[정보]엔진오일에 대하여  

Hitel 신정윤  (sf91) 님의 글입니다.

엔진오일은 먼저 크게 3가지 타입이있습니다.
1. Synthetic (합성유)
2. Semi-Synthetic (부분합성유)
3. Mineral (광유계)
이렇게 구분이 되며 제조 공정을 설명드릴께요..

1.Mineral (광유계)
뭐 이라크나..사우디에서  원유를 들여옵니다. 이넘을 증류탑에 넣어서 LPG , 가솔린 ,등유 ,경유 ,중유 ,Base Oil , 아스팔트 ,피치  등의 순으로 분리되는것은 고등학교때 대충 배우셧죠?
여기서 이 Base Oil 이라는 원유에  각종  첨가제를 섞어서(블랜딩) 만드는것이 광유계 엔진오일입니다.
일단 원유는 오랜시간동안 퇴적물이 썩어서 만들어지는것은 아시지요?
그래서 원천적으로 불순물이 존재합니다.

이 불순물때문에 광유계엔진오일은 사용중에 불순물이 타버려서 쌔카맣게 되버리고, 성질이 쉽게 변합니다.
이런것을 방지하고자 엔진오일 첨가제에는 점도지수향상제 라는것이 들어가는데요..이게 얼마나 들어가냐...따라서 흔히말하는  점도지수  (5W30 ,5W40..)등이 달라집니다.

이 광유계 엔진오일을 이루는 Base Oil 을 한번더 정제하고, 점도지수를 강화한것이 VHVI 기유  라고합니다..
따라서 광유계라도 이렇게 VHVI기유를 사용한것은 좀더 가격이 비싸죠.

2. Synthetic (합성유)
일단 엔진오일은 탄소구성입니다.여기서 불순물이 연결되면 탄소결합이 쉽게 끊어져서 성능이 저하되는거구요..합성유는 원래 개발단계부터 이러한 탄소결합을 유기적으로 연결하게 설계가 됩니다.
원래는 2차대전중 자원문제로 개발이 되었구요.우주개발을 위해서 (우주선에도 윤활유 들어가죠? 그런데 우주는 원래 급격한 기온변화가있어서 광유계는 못버팁니다.)연구한것이 자동차쪽으로 내려온거죠.

원유를 정제하면서 LPG가 먼저 나온다고 말씀드렸죠?
이부근에서 고순도의 에틸렌이 추출됩니다.이것을 모아서 (불순물이 없습니다. 기체상태에서 수집하기에..)탄소결합을 재구성합니다.
그것이 합성유의 Base Oil 이 되고 마찬가지로 각종 첨가제가 들어갑니다.
워낙에 기유의 성능이 좋아서 극단적인 점도구성 (0W 게열 )도 가능하고요..
성능의 차이는 너무큽니다.

간단하게 비교해서 동일한 5W 점도를 가진 광유와 합성유에서보면 광유는 대략 -35도에서 얼고, 합성유는 대략 -54도에서 업니다.
앞의 W는 겨울철 외부기온에 대한 추천 점도로 판단하거든요..
워낙에 추출되는 공정이 까다롭고 양도 작아서 무지 비쌉니다.

이것이 원래 합성유의 개념이지요.
합성유의 기유도 다양한데 PAO (폴리알파올레핀) 계열 , 에스테르 계열 , 등등이 있습니다.
각 합성기유의 장단점이 있습니다만 최근에는 PAO 타입의 기술이 진보되었죠.

3.Semi-Synthetic (부분합성유)
부분합성유는 시장 가격적인 이유로 탄생합니다.
성능만 추구하여 합성유를 만들자니 워낙 비싸고, 광유를 싸게 쓰자니 성능이 떨어지고.. 이런이유로 부분합성유가 등장하는데요.
간단합니다. 위의 합성기유 (Base Oil) + 광유계 Base Oil + 첨가제입니다. 이 부분합성유들은 합성기유의 종류 및 함유량에 따라 성능및 가격이 천차만별이지요. 성능은 합성유를 따라올수 없습니다.

4. 합성유의 정의
합성유는 위에서 설명을 해드렸는데요..
어느 순간부터인가 , 합성유는 붙이면 되는 이름이 되었습니다.
위의 광유계 엔진오일 설명할때 등장하였던 VHVI 기유를 사용한 제품도 합성유라고 이름을 붙일수 있도록 되었지요.
그래서 합성유라는 개념은 정확하게 판단하기가 힘들게 되었습니다.
소비자가 공부를 해서 알아야 할정도로 제품이 많죠 ^^;

5. 부록
어느오일이 좋은오일인가?
5W30 이 좋아요 ? 10W30 이 좋아요 ? 에서 '좋다' 라는 의미가 품질을 의미한다면 , API Grade 를 보면 됩니다.
우리나라는 미국석유협회의 품질등급인 API를 따라갑니다.
가솔린 오일은 SA 부터 시작해서 알파벳순으로 SL 까지있습니다.
API SL 은 작년에 제정된 최신규격입니다. 주로 환경및 연비절감이 더욱 강화되었죠. 디젤은 API CG-4 가 최신이지요..
만약에 소음이 주는것을 절대비교한다면 5W30 보다 10W30 이 조용할수 있습니다.
절대 오일성능을 의미한다면 합성유 > 부분합성유 > 광유 순이고 점도에 의한 성능 비교는 무의미 합니다 ^^;
내차가 10W30을 쓰라는데 5W30을 써도 되냐? 라는 질문은 성능에서 본다면 쓰려고 하는 5W30 제품이 API 어떤 품질인가를 먼저보고, 말을 해야하고 , 점도에 의한 분류에서는 5W30 이 기후조건이 10W30을 포괄하므로 써도됩니다.

복잡하나요? 간단하게..아무거나 써도됩니다 ^^;
이런것이 궁금하시면 오일회사에 전화해 보시면 한번에 궁금한게 풀릴수 있습니다.

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Hitel 원형민 님의 글입니다.

정윤님의 합성유 이야기에 덧붙여 저도 좀 써보지요.  합성유는 정윤님 말씀대로 2차 세계대전때 독일에서 개발이 시작되었습니다.  2차 세계대전때 연합군이 독일 고립정책을 썼기 때문에 독일의 원유 수급사정이 극히 나빠서 대체 윤활유로 개발 한 것이 합성유입니다.
당시 독일 고립정책으로 독일에서 나온 제품중에 또 하나가 합성세제입니다...
합성유는 오일을 사용하지 않고 탄화수소를 합성해서 오일 비슷한 물질을 만듭니다.  일반적인 원유에서 추출한 오일로는 존재하지 않는 물질이지요.
반면 광유는 원유에서 추출합니다.  정윤님 말씀대로 불순물이 들어가 있습니다.
불순물중에는 "원치 않는 점도의 윤활유"라던가 "원치 않는 성분의 윤활유"도 있습니다.  이런 경우는 성분이 매우 유사하기 때문에 걸러내기가 거의 불가능하죠.
엔진오일에 요구되는 2가지 중요 성능은 점도와 내산화성입니다.  합성유는 특히 내산화성에서 탁월한 성능을 보여줍니다.  즉 장기적으로 고온에서 사용해도 산화에 의해 변질되는 속도가 느리다는 것이죠.
합성유중에서 우주산업에 사용되는 합성유는 값이 좀(?) 비쌉니다.  같은 무게의 은(銀)보다 비싸다고 하네요.  이런 합성유는 자동차 엔진속에 4리터씩 쏟아붓기에 무리가 있습니다.  자동차 엔진오일로 쓰는 합성유는 좀 등급이 떨어지는 합성유 입니다.  그래서 실제 광유에 비해 그 성능차이는 아주 뚜렷하지는 않습니다.

일단 합성유는 광유보다 수명이 깁니다.  또는 같은 수명을 버틸 것이라면 좀 더 높은 온도에서 사용될 수 있습니다.  엔진 작동온도가 높은 과급엔진(터보차저 또는 수퍼차저붙이 엔진)에는 합성유가 좋습니다.

오일을 구입하실 때 이상하게 많이 따지는 것중에 하나가 점도입니다.  5W-30이니 10W-40이니 하는 것이죠. 그런데, 점도는 별로 어렵지 않게 조절할 수 있습니다.

점도와 헷갈리기 쉬운 용어가 점도 지수(Viscosity Index, VI)입니다.  점도는 직접적인 점도(각 온도별로 측정한)이고, 점도 지수는 "이 오일이 온도에 따라 얼마나 점도가 심하게 변하는가"를 나타내는 성질입니다.
점도지수가 높을수록 오일은 저온과 고온에서 점도 변화가 덜해서 바람직한 성질을 갖게 됩니다.

점도 지수가 극적으로 높은 오일로는 실리콘 오일(silicone oil)이 있습니다.
주로 댐핑(damping)용으로 사용되어 카세트 데크의 뚜껑이 경박하게 팅~ 열리지 않고 부드럽게 스윽 열리도록 한다던가, 각종 오디오 기기의 조정 손잡이가 경박하게 돌지 않고 부드럽게 약간의 매끈한 저항을 가지면서 돌아가도록 하는 용도로 많이 사용됩니다.

저온에서도, 고온에서도 점도 변화가 적기 때문에 한겨울에 조작하는 것이나한여름에 조작하는 것이나 거의 같은 감각을 느낄 수 있거든요.  그런데 실리콘 오일은 결정적으로 금속 표면에 대한 친화력이 나쁘기 때문에 금속장치를 윤활하는 용도로는 매우 부적합합니다.

광유의 점도 지수는 썩 좋은 편은 아닙니다.  저온에서 경화되는 성질이 강하기 때문입니다.  그래서 광유를 5W-30정도의 엔진오일로 만들기 위해서는 점도지수 향상제를 첨가합니다.  점도지수 향상제는 분자가 긴 액상 폴리머로서 오일중에 섞여서 고온에서 점도가 떨어지는 것을 억제합니다.

그런데, 점도지수 향상제는 사용중에 폴리머의 분자가 끊어지기 때문에 장기적으로 엔진오일의 점도지수가 하강됩니다.  피할 수 없는 일입니다.  그런데, 사실 엔진오일에서 그렇게 점도에 연연할 필요는 없다고 생각합니다.

엔진의 윤활은 크게 2가지 방식으로 진행됩니다.  유체역학적 윤활(hydrodynamic lubrication)과 경계 윤활(boundry lubrication)입니다.  유체역학적 윤활은 양마찰면이 충분한 상대속도를 갖고 있을 때 발생합니다.  물기가 묻어있는 목욕탕 바닥에 뛰어들어갈 때, 발바닥과 목욕탕 바닥 사이에는 큰 속도 차이가 있고, 이때 유체역학적 윤활이 발생합니다.

목욕탕에서 미끄러져보신 분은 경험하셨겠지만, 유체역학적 윤활은 일단 발생하면 마찰계수가 극히 낮아집니다.  마찰계수는 사용되는 윤활유의 점도에만 좌우됩니다.  물은 점도가 낮기 때문에 마찰계수도 낮지요.

엔진에서 유체역학적 윤활은 메인 베어링과 커넥팅 로드에서 이뤄집니다.  이 두가지 주 회전요소는 항상 일정한 방향으로 회전하며, 회전 속도도 급격히 떨어진다던가 하지 않습니다.  유체역학적 윤활에는 매우 유리한 조건입니다.

오래 사용한 엔진이라고 하더라도 메인 베어링과 커넥팅 로드 베어링이 마모되어 못쓰게 되는 경우는 드문데, 유체역학적 윤활에 의해 거의 완벽하게 마모가 방지되기 때문입니다.

그 외의 마찰부분, 특히 실린더와 피스톤 링쪽은 경계 윤활(boundry lubrication) 에 의해 윤활됩니다.  유체역학적 윤활과 비윤활의 경계영역이라고 하여 경계윤활 이라는 이름이 붙었습니다.

경계윤활에서는 금속 표면에 흡착된 얇은 윤활막에 의해 금속 표면의 미세한 요철들이 서로 눌러붙지 않도록 방지합니다.  이 윤활막은 윤활유의 성분이 금속 표면의 분자와 반응한 반응 생성물입니다.  또는 원자간 인력에 의해 들러붙은 미세한 박막일 경우도 있습니다.

경계윤활의 마찰계수는 유체역학적 윤활에 비해 높습니다.  마모량도 많고요. 하지만 유체역학적 윤활의 혜택을 입을 만큼 상대속도가 높지 않은 마찰면에서는 경계윤활외에는 대책이 없습니다.

예를 들어 피스톤 링과 실린더간의 마찰을 보면 상사점에서는 피스톤이 일시적으로 속력이 0이 되는 순간이 있습니다.  이때 유체역학적 윤활은 발생할 수 없고, 경계윤활밖에는 없습니다.

비슷한 부분이 벨브의 태핏 부분에도 있습니다.  작동압력이 높은데 반해 작동 거리가 짧기 때문에 유체역학적 윤활은 발생하지 않습니다.  반면 벨브 캠샤프트의 캠은 항상 똑같은 방향으로 회전하고, 속력이 일정수준 이상을 항상 유지하고 있으므로 유체역학적 윤활이 이뤄집니다.

피스톤 링의 경우 상사점에서 마찰 속력이 급감하므로 윤활효과도 떨어지는 한편, 상사점에서는 연소에 의한 고압력을 고스란히 받기 때문에 가장 마모량이 많은 부분이 됩니다.  그래서 낡은 엔진을 뜯어보면 실린더가 고르게 닳아있지 않고 상사점에서 피스톤 링이 멈추는 그 지점의 마모량이 가장 심하게 나옵니다.

경계 윤활의 경우 오일이 금속과 얼마나 친하냐가 중요합니다.  앞서 이야기한 실리콘 오일은 이 방면에서 빵점입니다.

경계 윤활성능을 향상시키는 방법으로 금속 표면과 친화력을 향상시키는 물질을 첨가하는 경우가 있습니다.  금속과의 반응성이 활발한 황화물 계열의 첨가제를 첨가하면 금속 표면에 금속 황화물의 피막을 형성하는데, 이 피막은 마찰에 의해 손실될 때 마찰계수가 매우 낮습니다.  윤활효과가 좋지요.

하지만 황화물을 너무 많이 첨가하면 금속 표면이 너무 활발하게 반응합니다. 말이 좋아 반응이지, 다른 용어로 설명하자면 "부식"되는 것입니다.  대표적인 예가 수동변속기용 GL-5 오일입니다.  GL-5오일은 반응성이 매우 좋기 때문에 GL-5용 오일에 견딜 수 있는 재질을 사용하지 않은 수동변속기에 넣으면 재질의 부식이 가속됩니다.

그래서 GL-4 등급까지만 사용하도록 된 수동변속기에 GL-5 등급 오일을 사용하면 안 됩니다.  많은 차량 사용설명서에 아예 이 내용이 명기되어 있습니다. GL-5 등급 오일은 사용하지 마십시오 라고요.

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Hitel. 김병일 (chicky) 님의 글입니다.

1. 기유와 윤활유

일단 이 용어는 알아 두시는 것이 좋겠습니다.
대부분의 일반인들이 윤활유와 윤활 기유 라는 말을 구별하시지 못합니다.
(사실 구별 하실 필요가 없기 때문에... ^^;)
기유(Base Oil)란 말 그대로 윤활 작용만을 하는 유체를 말하죠. 원료입니다.
김치 볶음밥의 원료는 '밥'이 주 원료이듯 윤활유의 가장 중요한 원료가 됩니다.
윤활유는 이 기유에다가 부가적인 성능을 개선, 추가 하기 위한 첨가제(Additives)를 섞어서(Blending) 만들게 됩니다.

즉, 윤활유(엔진오일 등) = 윤활 기유(80% 이상) + 첨가제(20% 미만)

여기서 쉽게 아실 수 있는 것은 윤활유의 전체 성능은 '윤활 기유'에 의해 좌우된다는 사실입니다. 첨가제를 통한 성능의 개선은 한계가 있습니다.

2. 기유의 종류 - 광유계와 합성계 기유

광유계 기유는 원유로부터 분리, 정제에 의해 제조 됩니다.
우리가 아는 SK등의 정유회사의 주 생산품은 가솔린을 비롯한 각종 연료인데,원유의 구성 성분상 필수적으로 윤활유 원료가 부산물로 나오게 됩니다.
정유회사에서는 그 성분을 자체적으로 분리, 정제하여 윤활 기유를 제조하여 판매하거나 그 시설이 있는 다른 정유회사로 판매를 하게 되지요.

그렇다면 광유계 기유의 특징은 무엇일까요?
일단 '부산물' 개념이므로 값이 쌉니다.
그리고 원유에 따라 성분이 천차 만별이 됩니다. 수 많은 탄화 수소들이 섞여서 원하는 성능을 가지게 되므로 그 구성 성분을 정확하게 알기도 어렵습니다. 섞여있는 전체 성능만을 알 수 있는 것이죠.
마찬가지로 위의 이유로 그 성능에 한계가 존재합니다.

반면에 합성계 기유는 화학 반응을 통해 '만들어 내는' 기유입니다.
정밀 설계로 제조되므로 값이 비싸고...
원하지 않는 불순물은 거의 없을 정도로 순도가 높고...
따라서 높은 성능을 가집니다.

3. 합성기유의 종류
일단, 자동차 엔진오일에 주로 쓰이는 VHVI계 기유와 PAO 기유에 대해서만 설명 드립니다. VHVI 기유는 광유로부터 출발하지만 미 법원의 판례에의해 합성계(Synthetic)이라는 표시가 가능하게 되었습니다.
윤활유 업계에선 아주 중요한 판결이였죠. 대신 소비자들은 좀더 원하는 제품 선택에 신중을 기하게 되었습니다.

VHVI계 기유는 광유의 성능을 개선시키려고 하는 과정에서 탄생했습니다.
원칙적으로 이는 광유계라고 할 수 있습니다. 제조된 광유계 기유를 아주 높은 온도와 압력에서 수소를 첨가하여 반응시켜 긴 사슬을 가지는 탄화수소로 바꿔 주는 것이지요. 그 과정에서 여러가지 불순물들은 좋은 윤활성능을 가지게 변화하게 되고 보통의 광유보다 높은 성능을 가지게 됩니다.

PAO 기유는 탄소수 10개짜리 탄화수소를 3개 혹은 4개씩 인위적으로 결합시켜 제조합니다. 원하는 윤활 물질 이외에는 아주 순수한 성분을 가지게 되지요. VHVI 기유보다 기본 성능에서 압도하게 됩니다.

그럼 성능을 한번 비교해 보지요...

           점도지수  인화점  유동점   증발감량   파라핀함량
PAO        137        215      -70       12        100%
VHVI       126        220      -15      7.5        47.4%

항목별로 설명을 드리면...

점도지수 - 온도에 따라 점도가 변하지 않는 정도를 이야기 합니다.
통상 높을수록 좋습니다. 기름을 끓여 보시거나 한 분들은 금방 아시겠지만... 기름은 온도가 높아지면 점도가 낮아지죠.
여름엔 엔진 벽의 피막이 얇아지고 흘러 내리고, 겨울엔 굳어서 높은 점도를 가지게 되면 엔진에 좋지 않은 영향을 줍니다. 즉, 온도에 따라 변화가 적을 수록 좋습니다.
인화점 - 증발 기체에 불이 붙는 온도입니다. 이 수치가 높으면 더 높은 온도에서도 안정적인 성능을 가지게 됩니다.
유동점 - 흐르는 성질을 가질 수 있는 최소 온도입니다. 낮을 수록 저온에서도 윤활 작용을 할 수 있다는 이야기입니다.
증발감량 - 가혹한 온도 조건, 기후 조건에 따라 오일이 증발하지 않고 남아서 윤활 작용을 하는 성능이라 보시면 됩니다. 적을수록 우수합니다.
파라핀 함량 - 얼마나 기유의 파라핀 함량이 높은지를 보여줍니다.
광유는 특수 가공을 한 후에도 파라핀계, 방향족계 성분이 남을 수 밖에 없지요.

즉, VHVI 기유는 PAO 보다 기본 성능에서 낮을 밖에 없습니다만, 이를 첨가제를 통해 극복하게 됩니다. 전 합성유가 아닌 부분 합성유 제조에서 통상 VHVI기유의 양을 PAO보다 2배 정도를 쓰게 되면 성능은 유사하게 된다고 합니다. 가격은 PAO가 3~4배 비싸니까 그래도 VHVI가 경제적일 수 있는 것이죠...

4. 엔진오일의 종류 및 선택

결론부터 이야기 하자면... '자기 취향 대로' 입니다.
우리나라에서 판매되는 대부분의 엔진오일의 성능은 선진국 수준에 육박합니다. (최고만을 사는 우리나라 사람들 취향상...)

100% PAO 엔진오일은 Mobil 1 이라는 것이 있습니다. 단연 성능에서는 최고라고 할 수 있습니다만... 비싼 가격으로 인해 가격대 성능비는... 글쎄요...

그리고 나머지 100% 합성유라고 광고하는 것들은 전부 100% VHVI 기유로 제조된 것입니다. 참고 하시고... 한때 PAO로 제조되던 캐스트롤의 윤활유는 전합성유, 부분 합성유 모두 지금은 VHVI기유를 이용하여 제조 됩니다.

SK의 ZIC 제품군은 VHVI 기유를 섞어서 제조되는 것입니다. SK는 세계 제일의 HVI, VHVI 기유 제조 업체이므로 우리나라에서는 낮은 가격에 최고 수준의 엔진오일을 우리가 사용할 수 있게 되었지요. (저 SK 직원 아닙니다!)

좋은 제품을 쓰는 것도 중요하지만 제일 중요한 것은 매 5,000km 마다 오일필터를 교환해 주는 것이고, 함부로 다른 첨가제를 오일에 섞지 않는 것입니다.
합성계 엔진오일은 광유에 비해 수명이 2배 이상 길게 되는데 그렇다고 하더라도 오일 필터 교환 및 소모량의 보충을 하지 않으면 안됩니다.

통상의 자가 운전자라면 저는 50% 이하의 반합성유 사용을 권합니다.
가격대비 성능비가 우수하고 달라진 엔진소리를 느껴 볼 수 있습니다. 아주 고급차를 타시거나, 자동차 튜닝에 관심이 있으신 분은 100% 합성유, 여유가 있다면 PAO 100%짜리를 쓰시는 것이 좋습니다.

5. 왜 합성유를 쓰는가?

이는 미국과 유럽의 기준 변화에 크게 의존합니다.
전통적으로 유럽의 규제는 환경쪽 측면이 강합니다. 인체에 무해하고 중금속등 불순물이 아주 적은 PAO 로 제조된 합성유가 유럽에서는 아직 강세입니다.

반면 미국에서는 연비 규제가 주로 사용됩니다.
합성유를 쓰면 더 낮은 점도의 기유를 가지고 같은 성능의 엔진오일을 제조할 수 있는데 당연한 결과로 연비가 올라가게 됩니다. 쉽게 생각하시면 결국 엔진오일은 피스톤과 실린더 사이의 저항이 되는데 그 저항이 낮을 수록 주행에 더 많은 에너지가 전달 될 수 있는 것이지요...
(같은 성능의 합성 엔진오일은 광유계 보다 최소 1% 이상의 연비가 향상됩니다.) 그래서 미국에서는 PAO보다 VHVI가 더 각광을 받고 있습니다. (가격이 저렴하므로...)

더 엔진오일 규격을 높이려는 자동차 메이커와 이를 막으려는 정유/윤활유 제조 업체의 힘겨루기는 계속되고 있습니다. 한가지 중요한 것은 자동차가 좋아질 수록 엔진오일의 요구 성능도 높다는 것을 기억하셔야 한다는 것입니다. 자신의 차에 적합한 오일을 선택하시는데 참고가 되기를 바랍니다.

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