엔진 오일의 역할



자동차의 엔진을 가장 효율적으로 작동시킬 수 있는 요인은 윤활유의 성능을 충분히 발휘할 수 있도록 엔진을 설계하고 제작하는 것이다.





내연기관에서 엔진오일이 수행해야 할 세부적인 역할을 요약해 보기로 하겠다.




(1) 초기 시동성 최적화

자동차에서 초기 시동성에 대한 최상의 작동조건은 배터리, 점화장치, 연료의 휘발성 및 공연비에 의하여 결정될 뿐만 아니라 엔진오일의 초기 유동성, 즉 점도(viscosity)에 따라 크게 좌우된다.



초기 시동온도에서 엔진오일의 점도가 너무 높은 경우는 엔진내의 상대 접촉 운동부에 부하가 걸리게 되어 신속한 시동이 걸리지 않는다. 엔진오일의 온도가 낮아지게 되면 모든 오일의 점도가 높아지게 되므로 겨울철에 사용되는 오일은 엔진의 적절한 회전 속도를 낼 수 있도록 충분히 낮은 점도를 가져야 하며, 마멸 발생을 방지하기 위해 신속히 베어링으로 공급될 수 있을 정도로 충분한 초기 유동성을 가져야 한다. 또한 엔진이 정상적인 운전온도에 이르렀을 때 충분한 유막을 형성할 수 있을 정도의 높은 점도를 가지고 있어야 한다.



엔진오일의 점도란 액체가 흐를 때 그에 저항하여 흐르지 않으려고 하는 힘, 즉 그 액체가 가지고 있는 유체 고유의 내부 마찰력을 측정한 수치이다. 이러한 마찰 저항력으로 인하여 엔진 시동 시에 큰 부하가 걸리게 되므로 우수한 시동성의 적절한 순환성 및 고온에서의 보호성능이 우수한 점도 특성을 지닌 엔진오일을 사용하는 것은 매우 중요하다.







(2) 마찰감소

윤활유 공급이 원활한 완전 유체윤활 상태에서는 윤활박막에 의하여 두 개의 금속 간에는 미끄럼 마찰접촉이 분리되므로 엔진 내 각 부품간의 금속 간 마찰접촉은 일어나지 않는다. 부품간의 상대 접촉운동은 윤활유 자체의 유체저항을 극복할 수 있을 정도로 상대운동에 드는 힘이 커지게 된다. 그러나 오일은 유막의 파단을 방지하기 위하여 점도가 높아야 하지만, 윤활유의 필요기능이 다양하므로 필요 이상으로 높아서는 안 된다. 자동차 메이커에서는 대기온도를 감안하여 SAE 점도등급에 따라 적당한 점도등급을 사용하도록 추천한다. 이러한 추천은 정상적인 운전조건에서 윤활유가 적정한 수준의 점도를 갖도록 해주는 것이다. 오일이 오염되면 오일의 점도는 변하게 된다. 점도가 상승되든지 아니면 저하되든지 간에 어떠한 경우에도 엔진에는 좋지 못한 결과를 가져오게 된다. 그러므로 엔진오일의 오염수준이 최저가 되도록 관리하는 것이 중요하며, 이러한 최상의 윤활관리를 위하여 적정한주기로 오일을 교환해주는 것이 가장 좋은 방법이다.



(3) 윤활 및 마멸 방지

엔진이 작동하면 엔진오일은 각 부품의 마멸과 고착현상을 일으킬 수 있는 금속간의 접촉을 방지하기 위하여 상대 접촉운동금속표면에 충분히 윤활하도록 엔진 내를 순환하여야 한다. 메탈 베어링과 실린더 벽에 부착된 오일의 박막은 오일의 공급량과 부품의 움직임 또는 압력에 대단히 민감하므로 적절한 유동성을 가진 오일이 공급되어야 한다. 오일이 일단 미끄럼 마찰운동 부위에 도달하면 오일은 윤활작용을 하게 되고, 또한 유막 형성으로 작동되는 마찰표면에 대한마멸을 방지하는 기능을 하게 된다. 엔진 내에는 많은 부품이 있으므로 오일은 두 표면간의 완벽하고 파단 되지 않는 강인한 유막을 형성하여야 함은 물론 윤활유의 증발이나 소모에 의한 부족량을 계속적으로 보충해 야 한다.







(4) 엔진의 청정성 유지

고품질의 엔진 오일을 개발하는데 있어서 기본적인 목표는 엔진 각 부품의 청정성을 유지해야 하고, 엔진의 정상적인 운전을 방해하는 슬러지와 바니쉬상의 퇴적물 생성억제에 유의해야 한다. 엔진에서 슬러지의형성은 일반적으로 엔진의 운전온도가 낮다는데 문제가 있다. 엔진내의 슬러지 퇴적물은 응축된 수분, 먼지, 열화된 오일에서 생성된 물질, 그리고 불완전 연소 생성물이 혼합되어 발생된다. 슬러지를 형성하는 물질은 대부분 오일필터로 제거할 수 없을 정도로 아주 미세한 물질들이다. 또한 이러한 물질은 엔진부품에 부착된 유막의 두께보다도 훨씬 작아서 작은 상태로 부착되어 있다던지 아니면 오일 중에 잘 분산되어 있는 한 엔진의 마찰부에는 마멸 등의 손상을 입히지는 않는다. 하지만 오일을 사용하는 중에 이러한 물질의 양이 증가되며 이들 물질들이 서로 결합하여 더욱 큰 입자로 되면서 오일의 유동성에 지장을 주게 되면서 오일 공급상의 문제점을 발생하게 된다. 슬러지의 형성은 엔진의 운전속도가 낮을 경우 크랭크 케이스에 응축된 수분에 의해 더욱 악화된다. 크랭크 케이스내의 엔진오일이 퇴적하게 되는 슬러지를 형성하게 되는 물질의 정도는 몇 가지 운전 조건의 요인에 관련이 있다. 시동시에 초크가 고정되어 연료와 공기의 혼합기 농후, 에어클리너의 오염, 점화 불량 요인이 작용할 경우에 슬러지가 퇴적되는 정도가 증가하게 된다. 첨가제가 전혀 공급되지 않은 기유는 엔진 내에서 이러한 오염물질로 인하여 다량의 슬러지를 형성하거나 응집되는 것을 억제 할수 있는 능력의 거의 없으므로 첨가제인 청정 분산제를 사용하여 오염관리를 한다. 청정 분산제는 엔진의 주요 부품들을 깨끗하게 유지하여 주고 오일에 혼입된 오염물질들을 작은 입자의 형태로 오일 중에 분산시켜서 정기적인 오일 교환 시기에 제거될 수 있도록 해야 하므로 오일의 유동성 향상에 기여 한다.



(5) 녹과 부식방지

연료가 연소실에서 완벽하게 연소되면, 이산화탄소(CO2)와 물(H2O)을 생성한다. 그러나 실제의 경우 엔진에서 연료가 모두연소하기란 어려우며, 일부 불완전 연소된 가솔린이나 디젤은 연소 중에 복잡한 화학적 변화를 일으키게 되고, 어떤 경우에는 미립자(soot)와 카본 퇴적물을 생성하게 된다. 이렇게 발생된 카본의 일부는 연소된 연료의 일부와 함께 배기장치의 머플러를 빠져나가 검은 매연이나 심한 악취를 내게 된다. 특히 연료와 공기의 혼합기 농도가 너무 짙거나 연소실에서 점화되지 않는 일이 발생할 경우에도 배출가스가 발생하기 쉽다. 일부 미립자와 불완전 연소된 연료가피스톤 링을 거쳐 크랭크 케이스로 유입될 경우에는 수분과 혼합되어 슬러지를 비롯한 엔진내의 주요 부품에는 바니쉬(vanish)상의 퇴적물을 형성하게 된다. 슬러지가 발생하게 되면 오일 통로를 막아 오일의 흐름이 감소하게 되며, 바니쉬는 적절한 유막을 두고 결합되어 움직이는 부품사이에 끼어들어 오일의 순환을 방해하게 되므로 엔진 부품을 고착시킴 으로서 기능 장애를 유발해 결국에는 엔진 각 부품의 조기 손상을 일으키게 된다.










(6) 연소실내의 퇴적물 발생 최소화

감소피스톤 링과 실린더 벽면에 윤활유가 원활하게 공급되어 윤활 역할을 수행하기 위해서 크랭크 케이스내의 오일은 피스톤의 탑링(top ring) 부위까지 도달하여야 한다. 그러면 탑링과 연소실 벽면에 공급된 엔진오일은 마찰열과 연소열의 불꽃에 노출되면서 결국 그 일부는 연소되어 없어지게 된다. 최신의 오일 정제 기술로 생산된 윤활유는 이러한 조건하에서 깨끗이 타서 없어지거나 카본을 약간 혹은 전혀 남기지 않는 오일을 생산해 낸다. 엔진오일에 사용된 청정 분산제는 피스톤 링 홈(groove)에서 링이 자유롭게 움직일 수 있도록 해줌으로서 압축압력을 균일하게 유지해 주고, 연소실에 달하는 오일의 양을 최소한으로 줄여준다. 오일의 자연 소모량을 줄여줄 뿐만 아니라 연소실 내의 퇴적물을 최소한으로 줄여주는 더욱 중요한 역할을 하는 것이다. 연소실 내에서 발생되는 과도한 퇴적물은 엔진운전에 지장을 준다. 스파크 플러그에 생긴 퇴적물은 점화 플러그의 수명을 단축시키고, 착화에 문제점을 제기하게 된다. 이것이 누적되게 되면 노킹(knocking) 및 소음과 기타 불규칙 연소를 발생시켜 엔진의 효율과 경제성을 떨어뜨리게 된다. 이러한 퇴적물은 열을 막아주는 장벽처럼 작용하므로 피스톤, 링, 점화 플러그 및 밸브가 적당한 온도로 냉각되지를 못한다. 따라서 엔진각 부위에 손상이나 파손을 일으키게 되어 조기 오버홀(overhaul)이 필요하게 된다. 연소실에 퇴적물 발생이 과도하지 않도록 하기 위해서는 엔진오일은 다음 두 가지를 필요로 한다. 즉, 오일은 링을 자유롭게 운동하도록 연소실에 들어가는 오일의 양이최소가 되도록 하고, 연소실내에 유입된 오일은 가능한 한 깨끗이 타서 없어져야 한다.



(7) 마찰 운동부의 냉각

엔진의 냉각은 물자켓(water jacket) 엔진의 냉각계통을 순환하는 물과 부동액의 혼합액인 냉각수에 의해서 이루어지는 것으로 알고 있다. 그러나 냉각계통의 혼합액은 전체의 약 60% 정도를 냉각시키고, 즉, 엔진의 실린더 헤드, 실린더 벽 및 밸브 등만이 냉각되는 것이다. 그러나 크랭크축(cran-kshaft), 메인 히어링(main hearing), 커넥팅 로드 베어링(connecting rod bearing), 캠축(camshaft)과 그 베어링 및 피스톤(pis-ton)을 비롯한 엔진의 아래 부분에 위치한 많은 부품들은 대부분 엔진오일에 의해 냉각된다. 이러한 엔진의 주요 부품들은 절대로 넘어서는 안 될 절대온도 한계치를 가지고 있다. 몇몇 부품은 상당히 높은 온도까지도 운전이 가능하나 메인 베어링이나 커넥팅로드 베어링과 같은 부품은 마찰열에 기인한 열손상을 방지하기 위하여 비교적 냉각된 상태로 운전되어야 하나, 지나치게 낮으면 연소효율이 떨어져 유해 배기가스 발생의 문제점이 있으므로 적정온도 유지가 대단히 중요하다. 이러한 부품은 열을 방출하여 그 열을 외부의 공기로 오일이 냉각되는 크랭크 케이스로 보내기 위하여 충분한 양의 냉각된 오일이 공급되어야 한다. 크랭크 케이스 내에서 순환하는 오일에 의한 계속적인 냉각은 베어링의 과열을 방지해 주는데 대단히 중요하다. 이러한 냉각효과를 계속적으로 유지해 주기 위해서는 적정량의 엔진오일을 계속적으로 베어링과 기타 각 엔진 부품에 공급되어야 한다. 만약엔진의 어떤 부분에 오일의 공급이 중단된다면 이 부분은 마찰과 연소열의 증가로 순식간에 가열된다. 베어링의 윤활유 부족으로 인한 손상은 주로 베어링의 재질로 사용된 금속이 실제로 녹아버리기에 충분한 정도로 온도가 급상승하면서 베어링에는 마찰열에 의한 소부현상(seizure)이 발생하게 된다. 비록 소량의 오일이 어떤 부위를 윤활하기 위하여 일정순간에 공급한다고 할지라도 오일펌프는 이를 위하여 끊임없이 분당 수 리터씩의 오일을 순환시키고 있다. 오일에 함유된 첨가제와 오일자체의 물리적 성질은적정한 냉각 효과를 내는 데는 극히 작은 역할밖에는 하지 못한다. 중요한 것은 엔진의 고열 부위를 비롯한 엔진 각 부분에 오일을 계속적으로 순환시키는 것이다. 이것은 큰 용량의 오일펌프와 각 부위에 적정량의 오일을 공급할 수 있는 오일분배 장치가 있어야만 가능하다. 하지만 오일 분배장치의 오일통로가 만약에 퇴적물 등의 오염물질에 의하여 부분적 또는 완전히 막혀 버린다면 제 역할을 수행할 수 없게 된다. 이러한 일이 발생하게 되면 오일은 엔진을 순환하거나 냉각을 시킬 수 없게 되고, 엔진은 손상을 받게 된다. 그러므로 오염수준이 너무 높아지기 이전에 엔진오일을 교환해야 한다. 엔진오일이 적절한 냉각성을 유지하기위해서는 크랭크 케이스의 오일의 수준이오일 레벨 게이지의 최소 오일량 이상에 위치해 있어야 한다.

tnt동호회에서 펌..