON값과 최소 RON값 표시된 것을 확인하면 알 수 있다. 권장 옥탄값은 해당 차량이 차량 제원의 최적 성능을 낼 수 있는 원래의 설계 옥탄가 값을 나타내며, 최소값은 엔진이 손상되지 않고 작동하는 최저의 옥탄가 값을 의미한다. 이 최저값은 반드시 지켜야 한다.

엔진 ECU 프로그램에는 설계 옥탄가(여기서는 RON 95), 최저 Low 옥탄가(여기서는 RON 91)에 대한 사전 정의된 점화시기값(점화각) 테이블을 2개 가지고 있다. 노킹 감지에 의한 실시간 점화시기 조정이 계속 누적되면 Knock Learn Factor 값을 최초 0.0 에서 0.1씩 점차 올려가며 두 개의 점화각 테이블 값을 가중치 퍼센트 조정하여 점점 더 지각시킨다. 이 값이 1.0 까지 도달했다는 것은, RON 95 로 설계된 엔진이 최저 RON 91 휘발유를 사용할 수 있도록 최대한 엔진 출력저하(점화각 지각) 시켜 노킹을 억제하고 있다는 뜻이다.
반대로, 고옥탄가 휘발유가 주입되면 원래대로 돌려야하므로 점화각이 지연된 상태에서 노킹 감지가 없으면 점화각을 다시 진각시켜 당겨보고 노킹이 또 발생하면 점화시기를 다시 늦추고 하는 조정을 하게 된다. 노킹을 감지하자마자 ECU가 점화시기 늦추는 동작은 실시간이지만, 최고 옥탄가 점화각 테이블에서 최저 옥탄가 점화각 테이블까지 누적 바뀌는데 약 몇 분 정도라고 알려져있다.

차량 허용 옥탄가 범위 내에 있는 휘발유 사용으로 발생하는 가벼운 노킹은 엔진에 무리를 주지 않는다. 노킹제어시스템은 귀에 들릴 정도의 큰 소리 심각한 노킹 대응이 아니라 인간이 감지하지 못하는 낮은 수준의 노킹 단계에서 미리 대응하기 때문이다. 따라서 저옥탄가 일반휘발유를 넣었다고 해서 바로 심각한 엔진 내벽 파손이나 피스톤 손상 등이 일어나지는 않는다. 하지만 하단의 문서까지 보면, 완전히 노킹 방지가 가능한게 아니라서 권장하지 않는 수순이며, 장기적으로는 엔진내구성에 영향을 줄 수 있다.

노킹제어시스템으로 노킹을 억제했을 때 나타나는 현실적인 가장 큰 문제점은, 엔진설계 상의 최적화된 동작에서 벗어나게 되므로 연비, 엔진출력 저하가 발생하는 것이다. 노킹이 일어나지 않는 선까지 일부러 엔진 점화시기를 지연(Delay) 조정하면서 원래 설계에서 정한 점화시점을 지나 연소가 되니 폭발력이 약해지고[37] 그로인해 피스톤이 크랭크축을 밀어내는 힘, 즉 엔진출력이 약해지고 엔진 원래의 출력설계 대비 10~20% 감소한 채로 운행하게 된다. 또한, 점화시기 조절 외에도 엔진 내부 온도를 낮추기 위해 연료를 과다분사하고, 급기 압력을 낮추며, 배기밸브를 좀 더 오래 열어서 온도를 낮추는 등 여러 동작도 하므로 전반적으로 연비가 나빠지게 된다. 유럽 차량에 국내 일반휘발유를 주입하여 저 옥탄가를 노킹제어시스템에 의해 엔진보호 조절되고 있는 차량과, 국내 일반휘발유 기준으로 설계된 국산 차량에 국내 일반휘발유를 주입하여 정상 동작하는 경우 똑같은 환경이 아니라 전혀 다른 조건임을 이해해야 한다.

이 때의 엔진 출력 감소를 혼동하지 않아야 하는데, 단지 차량 최대출력이 감소할뿐 일행 주행에서 아무 감소가 없다는 뜻이 아니고 실용영역을 포함하는 전 영역에서 엔진출력이 감소함을 의미한다. 엔진 출력은 토크, RPM과 기어비에 의해 결정되므로 고회전 영역에서의 출력 감소폭이 클 뿐 모든 영역에서 출력 감소가 발생하게 된다.[38] 다만, 시내에서만 살살 다니는 차량의 경우 그 출력감소나 연비 저하를 인식하지 못하는 경우가 많고, 어쩌다 긴 언덕길을 올라가거나 순간 가속 등으로 출력이 필요할 때 느끼게 된다. 그리고 처음부터 일반유만 넣은 사람은 이런 출력저하 자체를 모르고 살다가 고급유 넣어봤더니 출력이 좋아졌다고 고급유가 좋긴 좋더라 착각하게 되는데, 사실 출력이 좋아진게 아니라 출력저하에서 원래의 정상 출력으로 돌아왔을 뿐이다.

한편, 노킹 제어는 휘발유 내의 옥탄가를 차량이 감지해서 조절하는게 아니라, 미세한 노킹이 발생하면 엔진 블록에 장착된 압력 센서[39]가 감지하여 그 후 점화 타이밍을 늦추는 식이라서 노킹을 완전히 막지는 못한다.[40]
또한 노킹센서는 압전센서를 이용하여 진동 주파수를 감지하는 방식이므로, 이것이 진짜 노킹인지 자동차 엔진 소음인지 판별하는 과정이 필요하다. 노킹센서는 노킹 발생시의 특징적인 압력 피크를 감지하여 ECU에 전달한다. ECU는 엔진 가동 소음/진동인지 노킹에 의한 충격파인지 판단하기 위해, 그 시점의 엔진부하, 냉각수온도, 급기 압력/온도, 흡배기 캠각도, 크랭크축, RPM 값, 노킹센서의 주파수 및 빈도 등 각종 센서값을 순간적으로 종합 판정해서 최종 노킹이라고 판단한다. 따라서, 100% 정확도를 가지기 어렵고 노킹 판정은 매우 고도의 기술이 필요하다.

보통 노킹은 휘발유 엔진 4행정 중에 3번 폭발단계에서 pre-ignition 또는 Detonation 형태로 발생하므로, 노킹 압전센서가 받아들이는 신호는 피스톤 점화 시점 및 DTC 근처 앞뒤에서만 수집하도록 측정시간을 제한한다(4행정 전체를 모니터링 할 필요없으므로).
그리고 현재 엔진이 어떤 상태이고 어떤 행정단계인지(점화시점) 판단하기 위해서 여러 센서의 측정값이 필요한데, 흡기나 배기에서 노킹이 생기지는 않으므로 급배기 캠샤프트 위치를 확인하고, 크랭크축 센서로 RPM과 크랭크각도 확인하고, 가속 상태인지를 보기 위해 엑셀 밟은 개방율 확인, 엔진 Load 부하 상태를 위해 RPM, 엔진 냉각수 온도, mass 에어센서 등 확인 등등 여러가지 센서값을 종합적으로 판단하여 최종 노킹판정을 한다.
고속으로 회전하는 엔진에서 노킹 판정속도는 ms 단위 즉 1/1000초 단위로 노킹판정하고 누적빈도를 계산해야 하므로 최대한 정확하게 판단할 필요가 있다. 요즘에는 노킹센서의 기술이 점점더 발전함에 따라 노킹 때 주파수가 특정범위에 있다는 것을 이용하여 해당 주파수 Hz 범위를 필터링, 증폭하고, 주변 엔진배경 소음을 제거하는 기술도 더 들어간다.

일부 최고급 차량의 경우 센서의 종류와 해당 센서의 신호를 처리하는 ADC해상도 및 샘플레이트, 그리고 가장 중요한 ECU 의 DSP 성능에 따라 다르지만, 보쉬 7세대 이상 덴소 5세대 이상 케이힌 3세대 이상에 적절한 센서를 조합하였을 경우 엔진 그 자체를 옥탄가 측정용 엔진과 유사하게 구동하여 테스트 사이클을 돌리게 되며, 마이크 대용으로까지 사용 가능한 광대역 노크센서와 MEMS 가속도 센서를 통해 수집된 진동 및 폭발음향정보를 사용하여 매우 정확하게 연료의 옥탄가와 민감도를 측정할 수 있다. 특히 일부 엔진들[41]의 경우 이러한 센서들을 실린더당 1개씩 부착하는 경우도 있어(3기통이며 3개 2기통이면 2개) 이러한 차종에 연료의 품질이 갑자기 바뀌게 되면, ECU가 다음 주유를 감지하기 전 까지 성능을 팍팍 묶어주게 되며, 계측기로 찍어야 찍히는 수준의 노킹에서 즉시 점화지각 프로세스가 들어가기 때문에 고성능 ECU와 센서를 사용한 차량들의 경우 한국 내 국산차를 타는것과 같은 수준으로 크게 신경을 쓸 필요가 없다.

과거 미쓰비시 8A8 엔진과 닛산 SR 엔진, 닛산 VQ 엔진의 옥탄가 수치가 최저 RON 91 RON 95 권장으로 설계되어 기름 품질 관리가 좋지 않은 주유소의 일반유를 넣으면 노킹이 발생하는 문제가 있었다. 당시 고급유 취급 주유소가 극히 적었던 상황이고 일반유의 품질이 전반적으로 좋지 않아 불편을 일으켰다. 결국 얼마 후 일반유 권장으로 설계를 변경한 MPI 엔진이 장착되었고 MPI임에도 RON 95 권장이었던 닛산엔진은 현재까지도 기름 품질이 좋지 않은 주유소에서 일반유를 넣을경우 노킹이 발생한다. 닛산 엔진의 옥탄가 수치 때문에 SR.VQ엔진이 탑재된 SM5.7과 인피니티 차량은 중고차 수출 비선호 차량이라 중고가가 동급 차종에 비해 낮다.

고급 스포츠카처럼 RON 98 권장 차량은 최저치가 RON 95이므로 무조건 고급 휘발유를 넣어야 하고 고급유 취급 주유소가 없는 지역을 장거리 주행할 때는 예비용 기름을 제리캔에 보관해두는 게 좋다. 옥탄부스터는 성분도 유해할 뿐더러 가격도 비싸다. 단, 구형 유럽 차량 또는 모터사이클[42]은 점화시기 지각에도 한계가 있으므로 주유에 신경을 쓰는 게 좋다. 일례로 포르쉐는 최소 RON 95 이상의 휘발유를 요구하고 있으며 비상상황이라면 RON 91 휘발유를 넣을 수는 있으나 급가속을 삼가라는 등의 경고문구를 표시하고 있다. 오토바이는 노킹센서가 없는 모델도 꽤 많다.

6.6. 일반휘발유와 고급휘발유 혼합

국내 시장에서 고급차나 고성능 차량들의 수요 및 수입차 운용 대수가 증가하면서 RON 95 이상을 요구하는 차량들이 많이 늘어나고 있으나, 대한민국 주유소는 법률상의 제약때문에 RON 91 정도의 일반휘발유, RON 100 수준의 고급휘발유 딱 두가지 종류만을 판매하고 있다. 유럽 자동차 제조사 설계기준인 옥탄가 RON 95 휘발유를 넣고 싶어도 국내에서는 RON95 휘발유를 판매하지 않는다.
할 수 없이 RON 100짜리 국내 고급휘발유를 넣겠다 결정했어도, 근처 고급휘발유 판매 주유소가 너무 멀거나, 판매가격이 너무 심하게 비싸거나[43], 평소 항상 고급유를 사용하다가 지방 출장이나 장거리 여행을 갔을 때 가까운 거리에 고급휘발유 판매 주유소가 없을 수도 있다.

이 경우 가장 추천할만한 해결책은 일반유와 고급유를 섞는 것이다. 이것은 정유사에서도 공식적으로 추천하는 방법이며, 휘발유의 화학적, 과학적 특성에 근거한 방법이므로 섞여도 아무 문제없다. 주유소 측이 혼합하여 판매하는 것은 법률에 의해 불가능하지만 소비자가 차량에 섞어서 사용하는 것은 제한이 없다.[44] 이 방법이 옥탄부스터보다 비용[45]도 적으면서 효과는 더 좋다.[46] 아니면 제리캔에 직접 혼합해도 좋다. 휘발유는 HDPE 플라스틱 용기라면 한 통에 20L, 금속 용기라면 한 통에 60L까지 구매/보관이 가능하고[47] 위험물 안전관리법상 이와 같은 견고한 용기를 사용해야 하므로 주의해야 한다.

일반휘발유와 고급휘발유는 같은 탄화수소 계열이기 때문에 쉽게 섞인다. 혼합하면 옥탄가는 단순한 평균값을 가지게 되고, RON 91 일반휘발유와 RON 100 고급휘발유를 50:50 으로 혼합하면 옥탄가는 차량 제조사가 요구하는 RON 95 근처가 된다.
차량의 연료탱크 용량[48]을 매뉴얼 등을 통해 파악한 후 계기판을 보고 기름이 절반정도 남았을 때 가득 넣거나 리터단위로 계산하여 넣으면 된다.
RON 95를 맞추기 위해 매 주유마다 반반씩 2번 나눠 주유하는 방법은 매우 번거로우므로, 차라리 고급유를 풀로 채우고 주유계기판 눈금이 절반으로 떨어졌을 때 일반유로 주유해서 가득 채우고, 다시 주유탱크가 한 칸정도 남았을 때 다시 고급유를 풀로 채우고 이 과정을 반복하는 식으로 운용하는 것이 비용은 좀 상승하지만 훨씬 편하다. 이 방법은 고급휘발유 판매가 거의 없는 지역을 여행갔을 때의 방법으로도 추천이다. 굳이 고급유 다 쓰고 할 수 없이 일반유 주유하지 말고, 고급유 절반쯤 썼을 때 일반유를 가득 넣어 RON 95를 유지하는 방법이다.

RON 95 이상을 맞추는 것이 목적인데 고급휘발유를 50% 이하로 너무 적게 섞는다면 오차를 감안할 때[49] 옥탄가가 RON 95 이하로 떨어져서 메리트가 별로 없다. 일반유나 고급유를 먼저 넣느냐는 크게 중요하지 않다.

6.7. 고급휘발유에 대한 오해

인터넷에 퍼진 낭설로 "연료를 혼합하면 안된다.", "연료탱크를 다 비우고 고급유/일반유 하나만 넣어야 한다", "고급유 넣다가 일반유 넣다가 하는게 제일 안좋다. ECU 혼동이 온다. 하나만 꾸준히 넣어야 한다" 등의 낭설이 아주 널리 퍼져있는데, ECU는 실시간 노킹 감지 데이터를 받아 보정하기 때문에 전혀 근거 없는 말이다.

특정 정유사의 고급휘발유는 좋다 나쁘다 또한 근거가 빈약하다. 법적으로 고급휘발유는 녹색염료, RON94 이상이기만 하면 되지만 4사 모두 RON 100 수준으로 출고 중이다. 마찬가지로 일반휘발유는 어느 회사나 RON91.n 수준으로 큰 차이가 없다. 일반휘발유의 옥탄가가 높으려면 더 많은 방향족이나 에탄올 등이 들어가는데, 한국은 에탄올을 넣지 않으며 방향족 첨가물 역시 가격이 비싸다.

7. 관련 문서


[1] 일반 명칭은 Isooctane 이고, 국제표준 IUPAC(International Union of Pure and Applied Chemistry)에 의한 명칭은 2,2,4-트리메틸펜테인(2,2,4-Trimethylpentane)이다.[2] 당연히 휘발유 구성성분 관련 법규를 준수하기 위해, 최대한 원하는 조성비율을 얻기 위한 각 정유사마다의 원유 정제 기술은 보유하고 있을 것이다.[3] 흡입 - 압축 - 폭발 - 배기[4] 문을 노크한다고 할 때의 그 "노크"(knock)이다.[5] 하지만 오피넷 홈페이지와 앱 모두 지역을 시, 군 단위까지 일일이 정해줘야 검색이 되게 해놓아서 타지역 이동 시 주유소를 찾을때 상당히 불편하다. 좀 더 편리한 방법으로, 오일나우나 지도 앱을 사용하는 방법도 있다.[6] IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry)에 따른 명칭은 2,2,4-트라이메틸펜테인(2,2,4-Trimethylpentane)이다.[A] 연료민감도 18[A] [9] 과거 한국도 MON을 사용하였으나 현재는 삭제[국가목록] 19개국에 포함된 국가들은 그리스, 네덜란드, 덴마크, 독일, 룩셈부르크, 벨기에, 스웨덴, 스페인, 슬로바키아, 아일랜드, 영국, 오스트리아, 이탈리아, 체코, 포르투갈, 폴란드, 프랑스, 핀란드, 헝가리이다.[11] E10 포함[12] 독일, 오스트리아 등에는 RON 100등급까지 판매 중이다.[13] 85는 록키산맥 인근의 고도가 높은 지역으로 콜로라도, 아이다호, 몬타나, 남다코타 주 등 일부에 한함.[14] 주에 따라 기준이 다르다. 미국은 프리미엄 가솔린을 언급하면 일반적으로 AKI 기준 91 이상을 의미한다. AKI 91은 RON 값으로 환산하면 95 정도이다.[15] BP 주유소에서 91과 98을 혼합하여 95를 제공[16] 일본에서는 그래도 높은 옥탄가라는 뜻에서 ハイオク(하이오크)라고 하는데, 한국만 옥탄가의 개념이 전혀 없이 단순히 고급유라는 호칭이다.[17] 주유기에 Race Fuel 혹은 Racing Fuel이라고 표기되어 있다.[18] 캘리포니아는 타 주보다 훨씬 더 높은 환경 규제로 인해 연료에 대한 제약이 커서 가격도 비싸고 AKI 93도 보통 주유소에서 취급하지 않는다고.[19] 심지어 대부분의 사람들은 옥탄가를 들어본적도 없으며, 일반/고급이라는 분류가 옥탄가 수치에 따른다는 것도 알지 못한다.[20] 2016년에 탄xx지도 A사가 주유소 28개 고급휘발유 옥탄가 검사를 했더니 94이하로 불량이었다 발표해서 난리가 난적이 있었는데, 한국석유관리원 재측정 결과 모두 99~100으로 정상 판정되었다. 지금도 탄탄지도에 따르면 주유소마다 고급유 옥탄가 95~98 수준으로 나오는데, 공신력 있는 기관에서 수 억원짜리 기계로 ASTM D2699 규격 정밀측정한 시험성적서 값이 아닌 러시아제 간이 휴대용장치로 대략 측정한 것이므로 오차 및 신뢰도에 문제가 있다.[21] 고급휘발유는 교차판매를 하지 않기 때문에 회전질감에 예민하거나 직접 로그를 물려서 노킹 횟수를 체크하기까지 하는 자동차 애호가들은 국내 정유 4사 중 특정 회사의 고급휘발유를 유독 기피하는 경향이 있다. 가장 선호되는 것은 오일뱅크의 RON 102 짜리 울트라카젠이지만 파는 데가 별로 없다.[22] 정유사들도 상시 생산이 아니고 수요에 맞게 생산했을 정도다.[23] RON 91 가능하다고 표기된 차량인 경우[24] 옥탄부스터는 고급휘발유에 비해 훨씬 비싸고 장기간 사용시 안전성에도 의문이 있다.[25] 항공산업에서는 제외다. 여전히 항공유가 고가이므로 가격 상승 요인을 제외할 목적으로 납을 약간씩 추가하어 옥탄가를 조절하고 있다. 대표적인 예가 100LL이다.(물론 항공업계와 학자들은 뭘 해야 항공유를 갖다가 무연으로 만들 수 있는가를 연구하고 있다.)[26] 휘발유 90%에 에탄올 10% 혼합[27] 당연하겠지만 주세 때문에 그렇다.[28] 주유소 인허가 관청인 각 시군구로 신고해도 어차피 여기로 검사를 요청한다.[29] 정확도에 있어서도 이래저래 말이 많은 물건[30] 방향족이 옥탄가가 높은 장점이 있지만, 환경 유해성이 있고 냉간시동 문제 등이 있어서 무작정 많이 넣을 수는 없다. 대기환경보전법 및 환경부 시행령에 의하면 휘발유에는 방향족화합물을 부피% 단위로 최대 22%까지만 넣을 수 있다. 현대오일뱅크에서 판매중인 울트라 카젠이 22%의 톨루엔을 혼입하는 이유가 여기에 있다.[31] 총발열량 보통휘발유 7,730kcal/L 대비 고급휘발유 7,990kcal/L (출처: 공공기관 경영정보 공개시스템 ALIO 수시공시, "한국에너지공단 2017년 에너지원별 열량환산 및 탄소배출계수 기준개발" https://alio.go.kr/download/download.json?fileNo=2328177 )[32] 엔진 내구성에 마진이 있어 노킹 한번에 바로 엔진이 사망하진 않지만, 불시에 엔진사망을 예약해 둔 상태라는 점은 변함이 없으며, 운이 나쁘면 노킹이 발생하고 얼마 안있다가 바로 엔진 블로우로 직결되는 수도 있다.[33] 엔진 오일 문서의 엔진오일의 규격 문단에서 볼 수 있듯이 LSPI는 MPI 엔진에서는 발생하지 않으며, GDI 엔진에서 LSPI를 막기 위해서는 이를 억제하는 성분을 넣은 API SP나 API SN PLUS 규격 엔진 오일을 사용하면 되고 이게 가장 저렴하고 확실한 방법이다.[34] 물론 검증된 연료첨가제를 사용해서 실린더 내부의 카본을 세정하는 것만은 못하다. 첨가제 문서에 나와있듯이 자동차 제조사들이 직접 권장하고 사용하는 방법이며, 이들의 성능은 ASTM 공인 시험을 통해 검증되어 있다.[35] 청정성이 조금 높긴 하지만, 연료첨가제를 넣는게 훨씬 낫다. 오히려 시동성은 일반휘발유가 더 좋다.[36] 자동차 엔진엔 노킹센서가 있어서 노킹이 감지되면 ECU에서 점화타이밍 등을 조정해 출력을 낮춘다. 8K UHD TV를 사놓고는 그냥 일반화질로 보는 격이다[37] 피스톤이 실린더 내부 올라가다가 DTC 이전에 최적 시점에서 점화되어야 하는데 그 시기를 지나 연소 시작하므로 연소 체적이 감소한다.[38] ECU마다 차이는 있으나 심한 경우 20%정도 제한을 걸어버린다. 일례로 SM5 1.2세대는 옥탄가 문제로 인해 출력이 SR20 VQ20 VQ25 엔진의 출력이 각각 17마력씩 내려갔으며, VQ35엔진은 무려 28마력이나 내려가서 2000년대 당시 르노삼성차의 ECU 리맵핑은 르노삼성차 튜닝카 오너들 사이에서는 사실상 필수였다.[39] 대부분 압전센서를 사용한다.[40] 권투를 예를 들면 일단 잽 한대 얻어막고 가드 올리는 식이다.[41] 일부 BMW 2기통 가솔린엔진, 그것도 배기량 1리터당 출력 100마력에 최신 ECU의 조합에서, RON 85~105 라는 경이로운 작동 범위를 확인할 수 있다.[42] 특히 16Bit- ECU[43] 일반유와 고급유의 가격 차이는 보통 리터당 200원 정도인데 지방 소도시의 경우 심할 때는 400원~500원도 차이난다. 50리터 주유시 약 1만원~2.5만원 차이. 물론 일반유는 연비가 나빠지므로 추가 금액보다 실제 고급유 가성비는 좀 더 좋다[44] 해외에서는 RON 91 과 RON 98 을 혼합해서 RON 95 으로 판매하는 것이 가능하며, 실제로 주유소 단계에서 그렇게 하는 경우도 있다. 대만은 아예 대만중유(국영.), 포모사석유화학 차원에서 RON 92 RON 95 RON 98 이렇게 나누어서 판다. 주유소에 건이 4개.(92, 95, 98, 경유.)[45] 오피넷 홈페이지를 참고할 때, 절반비율로 섞을 경우 준중형 차량의 50리터 연료탱크 기준 대략 4000~11000원의 비용차이가 발생한다.[46] 게다가 옥탄부스터 중에는 옛날 유연휘발유처럼 납 성분을 섞어 노킹 저항성을 높이는 물건도 있어서 잘못 썼다가는 거꾸로 엔진이 초토화되는 일을 당할 수 있다.[47] 최대 구매량이 아닌 기름통 하나의 최대 사이즈이다. 용기만 위험물안전관리법 시행규칙에 맞으면 개인이여도 구매량에 제한은 없다. 다만 반드시 내용물에 대해 화기엄금이라는 문구를 함께 표기하여야 한다. 정당한 사유없는 판매 거부행위 자체가 위법이지만, 업자의 무지로 인해 주유소에 따라 거절하는 경우도 있어 번거로울 수 있다. 주유소 항목 참조. 말통에 담긴 휘발유의 보관기간은 그리 길지 않으며, 몇개월 후 변질이 시작된다. 장기보관하는 경우 변질되지 않게 연료안정제 등을 따로 투여해야 한다.[48] 보통 준중형 차량은 50리터, 중형차량은 70리터[49] 애당초 계기판 눈금 자체가 오차이고, 게다가 주유소마다 옥탄가가 조금씩 다르며, 특히 주유소 유류탱크가 노후됐거나 3개월 이상 오래된 휘발유는 옥탄가가 더 떨어진다

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