지난 글에서 다양한 산업 분야들이 발전함으로써, 우리의 삶의 모습이 바뀌는 것처럼 엔진오일 산업에도 큰 영향을 끼치는 모습을 확인할 수 있었는데요.
들어가기 앞서, 지난 글이 궁금하다면? [산업 기술의 발달이 엔진오일에 미치는 영향력 >> 클릭!! ]
특별판으로 마련된 오늘은 산업 발달의 첫번째 주제와 관련하여, 자동차의 성능을 향상시켜주고, 연비를 개선시킴과 동시에 환경까지 생각하는 장치들을 세밀하게 파헤쳐보려 합니다. 그럼, 준비 되셨나요?
자동차의 성능, 효율 향상, 연비 개선, 환경 규제 만족을 위해 채택된 기술로 터보차저, GDI, EGR, DPF, GPF가 있다고 소개만 드렸었는데, 오늘은 터보차저부터 상세히 한 번 살펴보겠습니다.
강한 압력으로 출력을 높이자! 터보차저!
터보차저(Turbocharger)는 먼저 엔진 내부의 폭발로 발생하는 배출가스 압력을 이용하여 터빈을 돌립니다. 그 후, 이 회전력을 이용해 흡입하는 공기를 대기압보다 강한 압력으로 밀어 넣어 출력을 높이는 장치입니다.
터보차저(Turbocharger)
일반적으로 가스(Gas)를 압축하면 온도가 높아지는데, 터보차저 또한 공기를 압축했기 때문에 엔진 내부의 온도가 올라가서 엔진 자체의 효율이 떨어질 가능성이 있습니다. 그래서 대부분의 경우 인터쿨러(Inter Cooler)라는 장치와 함께 사용하곤 하죠.
인터쿨러(Inter Cooler)
특히, 최근 엔진 개발 트렌드는 엔진의 크기는 작아지는 방향으로 가나, 엔진의 출력은 높아지는 기술이 많이 적용되고 있습니다. 이런 관점에서 터보차저를 보면, 공기의 혼합 비율을 높여주고 압축 효과를 증가시켜주므로 출력을 좋게 만들어 주긴 하나, 터빈의 고속 회전과 공기 압축에 의한 온도 상승이 불가피하게 됩니다. 그리하여 엔진오일에 열 산화 반응이 일어나 변질되게 만들곤 하죠.
따라서 터보차저를 사용하는 경우, 엔진오일에 산화 안정제를 추가로 사용하거나 합성 기유를 사용하는 등의 방법으로 열화에 대비해야만 합니다. 물론, 터보차저는 많이 장착되는 기기이므로 최신 버전의 엔진오일이면 이에 대해 대비를 갖추고 나온다고 봐도 무방하죠.
높은 출력과 환경개선을 동시에! GDI (Gasoline Direct Injection)
최근 엔진이 소형화되면서 높은 출력을 얻게 만들어준 기술을 소개해보려 합니다. 바로 GDI(Gasoline Direct Injection) 기술이죠. 이는 기존의 혼합기를 사용하여 공기를 흡입하며 가솔린 연료를 혼합하던 방식을, 실린더 내부에서 공기를 먼저 압축한 후 점화 플러그로 점화하여 폭발시키기 직전에 연료 인젝터를 통해 연료를 실린더 내부에 직접 분사하는 방식입니다. 이로 인해 공기의 압축 비율을 높여주며 적은 연료로도 높은 출력을 내고 불완전연소율을 줄여주는 환경개선의 효과까지 있는 기술이죠.
물론, 디젤 엔진은 원래부터 직분사이므로 상관없는 기술이지만, 연료 혼합 방식이 다른 가솔린 엔진에서 출력을 높이기 위해 새로 적용된 기술입니다. 그러나 GDI 엔진의 단점은 연료의 직분사로 인해 디젤 엔진과 마찬가지로 Soot(검댕)이 생긴다는 것입니다. 그러나 이 Soot(검댕)은 디젤 엔진에서 생기는 Soot(검댕)과는 또 다른 종류이죠.
또한, 실린더 내부의 연소 폭발을 더 크게 만들기 때문에 엔진 온도 상승의 원인이 됩니다. 그러므로 Soot(검댕)을 제거하기 위해 엔진오일에 청정제(Detergent)와 분산제(Dispersant)를 추가하여 사용하고, 온도 상승에 의한 열화에 대비하여 산화 안정제 등을 추가로 사용해야 하죠.
더불어 열 산화 반응에 강한 합성 기유를 사용해야 합니다. API 등급의 엔진오일 중에 GDI 엔진 전용으로 만들어진 엔진오일은 없으나 열 산화 안정성과 청정 분산 효과를 볼 때 최신 등급의 엔진오일로 충분히 커버가 가능하니 걱정하지 않으셔도 됩니다.
특히 자동차 회사의 순정 엔진오일은 엔진 개발이나 자동차 개발부터 함께 개발되고 최종 실차 테스트까지 통과된 엔진오일이므로 GDI 엔진에 사용하는 데 전혀 문제가 없으니 걱정하지 않으셔도 됩니다.
환경 규제 만족을 위한 후처리 장치들에는 무엇이 있을까?
연료 소비를 적게 해주는 EGR (Exhaust Gas Recirculation)
디젤 엔진 차량에서 흔히 사용되는 EGR(Exhaust Gas Recirculation) 장치는 연소 가스(Exhaust Gas)를 모아 다시 실린더 내부에 넣어 주는 방식입니다. 보통은 연소 폭발 시 공기 중의 질소와 산소가 반응하여 산화질소(NOx)가 생성되는데, EGR 장치를 사용하면 공기 대신 연소 가스를 넣기 때문에 질소와 산소의 양을 적게 하여 산화질소(NOx)를 줄이고 불완전 연소된 연료를 다시 연소시키게 되죠. 따라서 연료의 소비를 적게 해주기 때문에 사용하곤 했습니다.
그러나 최근에는 오염물질이 더 많이 생기고, 엔진 내부에 부식을 일으키며 산소 부족으로 출력이 저하되는 등의 부작용이 많아 퇴출당하는 분위기입니다. 그래서 오염 물질로 인해 발생하는 문제들을 막기 위해 청정제, 분산제, 부식방지제, 녹 방지제 등을 적절하게 사용해야 할 필요가 있죠.
오염 성분을 줄여주는 SCR (Selective Catalytic Reduction)
SCR(Selective Catalytic Reduction)은 암모니아 성분이 들어있는 요소수라는 촉매로, 산화 질소가스(NOx)를 중화시켜 오염 성분을 줄입니다. SCR은 일부 발생하는 분진(PM, Particulate Matters)을 줄여주는 효과도 함께 가지고 있죠. 사실상 SCR 자체가 엔진오일에 주는 영향은 거의 없습니다. 그러나 SCR과 주로 사용하는 DPF(Diesel Particulate Filter)로 인해 엔진오일에 영향을 주게 되는 것이죠.
디젤 엔진의 후처리 장치, DPF (Disel Particulate Filter)
우선 DPF는 디젤 연료가 연소한 후에 발생하는 분진(PM)을 포집하여 배기가스로 내보내지 않도록 사용하는 후처리 장치입니다.
[관련글: 디젤차를 타는 당신이라면 알아야 하는 DPF의 모든 것]
DPF는 연소과정에서 미량의 엔진오일이 함께 들어가 타는데, 이때 발생하는 불순물은 금속성 황산화합물과 인(P)과 황(S)이 결합된 화합물 등입니다. 그런데 이것들이 DPF 백금 촉매 필터 표면에 흡착되어 성능을 저하시키고 심하면 쌓이게 되어 제 성능을 못 하도록 만듭니다.
이 불순물은 엔진오일의 구성 성분 중 마모방지제나 청정제에 들어 있는 황(S)과 인(P)에 의해 주로 생성되는 물질이기 때문에 이 성분들의 양을 조절하기에 적합한 엔진오일을 만들어야 하죠. 즉, 황산회분(Sulfated Ash), 인(P), 황(S)이 적은 Low SAPS 엔진오일이어야 하며, 이것이 바로 DPF 전용 엔진오일입니다.
분진을 없애주는 GPF (Gasoline Particulate Filter)
가솔린 엔진도 직분사 방식을 활용하면서 Soot(검댕) 같은 것들이 많이 생기고 분진이 발생하기 시작했습니다. 더불어 환경 규제가 강화되면서 Euro 6의 경우, 최근 Gasoline Particulate 규정이 크기에 상관없이 분진 개수까지 관리하게 되면서 가솔린 자동차도 분진(PM)을 포집해야만 하는 상황이 되었죠. 이런 상황으로 인해 GPF 장치의 장착이 점점 더 필수적으로 되어 가고 있습니다.
물론, 유럽 규격인 ACEA는 C 카테고리가 있는데, 이 규격은 디젤과 가솔린의 구별이 따로 없는 대신 Particulate Filter 용 전용 엔진오일이 존재합니다. 그렇기 때문에 GDF 전용 엔진오일이 따로 필요 없는 것이죠. 그러나 미국 규격인 API의 경우에는 필요하긴 하지만 아직 존재하지 않기 때문에 가솔린 엔진의 GPF 전용 엔진오일이 개발될 것으로 예측됩니다.
기대되는 엔진오일의 미래!
장치들의 이름이 조금씩 비슷하여 헷갈릴 수도 있지만, 잘 따라오셨나요? 자동차의 기능을 향상 시켜주며, 환경오염까지 해결하기 위한 다양한 장치들이 개발된 것을 살펴볼 수 있었는데요. 이런 방향성으로 엔진오일 또한 개발되고 있으니, 앞으로 자동차의 기능은 더 더욱 향상되고, 환경에는 더욱 무해한 엔진과 엔진오일이 등장할 수 있으리라 기대를 해봅니다.
