윤활유(오일 등)
이번 포스팅에서는 우리가 가장 중요하게 여기는 오일 등의 윤활유에 대해서 다루기로 한다. 일반적으로 막연하게 아 엔진 오일이 중요하지하고 생각하지만 실제로 알아보면 알마나 중요한 역할을 하는지 알수 있을 것이다. 따라서 용어 뿐만아니라 성분 등에 대해서도 세부적을 다루어 보기로 한다 .
(1) 윤활유
자동차의 각 접촉 운동 부분은 상당한 힘을 받으면서 움직이기 때문에 마찰이 생기며 이 마찰은 접촉면이 거칠든가 가해지는 수직력이 크면 커기게 된다. 이러한 경우 자동차에 큰 힘을 가하지 않으면 움직이지 않게 된다. 따라서 큰 힘에 의해 움직이면 마찰 때문에 일이 열로 바뀌어 발열하게 된다. 이와 같이 마찰 때문에 잘 움직이지 않든가 발열하는 것을 막기 위해 오일을 넣어 마찰을 적게하는 것을 윤활이라하고 여기에 사용되는 매체를 윤활유라 하게 된다.
(2) 윤활의 작용
윤활은 기본적으로 다음과 같은 여러작용을 한다.
1) 마찰감소 및 마멸 방지 작용
마찰 감소 및 마멸 방지 작용은 윤활의 본래의 작용으로 완전 윤활을 유지 시킴과 동시에 한계 상태에서도 정밀한 유막을 형성하여 섭동부분의 표면 마찰을 방지하는 작용이다.
2) 냉각작용
냉각작용은 윤활부에 발생된 열을 흡수하여 다른 곳에서 방열하는 것으로 윤활부를 순환하고 돌아온 오일은 오일 냉각기 또는 오일 팬에서 열을 냉각시키게 되는 것이다.
3) 밀봉작용
밀봉작용은 실린더와 피스톤 사이에서와 같이 틈새를 막아 압축개스나 연소개스가 새는것을 방지하는 것으로 틈새 사이에 유막이 형성되어 개스가 새지 않게 되는 것이다.
4) 세척작용
세척작용이란 오일이 윤활부에 공급되어 순환 될 때 윤활부에 잔재되어 있는 불순물을 윤활유가 숨환하면서 흡수하여 윤활부를 깨끗하게 하는 작용으로 윤활부에 있는 금속분말, 먼지, 수분 , 슬러지 생성물 등을 흡수하여 오일 팬에 떨어트리거나 여과기에서 여과시키게 된다.
5) 응력분산작용
응력분산작용은 윤활유는 액체의 성질로 윤활부에 작용하는 압력을 윤활부에 흐르는 오일 전체에 분산시켜 평균화시키는 작용을 말하는 것으로 엔진과 같이 진동과 충격하중이 작용하는 윤활에서는 매우 중요한 사항이다. 즉 다시말해서 국부적인 충격이나 하중이 작용하는 부분의 오일에 이 충격과 하중을 분산 시켜서 평준화 시켜 집중하중이나 충격을 방지하는 것이다.
6) 방청작용
방청작용이라는 거은 쉽게 말해 녹이 생기는 것을 방지하는 작용이다. 윤활유는 윤활면에 유마을 형성하여 수분이나 산화성의 가스가 침투되는 거을 막아 주고 침투된 수분이나 산화성의 가스를 치환 제거하게 된다.
(3) 윤활유의 성분
자동차 엔진에 사용되는 윤활유(오일)는 주로 석유계의 윤활유가 사용된다. 석유계의 윤활유는 석유 원유 속에 포함되어 있는 유효성분을 비점에 따라 분류하고 정제처리 한 것이다. 즉 그림에서처럼 원유를 정제하다 보면 비점(증발되는 온도)에 따라 가솔린(휘발유), 등유, 경유, 윤활유, 코크스, 아스팔트 등으로 나뉘어 처리되게 되는 것이다.
윤활유의 정제
(4) 엔진 윤활유의 분류
엔진 오일은 점도에 따라 분류하는 SAE(미국 자동차 기술 협회)분류와 자동차의 운전 상태의 가혹도에 따라 분류하는 API(미국 석유 협회)분류로 하여 사용되어 왔으나 1971년도 SAE신분류(미국 석유 협회와 미국 자동차 기술 협회, 미국 재료시험 협회(ASTM) 가 자동차의 사용조건과 금속 재료의 성질 및 점도 등을 통합 적용한 분류)가 정해져 오늘날 여기에 따르고 있다. 따라서 여기서는 참고삼아 SAE분류와 API분류에 대해 설명하고 이들과 SAE 신분류와의 관계를 알아보기로 한다.
1) SAE분류
SAE분류는 미국 자동차 기술 협회에서 점도에 따라 분류 제정한 것으로 SAE 번호로 표시하고 있으며 번호가 클수록 점도가 높다. 또 SAE번호에서 문자W는 겨울철용임을 뜻하고 이것은 약 -17.7°C(0°F)에서 그 점도를 측정한 것이며 문자가 없는 것은 약 100°C(210°F) 에서 점도를 측정한 것이다.
또한 근래에는 전계절용 엔진 오일 또는 다급 엔진 오일이라고 하는 오일로 저온에서 엔진이 기동이 쉽게 될 수 있도록 점도가 낮을 뿐만 아니라 고온에서도 오일의 기능이 변화없이 나타날 수 있는 오일인 5W-20, 10W-20, 10W-30 및 20W-40 등으로 표시된 오일이 보급되고 있다. 우리나라에서 사용되는 SAE분류에 따른 오일은 계절에 따라 달리 사용하고 있으며 다음과 같다,
가. 겨울철용: SAE#20W, SAE#10, SAE#20을 사용한다.
나. 봄, 가을철용: SAE#30을 사용한다.
다. 여름철용: SAE#40을 사용한다.
라. 전계절용: 가솔린 기관은 SAE#10W-30, 디젤 기관용은 20W-40을 사용한다.
2) API분류
API분류는 미국 석유 협회에서 자동차 운전 조건에 따라 가솔린 엔진용인 ML 및 MM과 MS의 3분류와 디젤 엔진용인 DG, DM, DS의 3분류가 있으며 각각의 용도는 다음과 같다.
가. ML(Motor Light)
엔진의 사용 조건이 가장 좋은 사용 조건으로 자동차가 대부분 보통의 속도와 부하로 운전되며 정상의 운전 온도를 유지하면서 슬러지(먼지가 모여 억겨있는 것 같은 현상), 마멸, 부식 등이 없고 좋은 연료를 사용하는 경우이다. 현재 이런 조건은 희망 사항이다.
나. MM(Motor Moderate)
엔진의사용조건이 ML과 MS와의 중간에 해당하는 즉, 약간 좋지 않은 사용조건으로 오일의 온도가 높아 침전물이나 베어링 부식의 문제가 생길 우려가 있으며, 고속 고부하에서 특히 좋은 양질의 연료를 사용하면 이상의 문제가 비교적 적은 경우이다. 그러나 정지와 출발을 반복하는 것에서는 이 정도의 오일로는 방지할 수 없다.
다. MS(Motor Severe)
엔진의 사용조건이 고온 고부하 때문에 유온이 높고 산화가 쉽게 발생되는 가장 가혹한 운전조건에서 운전이 이루어지거나 저온, 기동, 정지 운전으로 연료에 의한 희석이 많은 엔진에 사용된다.
라. DG(Diesel General)
디젤 엔진에서 운전조건이 유황분이 적은 연료를 사용하고 알맞은 온도와 부하에서 운전이 되며, 침전물의 문제가 없는 상태의 엔진에 사용되는 오일이다. 산화방지제, 방청제, 청정제 등이 첨가되고 있다.
라. DM(Diesel Moderate)
디젤 엔진에서 침전물이나 마멸이 일어날 경향이 많은 보통 연료를 사용하고 상당히 가혹한 조건 에서 운전되는 경우에 사용되는 오일이다. 운전조건, 연료의 선택, 엔진의 설계에 따라 다르기는 하지만 DS보다 윤활성의 요구가 심하지 않은 경우이다.
마. DS(Diesel severe)
디젤 엔진에서 고온, 고부하, 발차 및 정지 장시간 연속 사용 등의 가혹한 조건이며 또한 유황분이 많은 저질 연료를 사용하거나 터보가 달린 엔진 등 마멸이나 침전물이 많은 상태에서의 운전 조건에 사용되는 오일이다.
3) SAE신분류
미국 자동차 기술 협회에서는 미국재료시험 협회(ASTM), 미국 석유 협회 등과 협력하여 엔진 오일의 새로운 분류법을 완성하고 윤활유 제조 업자나 사용자가 모두 이에 따르도록 권장하여 현재에는 이 분류에 따른 오일이 사용되고 있다.
우리나라에서는 SAE신분류에 API구분류를 병기하여 쉽게 알 수 있도록 하여 사용되어 왔으나 최근에는 SAE신분류에 따른 오일을 사용하고 있다. 따라서 SAE신분류와 API구분류와의 관계는 다음과 같으며 가솔린 엔진용으로는 servic의 약자로 S자를 사용하고 디젤 엔진용으로는 Commercial의 약자인 C자를 사용하고 있다. 또 S나 C자 옆의 로마자는 그 순서가 낮을수록 윤활유 성능이 우수하다.
현재에는 SF, CF급 그 이상 생산 사용되고 있다.
| SAE신분류 |
API구분류 |
비 고 |
| SA |
ML |
가솔린 엔진용 |
| SB |
MM |
가솔린 엔진용 |
| SC |
MS |
가솔린 엔진용 |
| SD |
MS |
가솔린 엔진용 |
| CA |
DG |
디젤 엔진용 |
| CB |
DM |
디젤 엔진용 |
| CC |
DM |
디젤 엔진용 |
| CD |
DS |
디젤 엔진용 |