엔진오일

[미캐닉]

* 엔진오일의 기능

1. 윤활 작용(마모 방지 작용)
마찰면 사이에 유막을 형성시켜 금속 경계면의 직접적인 접촉에 의한 마모를 방지한다.
2. 냉각 작용 (열 방출 작용)
윤활제로서 가장 중요한 역할은 마찰과정에서 열의 발생을 최소로 하는 것이지만,
발생된 열을 마찰 부위로부터 외부로 빠르게 제거하는 것 또한 매우 중요한 작용이다.
3. 밀봉 작용
내연기관의 피스톤과 실린더 벽 사이에 윤활유 막이 존재함으로써 연소 가스가 새는 것을 방지하여
출력 저하를 막아준다.
4. 방청 작용
윤활유는 마찰면 이외의 기계부품에 대하여 피막을 형성하여 수분, 생성된 가스 등과 금속간의 접촉을 방지함으로써
방청효과를 가지게 된다.
5. 응력 분산 작용
국부적인 압력을 윤활제 전체에 분산해서 균등하게 하여주는 작용이다.
6. 청정 분산 작용
내연기관에서 윤활유 및 연료등에 의해 발생된 산화 생성물인 슬러지나 검댕이등이 기계요소에 침적되는 것을
방지하고, 오일 중에서 분산되어 윤활유가 윤활 특성을 계속 유지하게 하는 작용이다.

* 엔진오일의 구성

엔진오일은 크게 기유(Base Oil)와 첨가제(Additives)로 구성되어 있으며
이를 각 사의 품질 기준에 맞게 가열 혼합(Blending)하여 제품 검사를 마친 후 원하는 패키지로 포장합니다.
기유에는 파라핀계 기유, 나프텐계 기유, 방향족계 기유가 있는데 각 성분이 기유 내에 일정 함량으로 포함되어 있으며 기유가 윤활유 제품의 70∼90% 를 차지합니다.
첨가제는 엔진오일의 각종 필요 성능에 맞게 기유에 첨가하는 것으로 청정분산제, 산화방지제, 점도지수 향상제,
유동점 강하제, 소포제 등이 있습니다.

* 엔진오일 첨가제

엔진오일 및 자동차용 윤활유에는 성능 강화를 위해 다음과 같은 첨가제가 사용됩니다.
1. 청정분산제: 엔진의 고온 운전 시 발생되기 쉬운 산화생성물 또는 외부로부터 침입해오는 카본 슬러지 등을
오일 중에 미세한 입자상태로 분산 시켜주며 산을 중화 시키는 작용을 합니다.
2. 산화방지제: 오일이 공기중의 산소나 수분에 의해 산화되는 것을 막아서 부식성 산이나 슬러지의 생성을 억제함.
점도 상승 억제
3. 극압제: 금속표면에 극압피막을 만들어 금속간의 접촉에 의한 마모 및 소부를 방지함
4. 점도지수 향상제: 온도 변화에 따른 오일의 점도 변화를 적게 하여 오일이 광범위한 온도범위에서 사용할 수 있게 함.엔진오일 용기에서 볼 수 있는 SAE 10W30과 같은 숫자는 오일의 점도를 나타냅니다.
점도는 오일이 얼마나 묽은지 끈끈한지를 나타냅니다. 점도를 표시하는 숫자는 미국 자동차공학회인 SAE에서 고안 하여 숫자앞에 SAE라고 쓰고 있습니다.
표기 중에 "W"는 겨울철에 사용할 수 있는 점도인지 테스트를 받았다는 뜻입니다.
점도가 너무 낮은 오일은 고온에서 적절한 윤활작용을 할 수 없는 경우가 생길 수 있으며
점도가 너무 높은 오일은 저온에서 펌핑이 쉽게 되지 않아 엔진 중요 부위를 적절히 윤활을 하지 못합니다.
엔진오일은 엔진이 차가울 때 쉽게 흐를 수 있는 저온성능을 가져야 하며
엔진이 작동중인 고온에서는 엔진을 보호할 수 있을 정도의 점도를 유지하는 고온성능을 가져야 합니다.
이러한 성능을 나타내기 위해서 SAE 10W-30 과 같은 숫자를 사용합니다.
이러한 표시를 가진 오일은 SAE 10W로 표시되는 저온성능과 SAE 30으로 표시되는 고온성능을 동시에
만족하는 오일이라는 뜻입니다. 그리고 숫자가 커질수록 점도는 높아지게 됩니다.
국내의 기후에 맞는 엔진오일의 저온점도는 가솔린 용으로는 SAE 5W, 10W 등이 있으며
고온점도는 SAE 30, 40, 50 등이 있습니다.

* 엔진오일의 등급분류

엔진은 분당 수천회까지 회전하며 금속부품간의 마찰이 발생하게 되고 연소실 내부온도는 약 900℃까지 치솟게 된다. 이처럼 가혹한 환경에서 엔진부품들을 보호하기 위해서는 적절한 점도와 유선, 산화안전성 등은 엔진오일의
필수조건이다.
그렇다고 점도가 묽거나 된 것 어느 것이 좋다고 말할 수 없습니다.
외부온도, 차량의 성능과 용도, 사용자의 기호에 따라 알맞은 점도의 제품을 선택하는 것이 중요합니다.
또한 점도는 품질을 나타내는 기준이 아닙니다.
요즈음에는 윤활유 제조사에서 대부분 다급 점도(예: 10W30, 15W40 등)의 제품을 판매하기 때문에
사계절 모두 사용 할 수 있습니다. 단지 겨울에는 점도가 낮은 오일이 여름에는 점도가 높은 오일이 다소 좋습니다.
그리고 교환 시기가 된 오일이 시커멓게 변한 것은 당연한 것일 수 있습니다.
사용하지 않은 신유의 색상은 보통 투명한 갈색 입니다.
물론 사용하는 첨가제나 기유에 따라 약간씩 다를 수는 있습니다.
오일은 엔진 내부를 순환하면서 엔진내부에 있는 슬러지, 카본 등을 분해하여 오일 팬으로 가져오기 때문에
처음 색상과는 다르게 불투명한 색상으로 변하게 됩니다.
또한 오일의 사용 기간이 길어지면서 오일이 서서히 산화되기 때문이기도 합니다.
따라서 교환시기가 된 오일이 시커멓게 변했다고 해서 오일이 나쁜 것은 아니며
교환시기가 된 오일의 색상이 시커멓게 변한 것은 오일이 자신의 역할을 충실히 했다고 생각할 수 있습니다.
요즘은 해외 메이저급 오일전문회사들이 다양한 제품들을 선보이고 있고 각 제품들마다 뚜렷한 특성이 있어
자신의 차량에 맞는 제품을 선택하기 위해서는 오일에 대한 이해가 필요하다.
엔진오일은 점도에 따른 분류인 SAE와 용도에 따른 분류인 API로 나눠지며, SAE는 미국 자동차기술협회에서
엔진오일의 점도에 따른 분류방식이며, API는 미국 자동차기술협회와 미국 석유협회에서 분류한 방식이다.
SAE에 의한 분류는 0W, 5W, 10W, 15W, 20W, 20, 30, 40, 50, 60 등으로 표시되어지며,
숫자가 클수록 높은 온도에서 점도가 높으며 자동차의 연료에 따라 엔진오일은 다시 휘발유,디젤,LPG용으로 구분된다.
엔진오일의 등급과 품질을 공증하는 대표기관인 API(American Petroleum Institute) 분류에 따라
휘발유용은 불꽃 점화(spark ignition)의 약자인 S로 시작해 SA~SJ로,
디젤용은 압축점화(compression ignition)의 약자인 C로 시작해 CA~CG-4로 나눈다.
점도가 높으면 고속주행이나 스포츠주행시 높은 엔진온도에서도 점도를 유지할 수 있어 엔진부품 보호에 유리하지만
혹한에서 최초 시동성이 떨어질 수 있으며, 점도가 낮으면 시동성은 좋으나 고속주행시 점도가 하락해
엔진부품의 내구성을 저하시킬 수 있어 자신의 운전습관에 맞춰 제품을 선택하는 것이 바람직하다.
엔진오일은 제조방법에 따라 광유, 부분합성유, 100% 합성유로 나뉜다.
광유는 말 그대로 크루드오일(crude oil)에서 윤활에 기본이 되는 성분을 추출하고 마모방지제, 산화방지제 등
각종첨가제를 섞은 것이다. 그러나 광유계 오일은 천연자원을 활용한 단점을 완전히 극복하지는 못해 아무리 정제를
해도 마모에 큰 영향을 끼치는 왁스성분을 완전히 제거하지는 못한다.
그래서 개발된 것이 합성유인데 이는 인위적으로 윤활성능이 가장 좋게 탄소분자수를 일정하게 커팅하여 만든 것으로 왁스성분이 전혀 포함되어 있지 않다.
왁스성분은 마모에도 영향을 주지만 고온에서 약해 찌꺼기를 형성하게 되며, 이것은 산화속도를 더욱 가속시켜
오일의 수명을 단축시킨다. 합성유는 가혹한 주행에도 쉽게 점도가 변하지 않아 엔진수명 연장에도 도움이 되고,
오일수명도 광유에 비해 2배 이상 길어 오일교환주기를 상당히 늦출 수 있다.
합성유는 API 기준치를 훨씬 초과하는 성능으로 API 분류표가 무의미할 정도로 매우 고품질이다.
그러나 이처럼 합성유가 많은 장점을 갖고 있으나 가격은 일반 오일에 비해 2배 이상 비싼 것이 단점이다.

* 합성유( Synthetic Motor Oils )란?

기존에 사용되는 광유계 오일과는 달리 합성유는 원유로 부터 정제하지 않습니다.
합성유는 유기 에스테르, 합성 탄화수소, 폴리 글리콜, 폴리알파올레핀(PAO) 등의 하나 또는 그 이상의 물질로부터
화학적인 공정을 통해 제조된 것입니다. 따라서 수 많은 물질이 섞여 있는 광유계 오일에 비해 대표적인 합성기유인 PAO는 단일물질로 이루어져 있기 때문에 원유의 원산지에 따른 품질 차이가 없으며 광유로서 극복할 수 없는
한계를 충족시켜주는 차세대 윤활유 입니다.
엔진오일은 120℃를 넘어서면 성능이 떨어지게 되며, 유막이 열을 견디지 못해 엔진트러블을 일으킬 수 있다.
또 혼합기에 포함되어 있는 가솔린이 엔진내부로 흘러나와 엔진오일과 희석되어 성능저하가 일어나는 경우도 있다.
특히 보링 등으로 클리어런스(피스톤과 실린더벽과의 공간)가 벌어지는 경우이다. 이 때문에 오일교환을 주기적으로
하거나 가솔린 희석에도 성능을 유지할 수 있도록 합성유를 사용하는 것이 바람직하다.
큰 파워를 내는 튜닝엔진일수록 각 부품이 접촉하는 부분에 미치는 하중과 회전수가 늘어나게 된다.
이러한 회전력의 상승은 오일의 유막유지가 어려워지는 조건이므로 고품질의 오일을 사용해야만 한다.
엔진오일은 성질에 따라 광유, 반합성유, 합성유로 나눈다. 광유는 원유를 정제한 뒤 감압, 증류 등 여러 번의
정제과정을 거쳐 만든다. 반면 합성유는 광유를 정제한 후 나오는 에틸렌(동물계, 식물계에서도 나옴)으로
만드는 화합물이다. 합성유는 또 PAO(폴리알파올레핀)계/에스테르계/알킬벤젠계/폴리알킬렌글리콜계/포리부텐계로
나뉘는데 일반적으로 에스테르계는 반응성이 좋지 않아 보통 PAO계와 둘을 섞어 쓰는 경우와 PAO계 독립적으로
사용하는 경우가 대분이다. 반합성유는 광유와 합성유를 섞은 것을 말한다.
합성유는 광유보다 수명이 길고 시동성이 좋으며 연비향상에 도움이 된다.
또 고온에서 열 분산이 잘되어 오일의 고유특성을 오래 유지하지만 광유보다 값이 3∼4배나 비싸다.
합성유가 새차에 좋지 않다는 말은 근거가 없는 것으로 포르쉐, 페라리 등 고성능차는 출고 때부터 합성유를 넣고있다.

합성유는 일반 광유계 오일에 비해 아래와 같은 장점을 가집니다

1. 우수한 열 안정성: 높은 온도와 높은 압력에서 윤활성능을 유지하여 엔진을 보호
2. 우수한 고온 성능: 엔진 내부의 높은 온도에서 점도 및 품질을 유지
3. 우수한 저온 시동 성능: 저온에서도 높은 유동성을 가져 저온 시동성능 향상
4. 겨울철 시동 시 우수한 윤활성 및 흐름성 발휘, 엔진 내부저항을 감소
5. 고온 전단력 우수: 여름의 고 하중 운전, 터보차져를 사용할 때에도 유막이 파괴되지 않
6. 낮은 휘발성: 오일이 쉽게 증발하거나 소모되지 않음
7. 슬러지의 생성 방지: 엔진 윤활에 방해를 주고 오일 부식을 촉진시키는 슬러지 형성을 방지하는 성능 우수

초고점도지수 윤활기유

초고점도지수(Very High Viscosity Index:VHVI) 윤활기유란 용어는 광유계 기유로부터 유도된 점도지수가 120~150사이의 기유를 정의하는 데 사용된다. 이 기유는 수소화 분해된 기유들이다.
Shell사와 BP사는 각각 이들의 독특한 제품들을 정의하기 위하여 XHVI(Extra High Viscosity Index)와 LHC(Lavera Hydrocracked)라는 등록상표를 사용한다. 저점도 모터오일은 SAE 10W/X 혹은 5W/X 다급 점도유이다.

합성윤활유는 기술적인 장점들은 부정하기 어려운 시비의 여지가 없다
그러나 광유계 윤활유는 오늘날 보편적인 통상의 사용에서 가장 값싼 윤활제이며 고품질의 합성윤활유의 개선된 성능
장점을 취할 경우 많은 비용을 지출해야 한다는 것을 소비자들에게 인식시키고 설득해야 한다.
1980년도까지 광유계 윤활유와 값비싼 합성유 혹은 부분 합성유 사이의 선택이 필수적인 것이었다.
예를 들면 소매시장에서 전합성 모터오일인 Mobil 1은 고품질의 광유계 제품의 가격보다 거의 2배로 판매되며
Castr -ol RS 5W50 전 합성유는 3배의 가격으로 판매되고 있다.
근년에 120~150의 점도지수 그리고 톤당 가격을 매우 안정한 광유계 기유의 유용성에 결과하여 유럽에서
정제공정으로서 수첨분해공정의 개발과 사용을 확인해 볼 수 있다. 이 광유계 기유를 사용한 윤활유는
현재 자동차 시장과 산업적인 응용분야에서 폴리알파올레핀(PAO)와 에스테르계와 같은 합성윤활유들과 경쟁하고 있다.
유럽에서는 특히 독일에서는 도로에서의 고속주행과 터보차지가 보편화되어 있는 환경에서 도로에서의 속도제한이 없다. 윤활유 용기는 작고 충진유의 온도는 상승하기 마련이다. 이런 상황에서 윤활제에서의 효과는 승용차엔진에서의
터보차지의 개발 역사에 의해 질서 정연하게 잘 설명된다. 터보차지 가동온도는 매우 높으며 안정된 상태
가동온도는 160~260℃에 이를 수 있다. 만약 자동차가 지속적인 고속 주행 후 멈춘다면 몇몇 장치들에서의 온도는
지속적으로 급격히 상승할 수 있으며 (열적 충격) 이러한 조건 상태는 장치들의 매우 심한 코킹 현상을 일으킬수 있고
그 결과로서 경우에 따라서는 문제가 발생될수 있다. 최근에 개발된 터보차지의 설계들이 이러한 문제점들을 보완하고
있다고는 하지만 아직까지 대부분의 차량은 문제성 있는 장치를 포함하고 있다.
덧붙여서 저점도유의 사용은 유럽의 도로에서 고속주행의 상황에서 오일의 자연적인 휘발성에 기인한 높은
오일 소비를 초래했다. 최근이 API SG나 SH 고급오일은 이들 불리한 조건에서의 일련의 여러 가지 문제점들을
낳을 수 있었다. 이들 현대적 터보차지 엔진들이 연비 향상 윤활제에 의해 효과적으로 가동된다면
윤활제 개선 개발이 필요하였을 것으로 관찰된다.
현 시점에서 고온에서 잘 휘발하지 않고 산화안정성이 좋은 저점도 윤활유가 필요하다.
폭스바겐은 이러한 필요성을 인식한 첫 번째 자동차 매이커였으며 이러한 결과로 서 폭스바겐 자동차용 모터오일은
dIN 51581 NOACK TEST에 의해 시험되어야 함을 요구하고 있다. 이 시험은 250℃의 온도에서 1시간 동안 시험대상
오일의 휘발성을 관찰하는 것을 목적으로 하고 있다.
폭스바겐은 저점도유에 대해서 시험후 15%미만의 무게 퍼센트 손실을 요구하고 있다. (최근에는 13%로 낮추었지만) 1983년 CCMC는 CCMC고급 G-3 윤활유 규격에 대해 15% 한계를 채택하였다. 그리고 결과로 최상급의 모터오일에 대한 일반적으로 채택된 표준이 유럽에서 확립되었다. (CCMC는 최근의 VW한계치 13%를 아직까지 수용하지 않고 있다.)
CCMC G-3규격은 단지 저점도 엔진오일들만을 포함하고 있다. 15W/X와 그 이상의 점도의 오일은 전통적인 고점도지수의
광유계 윤활기유로써 제조하기 어렵지 않다.
그러나 G-3(VW인정) 엔진오일들은 특별한 배합 제조가 필요하다.
CCMC G-3품질의 윤활제를 제조하기 위한 여러 가지 배합방벙의 접근이 시도되었다.
PAO 혹은 PAO/Ester 혼합계 전 합성윤활유와 전통적인 파라핀계 기유를 혼합한 부분 합성윤활유들이 성공적이었으며
오늘날 보편적으로 사용되고 있다.
프랑스 엘프(Elf)사의 SuperSynth, Esso사의 Ultra와 Castrol사의 TXT등이 부분 합성유의 예들이다.
반면 가장 잘 알려진 전 합성윤활유는 Mobil 1과 Castrol RS이다.
점도지수 100의 130 SN은 윤활기유의 조심스런 선택과 같은 다른 접근이 있었지만 성공적으로 입증되지 못하고
일반적으로 철회, 취소되었다. 마지막 접근 시도는 130~150점도지수를 갖는 VHVI 기유와 전통적인 기존의 VI 100 의
윤활기유의 사용이다. 몇 가지 VHVI 윤활기유들은 스스로 NOACK TEST 요구를 필연적으로 만족치 못한다는 것을
알수있으나 이들은 훌륭한 NOACK TEST 결과를 보일 수 있는 고점도(350 이나 500SN) 윤활기유와
저점도(6cSt 혹은 4cSt) VHVI 윤활기유를 혼합할 수 있기에 충분히 좋은 결과를 보이고 있다.
윤활기유의 용해도는 첨가제의 용해는 광유계 기유와 함께 사용하도록 보편적으로 설계되어 있기 때문에
그리고 좋은 용해력의 기유가 기유혼합물에서 청정 분산 첨가제의 효과에 크게 기여한다고 잘 알려져 있기 때문에
중요하다. 이점에서 더욱 더 정제된 VHVI 기유와 PAO는 곤란할 수 있다.
VHVI 기유로 제조되어 시판되고 있는 고급오일의 예들로는 Shell 사의 'TMO'와 BP사의 'Visco Coranda'이다.
VHVI 기유의 발전은 용매 추출 단계 대신에 정제공정으로서 수소화 분해공정의 개발 결과이다.
수소화 분해공정은 11~130의 점도지수, 훌륭한 휘발특성 그리고 이례적인 산화안정성을 갖는 기유를 생산하며
슬랙 왁스분은 역시 원료기유로서 다시 재회전되어 사용될 수 있으며 145~150의 더 높은 점도지수를 낳기의해
수첨 이성질화된다.
캘리포니아 주 Richmond에 있는 Chevron사의 신규 정제 공장에서 수첨분해 윤활기유가 생산되는데 단지 102 VI를 나타낸다. 윤활기유를 산화촉진제(촉매)와 산화방지제의 혼합물에 섞어서 350℃로 가열하여 산소 흡수력 상승을 시간의 함수로써 측정하는 Chevron 특유의 산화안정도 시험방법에 의한 시험결과를 나타내고 있다. 이 결과와 동일한 산화 저항성이 터빈유 산화안정도 시험(TOST)에서도 나타났다. 전형적인 기존의 고품질 광유계 기유에 대해서 2,000~3,000 시간의 수명에 대하여 수첨분해된 기유의 전형적인 시간은 4,000 시간 이상이다.
CCMC G-3 규격과 폭스바겐사의 VW-500 규격에 대한 요구 만족에서 VHVI 수첨분해 기유를 전형적 PAO/Ester 합성유와 부분합성 모터오일과 경쟁할 수 있게 하는 것은 훌륭한 산화안정도와 고온 휘발성에 대한 저항이다.

[레인보우!]

좋은 내용 많이 배우고 갑니다. 즐거운 시간되세요........

[로보코]

연구기관에 계신분이군요 정확한 설명입니다