천하를 통일했던 진시황제도 늙지 않고 오래 사는 불로장생(不老長生)에 대한 열망을 죽을 때까지 놓지 못했습니다. 이처럼 고대에서부터 현대에 이르기까지 사람들은 영생에 대한 꿈을 실현하기 위해 많은 노력을 기울였죠. 결과는? 아직까진 모두 실패에 그쳤습니다.
하지만 사람들은 수명 연장 외에도 자신이 사용하고 있는 물건을 오랫동안 사용하고 싶어 하는 욕망도 갖고 있습니다. 아마도 현재 자신이 사용하는 물건에 대한 익숙함과 편안함을 계속 유지하자 하는 욕망 때문이겠죠. 이런 욕망은 물론 자동차, 그리고 엔진오일에도 적용됩니다.
다들 한 번쯤은 비용적인 문제로, 시간적인 문제로 엔진오일의 수명을 어떻게 늘릴 수 있을까 고민하셨던 적이 있으시죠? 그러나 인간이든, 자동차든, 엔진오일이든 그것이 기존에 갖고 있는 수명을 연장한다는 것은 곧 인위적인 조치를 취한다는 것이기 때문에 다양한 기술이 필요합니다.
엔진오일의 수명, 어떻게 늘릴 수 있을까?
엔진오일이 사용되는 자동차 엔진과 부품의 기술개발 같은 기계에 대한 조치와 오일 그 자체에 대한 조치로 나눠볼 수 있겠지만, 여기서는 순수하게 윤활유 측면에서만 알아보도록 하겠습니다.
이 경우 2가지 방법이 존재합니다.
첫째, 엔진오일 기존 성능을 유지하면서 첨가제, 기유와 같은 구성성분의 일부를 변형 또는 교환하거나 첨가제를 추가하는 방법입니다. 이처럼 엔진오일 처방을 활용하여 수명을 연장하는 방법은 제품의 원료를 좋은 것을 사용하는 것입니다.
이는 어렵지 않습니다. 좋은 기유를 쓰고 적합한 배합의 좋은 첨가제를 사용하는 것이죠. 이때 잘 정제된 기유 또는 합성 기유를 사용하는 것이 중요하며, 열산화반응을 막거나 늦추는 첨가제, 산화방지제를 적합한 조합으로, 적당한 양을 사용하는 것이 중요합니다.
또한, 마찰과 마모는 엔진오일의 노화를 촉진하는 요인 중 하나죠? 이를 방지하는 마찰방지제와 마모방지제, 그리고 공기와의 접촉을 최소화하는 소포제, 연소 찌꺼기와 열산화 분해 유기물을 분리해주는 청정제와 분산제 등의 첨가제를 연구 개발을 통해 최적의 배합으로 만들어 내는 것도 중요합니다.
이렇듯 좋은 재료들로 요리를 하면 맛있는 음식이 나오듯이, 구성 성분을 좋은 것으로 사용하는 것이 엔진오일의 수명을 연장하는 데에 가장 좋은 방법이라 할 수 있죠.
둘째, 후천적으로 첨가제를 인위적으로 넣어 물리적, 화학적 방법으로 엔진오일의 성능을 향상시켜 수명을 연장하는 방법입니다. 사실 이 방법은 인위적인 방법을 통해 수명을 연장하는 것이기 때문에 이 선택을 하기 전에 결과를 미리 예상해 본 후 진행하는 것이 좋습니다. 즉 추가로 첨가제를 투입한 경우 발생하는 부작용에 대해 잘 숙지하고, 수명을 연장할 것인지 판단을 내려야 합니다.
후천적으로 진행하는 수명연장 방법은 뭐가 있을까요?
앞서 언급한 두 번째 방법과 관련하여, 첨가제를 인위적으로 추가해서 엔진오일 수명을 연장하는 방법에 대해 좀 더 자세하게 알아볼까요?
우리가 직접 엔진오일을 보충하는 주된 이유는 사용 중에 엔진오일이 적정량 이하로 줄어들기 때문입니다. 엔진오일이 줄어들면 엔진에서 발생한 열을 제대로 순환시키지 못해 열이 많이 발생하고 이로 인해 열산화 반응이 생겨 엔진오일의 점성과 성능에 변화가 생기게 되죠. 즉 윤활 작용이 제대로 일어나지 않게 되는 것입니다.
그런데 이때 엔진오일을 보충하거나 교환하지 않는다면 어떻게 될까요? 만약 엔진오일이 묽어졌다가 산화가 계속되어 슬러지(Sludge)가 발생하고 점도가 상승하여 엔진오일이 탄화되는 단계까지 도달한다면, 짙어진 엔진오일로 인해 엔진 효율도 떨어지고 부품의 손상도 겪게 될 것입니다.
그렇다면, 엔진오일은 왜 줄어들까요?
첫째, 연료가 연소하는 과정에서 실린더 내벽에 붙어있는 엔진오일 일부가 함께 타면서 배출되는데, 보통 이때 소모되는 양은 극히 미량이지만, 오래된 엔진이거나 엔진 실린더와 피스톤의 밀착률이 떨어질 경우 소모량이 늘어날 수 있습니다.
이 경우, 반대로 분사된 연료가 이 틈새를 통해 엔진오일이 있는 Sump(엔진의 기름통)로 유입되는 경우가 있는데, 이런 현상을 Fuel Dilution(연료가 엔진오일과 섞이는 현상)이라고 합니다. 이때 엔진오일의 양이 증가하는 경우도 있는데, 이런 경우 피스톤 링과 실린더 점검을 받아보셔야 합니다.
< 엔진오일이 들어있는 Sump 모습 >
둘째, 엔진 내부의 결함이나 외부 충격에 의해 누수(Leakage)가 발생한 경우나 엔진 블록의 연결 부분을 밀봉해주는 캐스킷, O-ring 등이 노화 또는 물리적, 화학적 반응에 의해 변형이 되었을 경우 이 부위를 통해 밖으로 빠져나가 오일의 양이 줄어드는 경우가 있습니다. 실제 이 경우가 가장 많이 발생하며, 이런 경우 반드시 수리하여 부품을 교환해주는 것을 추천해 드립니다.
셋째, 높은 온도에서 오일 자체가 증발할 수 있습니다. 하지만 엔진오일을 개발할 때 일정 온도에서 엔진오일의 증발량을 확인한 후 제작한 것이기 때문에 이런 경우 엔진의 내부 온도가 비정상적으로 매우 높게 올라가는 상황일 가능성이 큽니다. 그러므로 엔진 온도를 점검해보거나 부품의 마모, 마찰이 있는지 점검해 볼 필요가 있습니다.
엔진오일, 내 맘대로 교환해도 괜찮을까?
지금까지 알아본 것처럼 기계적 결함이나 부품의 노후, 파손과 같은 경우가 아니라면, 소량의 오일이 소모되는 것은 매우 자연스러운 현상입니다. 엔진오일 교환이 가까워지면 엔진오일을 조금 더 오래 사용하고 싶은 마음에 다들 한 번쯤 엔진오일 보충을 생각하곤 하죠.
물론 동일 제품의 엔진오일을 갖고 계신다면, 보충하는 것도 약간의 수명연장에 도움을 줄 순 있을 것입니다. 그러나 이도 잠깐일 뿐 그렇게 효과적이진 않습니다. 동일 제품을 1/4 보충했다고 하여 수명이 정확하게 1/4만큼 증가 하진 않기 때문이죠.
그런데 문제는 동일 제품이 없어, 다른 회사의 제품이나 심지어 동일 회사의 다른 제품을 보충하는 경우입니다. 이것은 추천하진 않는 방법입니다. 이 경우는 엔진오일의 보충이라기보다는 엔진오일의 ‘혼용’이라 할 수 있습니다. 엔진오일은 그 자체가 혼합물이지만, 엔진이 작동하면 온도가 상승하고, 열에너지가 첨가제를 활성화시켜 화학적 반응을 일으키며 작용하는 원리입니다. 그러나 이때 서로 상충하는 성분이나 고체 물질을 만들어내는 성분이 있을 수 있으므로 좋지 않습니다.
만약 혼용하려 하는 엔진오일의 성분을 모두 알고 있다면 문제가 되지 않겠지만, 현실적으로 엔진오일의 혼합 비율과 성분은 공개되지 않는 기업 비밀이기 때문에 불가능하다 할 수 있습니다. 그러므로 다른 제품 간의 혼용을 하지 않는 것이 좋습니다.
엔진오일의 수명 연장과 성능 향상을 위해 넣는 첨가물?!
엔진오일 제품이 만들어질 때는 기획한 대로 요구하는 성능이나 엔진오일 규격 또는 등급에 맞게 제작됩니다.
[관련글: 엔진오일의 규격, 어디까지 알고 있니?]
즉 어떤 첨가제를 얼마만큼 넣을지에 대해선 이미 규격에 맞게 최적의 조합으로 결정이 되어 있는 것이죠. 그러나 여기서 추가적인 성능을 얻기 위해 다른 첨가제를 넣는다면, 불가피하게 이 균형을 깨게 되고, 그 결과 다른 부분이 나빠질 가능성이 존재합니다.
특히 엔진오일 첨가물 사용으로 인한 개선 효과는 바로 나타날 수 있으나 반대로 성능이 나빠지는 부분은 비교적 장시간이 흐른 후에 결과가 나타나게 됩니다. 추가 첨가제 사용은 자유지만, 이에 대한 결과도 한 번 생각해 보는 것이 좋겠죠?
*여기서부터는 화학 용어에 익숙하신 분들이 아니면 조금 어려울 수도 있습니다. 아직 자동차 정비 초보라면? 쿨하게 넘어가셔도 무방합니다^^*
종류도 다양한 추가 첨가제!
추가 첨가제는 어떤 성능을 높여 줄 것이냐에 따라 크게 4종류로 구분할 수 있습니다.
첫째, 엔진오일이 갖고 있는 점성을 유지해주고 유막 형성에 도움을 주어 윤활 효과를 오랫동안 지속하게 도와주는 첨가제가 있습니다. 엔진오일을 사용하면 피스톤 왕복 운동이 일어나므로 엔진오일에 전단응력(Shear Stress)이 주어지고, 이로 인해 엔진오일의 분자구조가 끊어져 점도의 저하가 발생하게 됩니다.
전단응력이 많고 오래 지속될수록 더 많이 끊어져 점점 더 묽어지게 되는데, 이렇게 되면 윤활에 필요한 유막 형성을 위한 점성 유지가 어렵게 되죠. 이를 돕기 위해 때때로 점도조절지수제와 기유를 섞어 놓은 첨가제를 추가로 넣기도 합니다. 이를 Non-Newtonian(비뉴턴계) 첨가제라고 부릅니다.
전단응력에 따라 점도가 일정하게 변하지 않는 유체를 비뉴턴계 유체라 부르기 때문에, 점성을 갖고 있는 오일은 거의 100% 비뉴턴계 유체이죠. 즉 엔진오일과 다른 윤활유들은 모두 비뉴턴계 유체인 것입니다. 쉽게 말해 점성을 유지하기 위한 첨가제라 이해하시면 됩니다.
둘째, 슬러지(Sludge)나 연소 후 생성 물질을 분리, 제거해주기 위해 넣는 첨가제가 있습니다. 바로 청정제와 분산제를 넣는 것인데요, 청정분산제를 넣으면 묵은 때가 제거되어 깨끗해지기 때문에 단기간으로는 효과가 있습니다. 그러나 장시간 사용하면 마모방지필름이나 다른 코팅 물질까지 제거하여 갑자기 마찰, 마모가 증가할 수도 있죠.
또한, 청정제와 분산제에는 황(S) 성분이 들어있는 경우가 많기 때문에 청정제와 분산제를 사용하면 엔진오일 내부에 황(S) 성분이 증가하게 됩니다. 이는 환경오염을 줄이기 위해 황(S) 성분과 관련하여 배기가스에 대해 정해놓은 규정을 어기게 되며, 게다가 엔진오일의 노화를 일으켜 황산을 만들거나 금속과 결합한 황산염을 만들어 부품의 부식과 마모를 증가시킬 가능성도 존재하죠.
셋째, 엔진오일의 수명연장을 위해 첨가하는 산화안정제 입니다. 산화안정제는 대부분 페놀계열이나 아민계열의 산화안정제를 넣는데, 단시간 안에는 수명연장의 효과가 있기는 합니다. 하지만 산화안정제는 반응성이 커서 다른 첨가제의 작용을 막거나, 서로 다른 반응을 활성화해 슬러지(Sludge) 발생을 증가시키거나, 또 본인이 스스로 슬러지(Sludge)의 시드(Seed)가 되는 경우가 생깁니다. 그래서 산화안정제를 장기간 사용 시 오히려 급격하게 엔진오일의 수명을 단축시킬 수 있으므로 주의하는 것이 좋습니다.
넷째, 마모와 마찰을 줄여주는 마찰방지제와 마모방지제입니다. 이 부분은 크게 2가지로 나누어져 있는데, 액체 상태의 첨가제와 고체 상태의 첨가제로 나뉩니다.
먼저, 액체 상태의 첨가제에 대해 알아볼까요?
액체 상태 첨가제는 우리가 흔히 마모방지제로 많이 쓰이는 황(S)과 인(P)으로 구성된 마모방지첨가제와 금속의 표면에 보호층을 만들어주는 황(S) 성분의 유기 화합물이나 분자결합구조가 판상형태로 만들어지는 몰리브덴(Mo, Molybdenum), 붕소(B, Boron), 텅스텐(W, Tungsten) 등이 들어 있는 액상 금속 유기화합물 마찰방지제 등이 있습니다.
이런 종류의 제품을 사용하면 표면에 부족했던 마찰, 마모 방지막을 만들기 때문에 효과는 아주 빨리 나타나곤 하죠. 그러나 마모방지제는 인(P)과 황(S)이 주성분이기에 오염물질을 증가시키는 원인이 되어 후처리 장치인 촉매변환장치를 망가뜨리는 요인이 됩니다.
앞에서 언급된 몰리브덴, 붕소, 텅스텐 등은 반응성이 무척 좋아 적당한 양이 들어있으면 도움이 되지만, 그 양이 많아지게 되면 다른 첨가제가 반응하는 것을 막으므로 오히려 안 좋은 영향을 끼칠 수 있습니다.
금속을 나노 사이즈로? 나노 테크놀로지!
나노 분말 기술, 즉 나노 테크놀로지 제품들은 3가지로 나누어 살펴볼 수 있습니다.
첫째, 금속을 나노 사이즈 분말로 만들어 사용하는 경우입니다. 실제로 무른 금속인 금, 은, 백금, 구리, 알루미늄 합금 등을 넣어 표면에 흡착한 상태에서 전단응력을 통해 짓이겨 표면에 손상을 입은 부위를 메우거나 코팅층을 형성합니다.
그러나 이 또한 일시적인 효과만 있을 뿐 이 코팅된 부분이 지속적으로 오래 견딜 수 있다는 장담을 할 수 없습니다. 또한 이 나노 파우더 전체가 표면에 흡착해 효과를 낼 수 있다는 것도 확실하지 않으며, 서로 뭉치거나 필요 없는 다른 부분에 붙어서 낭비가 될 수도 있죠.
둘째, 폴리머 계열의 나노 사이즈 파우더를 사용하거나 MoS2 (이황화 몰리브덴) 또는 WS2 (황화 텅스텐) 같은 고체 윤활제를 나노 사이즈로 만들어 사용하는 경우입니다. 이 고체 파우더들이 표면에 판상구조로 달라붙어 마찰과 마모를 줄이는 효과를 보는 것이죠.
초기에 효과가 있을 수는 있으나 고체이다 보니 시간이 흐를수록 분말끼리 뭉치고 중력에 의해 가라앉는 현상이 생기면서 분리가 일어나게 됩니다. 이로 인해 슬러지(Sludge)가 형성될 때 함께 뭉쳐버리거나 심하면 오일 필터나 관을 막는 현상까지 발생하게 됩니다.
셋째, TiO2(이산화타이타늄), 티타늄 산화물과 같은 나노 사이즈 금속 산화물을 넣는 경우입니다. 이 금속 산화물들이 극성을 갖고 표면에 물리적으로 붙었다가 전단응력과 열에너지를 받아 반응하면서 마모방지제인 ZDDP(zinc dialkyldithiophosphate)가 분해되며 만드는 황화물과 인산염으로 구성된 마모방지 필름을 형성할 때 구성성분의 일부분으로 함께 들어가게 되죠.
그러나 만약 마모방지 필름으로 형성되지 않고 황산염과 같은 연마 효과가 있는 물질들과 결합하면 오히려 마모, 마찰을 증가시킬 수 있는 부작용이 생길 수 있습니다. 나노 분말 기술에서 공통적으로 발생하는 가장 큰 문제는 엔진오일에서 지속적으로 부유한다는 것이죠. 이들이 장기간 서로 뭉치지 않고 잘 분산되어 있어야 하는데, 아직까지는 이를 해결하기가 어렵습니다. 만약 이를 해결하게 된다면 미래에는 더 좋은 윤활유 첨가제가 될 수 있을 것이라 예상해봅니다.
한 걸음 더 나아가, 이외에도 일반적인 경우는 아니지만, 특정한 목적의 효과를 얻기 위해 넣는 첨가제도 존재합니다. 예를 들면, 거품을 방지하기 위해 소포제를 추가하거나 용해도를 개선하기 위해, 폴리머와의 적합성을 향상하기 위해 에스테르 계열이나 계면활성제 계열의 첨가제를 넣는 경우도 있습니다.
양날의 칼, 엔진오일 첨가제
엔진오일에 후천적으로 넣는 오일 첨가제는 기술적으로 잘 모르는 사람들을 엔진오일 수명연장과 성능 향상이라는 매력적인 특징으로 유혹하곤 합니다. 특히 제품들의 구성을 보면, 대부분 한 개 이상의 특성을 복합적으로 사용하는 경우도 빈번합니다.
여기서 주의할 점은, 추가적인 엔진오일 첨가제 사용이나 엔진오일 보충, 또는 엔진오일 혼용은 좋은 효과를 얻을 수도 있지만 반대로 무분별한 사용으로 인해 부작용이 발생할 수 있다는 것입니다. 그러니 무분별하게 사용하기보단 엔진오일 전문가에게 문의하면서 이 첨가제가 무엇인지, 어떤 효능과 주의점이 있는지 알고 현명하게 판단하여 사용하시길 바랍니다.
