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문제 정의
- 본 연구에서는 국내에서 판매되고 있는 14종의 순정엔진오일과 이와 동급의 일반엔진오일(KS제품)을 이용해 품질비교연구를 실시하였다. 또한 실제 차량을 이용해 10000 km씩 주행한 뒤, 회수된 엔진오일에 대한 품질 비교시험을 실시함으로써 소비자에게 올바른 엔진오일에 대한 정보를 제공코자 본 연구를 실시하였다.
- 본 연구에서는 국내 자동차사에서 선정한 순정엔진오일 14종과 동급인 일반엔진오일(KS제품) 14종에 대한 품질비교시험을 하기 위해 신유에 대한 물성분석과 함께 14대의 차량을 이용해 10000 km씩 주행한 뒤, 회수된 사용엔진오일에 대한 물성을 분석하였다.
- 본 연구에서는 국내에서 판매되고 있는 14종의 순정엔진오일과 이와 동급의 일반엔진오일(KS제품)을 이용해 품질비교연구를 실시하였다. 또한 실제 차량을 이용해 10000 km씩 주행한 뒤, 회수된 엔진오일에 대한 품질 비교시험을 실시함으로써 소비자에게 올바른 엔진오일에 대한 정보를 제공코자 본 연구를 실시하였다.
제안 방법
- 내마모성능은 Falax사의 Friction & wear test machine을 이용하여 ASTM D 41728방법에 준해 시험하였다. 4개의 금속구를 40 kg 하중, 75 ℃에서 1200 rpm으로 회전시킨 뒤, 하부에 위치한 3개의 금속구에 형성된 마모흔의 크기를 현미경으로 측정하였다.
- 본 연구에서 사용된 14종의 순정엔진오일과 이에 상응하는 14종의 일반엔진오일(KS제품)에 대해 물성분석을 하였다. Table 2는 사용된 엔진오일을 석유 및 석유대체연료사업법에서 명시되어 있는 내연기관용 윤활유(육상용 3종) 품질기준에 의거해서 시험하였으며, 추가로 4-ball tester을 이용하여 윤활성을 측정하였다. Table 2에서 보는 것과 같이 일반적으로 엔진오일이 산화되면 전산가가 증가되지만, 첨가제 중에서는 자체 산가를 지니고 있는 첨가제(유기산 형태 등)가 존재하며, 산화 또는 차량 운행과정에서 이들 첨가제의 파괴로 인해 신유보다 오히려 전산가가 감소하는 경우가 종종 발생된다.
- 다음으로는 10000 km 주행 후, 회수된 엔진오일에 대한 전산가와 윤활성을 분석하였다. 사용엔진오일은 산화에 의해 전산가가 증가하였으며, 윤활성이 감소하여 마모흔 크기가 증가함을 볼 수 있었다.
- 다음으로는 사용엔진오일에 대한 인화점, 유동점, 저온겉보기점도를 측정하였다(Table 4). 일반적으로 사용유는 신유에 비해 인화점이 증가하였으며, 이는 차량 운행과정에서 저비점의 물질이 휘발되어, 상대적으로 인화점이 증가된 것으로 판단된다.
- 본 연구에서 사용된 14종의 순정엔진오일과 14종의 일반엔진오일에 대해 동점도를 40 ℃, 100 ℃에서 측정한 뒤, 이들의 점도지수를 계산하였다(Table 3). 분석결과, 대부분의 엔진오일이 신유보다 동점도가 감소하는 경향을 보였으며, 이는 윤활기유의 전단(cleavage)되면서 동점도가 낮아진 것으로 판단된다.
- 본 연구에서 사용된 14종의 순정엔진오일과 이에 상응하는 14종의 일반엔진오일(KS제품)에 대해 물성분석을 하였다. Table 2는 사용된 엔진오일을 석유 및 석유대체연료사업법에서 명시되어 있는 내연기관용 윤활유(육상용 3종) 품질기준에 의거해서 시험하였으며, 추가로 4-ball tester을 이용하여 윤활성을 측정하였다.
- 시료 1∼2 g의 시료를 유리컵에 취한 뒤, 50 mL의 용매(Tol : IPA : Water = 50 : 49.5 : 0.5)로 시료를 녹인 후, 0.1 N KOH를 이용하여 적정하여 전류값의 변환지점을 당량점으로 인식하여, 시료의 전산가를 분석하였다.
- 인화점은 용기에 시료 70 mL를 채운 뒤, TANAKA사의 ACO-T601 장비를 이용하여 클리브랜드 개방컵(Cleveland open cup), KS M ISO 2592 방법에 준하여 분석하였다. 시료의 온도를 높이면서, 가열된 전 기코일에 의해 인화되는 최저온도를 인화점으로 측정하였다.
- 시료컵에 일정 크기의 강판과 구리판 촉매를 넣고, 250 mL의 시료를 넣은 뒤, 165.5 ± 0.8 ℃로 승온하여 회전막대를 1300 ± 15 rpm으로 회전시켜 24 h 동안 시료를 산화시킨 후, 40 ℃에서 동점도를 측정하여 산화 전⋅후에 대한 동점도 변화정도와 함께 전산가를 측정해 산화 전⋅후에 대한 전산가 증가 정도를 측정하였다.
- 저온겉보기점도는 Cannon Instrument Company사의 CCS-2000 series를 이용하여 50 mL의 시료를 취해 해당 점도에 따라 -30 ℃와 -25 ℃에서 회전자의 속도와 점도와의 함수관계를 이용하여 저온겉보기 점도를 측정하였다.
대상 데이터
- 순정엔진오일은 A 자동차사(프리미엄승용, 프리미엄저마찰, A고급형디젤, 승용디젤, 프리디젤, 승용DPF, A디젤상용차용, 최고급프리미엄)의 8종류와 B자동차사(GMK DEO MB229.31, GMK 최고급E/O, GMK DEXOS1, GME DEXOS2)의 4종류, C자동차사(MB229.1, MB229.51)를 이용하였다.
- 일반엔진오일(KS제품)은 KIXX G1 FEx, ZIC A+, Quartz 9000, KIXX G1, ZIC A, Super 3000, KIXX터보RV, ZIC 5000, SD5000 MAX, Quartz RV, Quarts S, KIXX PAO, ZIC RV+, Euro XT를 이용하였다. 차량은 소나타, 엑센트, YF소나타, 에쿠스, SM5, 아반떼, 소렌토, 올란도, 투싼, 스타렉스, 싼타페, 소나타NF, 테라칸, 카니발을 이용하였으며, 연식은 2006∼2013년식의 차량을 이용하였다.
- 차량은 소나타, 엑센트, YF소나타, 에쿠스, SM5, 아반떼, 소렌토, 올란도, 투싼, 스타렉스, 싼타페, 소나타NF, 테라칸, 카니발을 이용하였으며, 연식은 2006∼2013년식의 차량을 이용하였다.
이론/모형
- 내마모성능은 Falax사의 Friction & wear test machine을 이용하여 ASTM D 41728방법에 준해 시험하였다.
- 동점도는 Cannon Instrument Company사, CAV 2000 series의 Cannon 1257 유리제 모세관식 튜브를 이용하여 40 ℃와 100 ℃에서 ASTM D 445 방법에 따라 측정하였다. 모세관식 튜브에는 3개의 벌브(bulb)가 있으며, 벌브사이에 온도센서가 있어 시료 약 15 mL를 흡입 상승시킨 뒤, 시료가 중력에 의해 하강하는 시간을 온도센서로 감지함으로써 동점도가 측정된다.
- 산화안정도는 Yoshida사의 ISOT-D8을 이용하였으며, KS M 2021 방법에 의해 시험하였다.
- 유동점(Pour point)은 ASTM 2500 방법에 의해 TANAKA사의 MPC-602를 이용하여 측정하였다. 4 mL의 시료를 용기에 채운 뒤, 45 ℃로 가온한 후, 분당 1 ℃의 속도로 냉각하면서 시료가 고체상으로 전환되어 유동되지 않는 온도를 유동점으로 측정(2.
- 인화점은 용기에 시료 70 mL를 채운 뒤, TANAKA사의 ACO-T601 장비를 이용하여 클리브랜드 개방컵(Cleveland open cup), KS M ISO 2592 방법에 준하여 분석하였다. 시료의 온도를 높이면서, 가열된 전 기코일에 의해 인화되는 최저온도를 인화점으로 측정하였다.
- 전산가는 Metrohm사의 805 Dosimat을 이용하였으며, KS M ISO 6618방법에 의거해 분석하였다. 시료 1∼2 g의 시료를 유리컵에 취한 뒤, 50 mL의 용매(Tol : IPA : Water = 50 : 49.
성능/효과
- 따라서 현재 일반엔진오일에 비해 20∼30% 비싼 교환비용을 지불하고 있는 순정엔진오일은 일반엔진오일에 비해 품질이 낮은 것으로 판단할 수 있었다.
- 본 연구에서 사용된 14종의 순정엔진오일과 14종의 일반엔진오일에 대해 동점도를 40 ℃, 100 ℃에서 측정한 뒤, 이들의 점도지수를 계산하였다(Table 3). 분석결과, 대부분의 엔진오일이 신유보다 동점도가 감소하는 경향을 보였으며, 이는 윤활기유의 전단(cleavage)되면서 동점도가 낮아진 것으로 판단된다. 하지만 순정엔진오일이 신유에 비해 동점도 변화가 컸으며, 이는 일반엔진오일에 사용된 점도지수 향상제와 같은 첨가제의 기능이 순정엔진오일보다 효과적으로 작용 되었기 때문인 것으로 판단된다.
- 분석결과, 신유의 경우 순정엔진오일과 일반엔진오일 모두 품질기준에 적합하였으며, 품질은 모두 대동소이하였다.
- 분석결과, 일반엔진오일의 전산가와 마모흔 크기변화가 작아 순정엔진오일보다 우수한 값을 보였으며, 이는 일반엔진오일에 첨가된 산화 방지제와 윤활성향상제 등 기능성 첨가제의 성능이 보다 효과적으로 작용했을 것으로 판단된다.
- 다음으로는 10000 km 주행 후, 회수된 엔진오일에 대한 전산가와 윤활성을 분석하였다. 사용엔진오일은 산화에 의해 전산가가 증가하였으며, 윤활성이 감소하여 마모흔 크기가 증가함을 볼 수 있었다. 마모흔 크기의 증가는 윤활성향상제의 분해에 따른 윤활성감소와 함께 금속마모분 증가에 따라 마찰마모의 증가에 기인한 것으로 판단된다.
- 래커도는 윤활기유 또는 첨가제가 산화된 뒤, 분산되지 못하고 유리막대에 엉겨 붙는 정도를 말하며, 최근 엔진오일의 경우, 청정분산제 및 산화방지제 등이 첨가되어 거의 나타나지 않는 현상이다. 신유에 대한 품질분석 결과 모든 제품이 품질기준에 적합하였으며, 순정엔진오일과 일반엔진오일(KS제품)의 품질은 대동소이하였다.
- 일반적으로 사용유는 신유에 비해 인화점이 증가하였으며, 이는 차량 운행과정에서 저비점의 물질이 휘발되어, 상대적으로 인화점이 증가된 것으로 판단된다. 온도를 낮추었을 시, 더 이상 흐르지 않는 온도인 유동점을 측정한 결과, 신유에 비해 사용유의 유동점이 증가되었으며, 이는 특정 첨가제가 저온에서의 안정성 또는 어는점에 영향을 미치던가 마모분 등을 중심으로 기유 또는 첨가제 등이 응집됨으로써 유동점이 높아진 것으로 판단된다. 저온겉보기점도의 경우, 신유에 비해 낮은 점도를 보이는 것은 기유의 전단에 의해 기인되며, 점도의 증가는 저온에서 왁스 생성 등에 의한 결과로 판단된다.
- 저온겉보기점도의 경우, 신유에 비해 낮은 점도를 보이는 것은 기유의 전단에 의해 기인되며, 점도의 증가는 저온에서 왁스 생성 등에 의한 결과로 판단된다. 인화점, 유동점, 저온겉보기점도를 측정한 결과, 사용 순정 엔진오일과 사용 일반엔진오일의 성능차이가 크지 않았다.
- 특히 순정엔진오일은 일반엔진오일에 비해 동점도와 전산가 변화가 컸으며, 윤활성 감소가 컸다.
- 하지만 10000 km를 주행한 뒤 회수된 사용유는 신유에 비해 인화점 증가, 동점도 증가, 전산가 증가, 윤활성 감소 등의 결과를 보였다. 특히 순정엔진오일은 일반엔진오일에 비해 동점도와 전산가 변화가 컸으며, 윤활성 감소가 컸다.
후속연구
- 따라서 현재 일반엔진오일에 비해 20∼30% 비싼 교환비용을 지불하고 있는 순정엔진오일은 일반엔진오일에 비해 품질이 낮은 것으로 판단할 수 있었다. 따라서 일반 운전자들은 국내 유통 중인 엔진오일 품질비교결과를 통해 엔진오일 교환 선택권을 확대할 필요가 있으며, 추후 자동차사에서는 순정엔진오일의 품질향상 또는 가격인하 등을 통해 투명한 경제체계에 부응해야 할 것이다.
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