-엔진오일의 기술자료-
엔진오일을 비교할 때, 가장 중요한 것은 기술 자료를 비교하는 것이다. 어떤 오일이 최고의 엔진 보호성능과 윤활성능을 가지는지를 구별하는 유일한 방법이다.
ASTM 테스트 항목
1. 100도씨에서 동점성
2. 40도씨에서 동점성
3. 점도지수 (VI)
4. 냉간 크랭크회전 모사시(CCS) 외견상 점도
5. 소형회전 점도계 측정
6. 펌프가능 온도 경계라인 측정
7. 흐름점 측정
8. 발화점(flash point)
9. 연소점(fire point)
10. NOACK 휘발성 테스트
11. 고온/고 전단 점도 측정
12. 4 Ball 마모 테스트
13. Total Base Number (TBN) 총 알칼리도(PH)
대부분의 오일 제조업체들은 위의 기술자료 중 3분의 2만 제공할 뿐이고, 대부분 그 수치도 항상 일정하지가 않다.
몇몇 제조업체들은 기본적으로 아무런 의미도 없고, 다른 오일과 비교시 사용될 수도 없는 몇 가지 눈에 보이는 수치들만 제시한다.
이것은 제품 비교를 어렵게 하는 요소이지만, 비교가 전혀 불가능한 것은 아니다.
최고의 오일을 선택하기 위해서 어떤 수치가 중요한 것인지 찾아봅시다.
여러분이 가장 쉽게 찾을 수 있는 수치는 위에 언급된 13개의 수치들 중, 오일 제조회사의 기술 자료에서 볼수 있는 약 11개 정도의 항목이다. 이 기술 자료는 8~9개 테스트 항목이 있는 것과 별반 차이가 없다.
어떤 회사는 이 11개의 항목 중 적어도 2, 3개의 항목은 회사의 기술 자료에서 보이지 않을 것이고, 생략되는 테스트 항목 또한 매번 바뀐다. 어떤 회사는 NOACK 휘발성 수치를 뺄수도 있고, 다른 회사는 TBN 수치를 뺄수도 있는 것이다.
어떤 회사는 그 수치가 불필요해서가 아니라, 여러분이 그 수치가 무엇을 의미하지 아는 것을 원하지 않기에 생략해 버린다.
그 수치를 얻기 위해서 여러분은 전화를 하거나, 이메일을 보낼수도 있지만 그 수치를 얻기가 그리 쉽지 않다.
물론, 회사에 따라 그 수치가 특정 목적으로 사용되는 오일을 평가하는데 부적절하다고 판단하거나, 대부분의 사람들이 그 수치의 의미를 모를 것으로 생각하여 뺄 수도 있다.
이런 경우에는 해당 회사로 연락하면 기꺼이 정보를 제공해 줄 것이다.
각 수치는 미국의 표준화된 ASTM 테스트 기법을 사용하고, ASTM 테스트 번호가 부여 되어있다.
테스트 결과를 비교할 때는 ASTM 테이터 수치가 제공되어야 하고, 똑같은 테스트 조건으로 비교되어야 함을 절대 잊지 말아야 한다.
가장 일반적으로 찾을 수 있는 항목은 100도씨와 40도씨에서 동점성, 점도지수, 냉간 크랭크 모사시 외견상 점도, 소형회전 점도계 측정 점도, 흐름점, 펌프가능온도 측정, 발화점, 연소점, TBN, 그리고 고온/고 전단성 측정 수치들이다.
테스트 항목 중 NOACK 휘발성 테스트와 4 Ball 마모테스트는 매우 중요하다. 일단 쉽게 얻을 수 있는 11개 항목들부터 정의 해볼까 합니다.
이 정의는 최소한 여러분들에게 오일의 성능과 특징에 대해 분명한 기준을 제시해줄 것이다.
1. 40도씨에서 동점성 (ASTM D-445 테스트조건)
이 테스트는 오일의 점도 등급을 분류하기 위해 이용되지는 않고, 오일의 점도지수(VI)를 설정하기 위해서 사용된다.
하지만, 점도지수(VI)는 이미 기술 자료에 제시되므로 이 수치는 무시해도 좋다.
2. 100도씨에서 동점성 (ASTM D-445 테스트조건)
이 테스트는 오일의 점도지수(VI)를 결정하는데 매우 중요하다. 이것 또한 오일점도 분류와 점도지수가 결정된 마당에 더 이상 볼 필요는 없다.
3. 점도지수(VI) (ASTM D-2270 테스트조건)
점도지수(VI)는 넓은 온도 범위에서 일정한 점도가 파괴되지 않고, 유지되는 능력을 말한다.
점도지수(VI)가 높을수록 오일은 점도를 유지하는 성능이 더 우수하다.
필자는 130~140 이하의 점도지수를 가진 엔진오일은 구매하지 않을 것이다.
괜찮은 단급 오일의 점도지수(VI)도 최소 100은 넘을 것으로 본다.
점도지수(VI)에 관해 명심해 둘 것은 오일이 점도를 유지하고자 하는 능력이라는 점이다. 그러나 이 수치에는 얼마나 빨리 오일의 점도가 떨어지는지에 대한 정보가 전혀 포함되어 있지 않다는 것이다.
사실, 점도지수(VI)가 180인 오일 일지라도 몇 천km 동안만 그 점도지수(VI)를 유지 할수도 있다.
핵심중 하나는 합성오일 보다 석유(광유)계 오일이 훨씬 더 빠르게 점도지수가 떨어진다는 점이다. 이는 합성오일의 경우, 점도지수(VI)를 높이는데 상대적으로 훨씬 적은양의 점도지수(VI) 첨가제를 첨가하기 때문이다.
점도지수(VI) 향상제는 아주 쉽게 기능이 떨어질 수 있다.
그러므로 점도지수(VI) 향상제가 덜 들어간 오일일수록 시간의 경과에 덜 영향을 받는 것이다.
대부분의 기술 자료에는 점도지수(VI)를 표기한다. 만약 그렇지 않다면, 40도씨와 100도씨에서 똑같은 SAE 점도 등급의 오일과 동 점성을 비교해 보라.
두 온도사이의 점성수치 차이가 적은 오일 일수록 높은 점도지수(VI)를 가진다.
4. 냉간시 크랭크 모사(CCS), 외견상 점도(ASTM D-2602or 5293)
CCS 수치는 엔진의 시동성을 측정하는 방법으로 특정 온도까지 오일을 식혀서 크랭크샤프트가 회전하는 속도를 측정하는 것이다.
복합등급의 오일로 분류되기 위해서는 SAE J300 물리적 요구사항에 설명된 것처럼 CCS 테스트에서 일정 점수를 획득해야만 한다.
CCS 숫자를 읽을 때, 같은 온도 조건에서 그 숫자가 높은 오일이 저온 시동성도 좋다고 오해하지 않도록 해라.
만일 그렇다면 더 높은 수치가 더 좋을 테지만, 사실 그 반대이다. 여러분은 CCS 테스트에서 더 낮은 점수를 원해야 한다. 더 낮은 수치가 더 좋은 것이다. 이것은 오일의 점도를 측정하는 것이기 때문이다.
테스트 결과 오일의 온도가 낮으면 낮을수록 CCS 숫자는 더 높아진다.
CCS 숫자를 볼 때, 그 테스트 조건으로“온도”가 반드시 명시되어야 함을 주시하라.
항상 같은 온도조건에서 테스트 되는 것이 아니기 때문이다.
하지만, 점도 등급의 경우, J300 규정의 점도로 분류되기 위해서는 똑같은 온도조건에서 테스트되어야만 한다.
ASTM D-2602는 더 자동화된 측정 절차를 위해서 1993년에 업데이트 되었고, 새로운 D-5293 번호가 부여되었다. 하지만 두 차이점은 거의 없다.
두 테스트는 모두 여전히 사용되어지고 있고, 어느 것이 더 자동으로 쉽게 측정할 수 있느냐 하는 차이일 뿐이다.
중요한 것은 1999년 기준으로 SAE J300(점도등급을 분류하기 위한 요구 조건표)에 기술된 물리적 요구 조건들은 CCS 테스트에 의해 변경되었다.
테스트 절차는 변하지 않았지만, 특정 점도로 분류하기 위해서 필요한 수치는 변했다.
CCS 테스트 온도가“W" 분류에 대해 5도씩 감소했다. 추가로 cP 최고값도 2배로 증가 했다.
이러한 변경은 요즘 자동차의 엔진변화를 반영하기 위해 SAE에 의해서 소개된 것이다.
현재의 엔진들은 더 높은 오일점도 등급으로도 더 낮은 온도에서 시동이 가능하다.
결과적으로 자동차 메이커들은 어느 점도등급이 자신의 자동차에 사용되어야 하는지 결정하기 위해서 J300을 적용해야 하기 때문에, 새로운 엔진기술에 적용하기 위해서는 이 수치들을 업데이트 하여야만 한다.
새로운 J300 기준 적용은 2001년 6월까지 강제 사항은 아니었다.
따라서 그때 이후로 업그레이드 하지 않은 제품들은 세로운 테스트 조건을 반영한 자료를 가지고 있지 않을 것이다.
이것은 오일을 비교할 때 매우 중요하다. 만약 어떤 제품은 이 정보내용이 업데이트 되어 있고, 나머지는 아니라면 여러분은 어느 제품이 저온 시동성능이 좋은지를 결정해야 할 것이다.
-25도씨에서 3250의 점수를 얻은 오일이 -20도씨에서 3200점수를 얻은 오일 보다 아마 더 우수할 것이다. 이는 CCS 수치가 두 번째 오일이 더 낮더라도 처음 오일 보다 5도 높은 온도에서 측정되었기 때문이다.
5도씨 차이는 매우 큰 차이다.
5. 소형회전 점도계 (ASTM D-4684 테스트조건)
이 테스트는 CCS 테스트와 한 쌍이다. 두 결과의 조합으로 오일이 어떤 “W" 등급을 가질지를 결정하는데 도움을 준다.
반면에, CCS는 오일의 크랭킹 능력을 테스트하는 것이고, 이 MRV 테스트는 오일의 펌핑 능력을 테스트하는 것이다.
달리말해, 얼마나 쉽게 엔진부품들이 오일로 인해 잘 돌아가느냐가 아니라, 얼마나 쉽게 오일이 엔진 속을 잘 흐르는가의 정도를 테스트 하는 것이다.
CCS 테스트처럼 MRV 테스트에서도 더 낮은 cP 수치가 더 좋은 오일을 뜻한다.
6. 흐름점(ASTM D-97)
오일의 흐름점 온도는 용기를 5초 동안 기울여 오일이 움직임을 보이지 않을 때의 온도보다 약 3도 높은 온도이다.
흐름점은 오일이 실제 흐를 수 있는 가장 낮은 온도이다.
이것은 이온도에서 엔진이 쉽게 시동될 수 있다는 것을 의미하는 것은 아니다.
단지 이온도에서 어느 정도로 액체처럼 흐르느냐 하는 정도일 뿐이다.
-다음 사항을 명심하라-
흐름점 강하제가 필요한 오일은 그 오일이 추운날씨에 노출될 때 마다 조금씩 흐름점이 상승할 것이다.
이것은 흐름점 강하제의 수명이 다 되었기 때문이다.
합성오일은 흐름점 강하제를 첨가하지 않음으로 훨씬 오랜 기간 일정한 흐름점을 유지한다.
이 수치는 모든 기술 자료에서 볼수 있다. 물론 그 오일이 낮은 온도에서 작동을 하지 않는다면 이 수치는 덜 중요할 것이다.
하지만, 만약 추운 날씨에 작동될 오일의 흐름점 수치를 찾는다면 흐름점 수치가 반드시 있어야 한다. 만약 없다면 의심하라.
7. 펌핑 온도 경계라인
이 수치는 오일이 윤활보호 작용을 하기 위해 저온에서 적절히 흐를 수 있는 최저 온도이다. 추운날씨에 엔진이 제대로 작동되게 하기 위해서는 그 온도만큼 낮은 작동온도(유동점)를 가진 오일을 사용해야 한다.
예로, 북쪽지방에 사는 사람은 영하 -28도씨 이하의 BPT 수치를 가진 오일을 사용하는 게 좋다. 이 수치는 상당히 상식적임에도 여러분은 몇몇 자료에서 이 수치를 발견할 수 없을지도 모른다.
이 정보를 얻을 수 없다면, 이 수치가 흐름점 정도이거나 또는 5도씨 정도 더 낮다고 생각하면 된다.
8. 발화점
이 수치는 오일이 기화하여 작은 불씨에 순간적으로 탈수 있는 온도이다.
이 테스트에는 다른 조건과 요구사항들이 있지만, 핵심은 오일이 기화할 때 발화점에 다다른다는 것이다.
현재의 엔진에는 200도씨 이하의 발화점은 매우 부적합하다.
좋은 제품을 고르려면 최소 215도씨 이상인 제품을 선택해야 한다.
물론 고품질의 합성오일은 215도씨 보다 훨씬 더 높은 발화점을 가진다.
만약 이 수치가 없다면, 다른 오일을 선택하라. 이것은 없어서는 안되는 중요한 것이기 때문이다.
9. 연소점
이것은 순간적인 화염이 아니라 연속적인 연소가 가능할 만큼 증기를 방출하는 온도이다.
석유계 오일의 경우, 최소 215~232도씨, 합성유의 경우 260도씨 이상은 되어야 한다.
이 수치는 발화점과 흐름점 보다는 좀 덜 발견되지만 많은 자료에서 볼 수 있다.
10. TBN
이것은 얼마나 오일내의 산을 잘 중성화시키는지, 얼마나 오래 동안 지속할 수 있는지에 대한 상대적인 지표이다.
숫자가 높을수록 그 오일은 응축과 산화, 연소과정에서 생기는 산을 중성화 시키는 능력이 뛰어난 오일이다.
일반적으로 가솔린 오일은 5~8, 디젤은 9~14의 TBN 수치를 갖는다.
대부분의 프리미엄급 합성오일은 석유계 오일 보다 훨씬 높은 TBN 수치를 갖는다.
디젤오일은 반드시 TBN 수치를 공개한다.
가솔린 오일의 경우에는 의미 있는 수치임에도 이 정보가 종종 빠진다.
11. 고온/ 고 전단
이것은 엔진내부에서 발생하는 전단효과의 모사이다. 사실, 작동하는 크랭크샤프트 베어링속의 오일 점도를 모사하기 위해 디자인된 것이다.
D-4683은 베어링 시뮬레이터에 의해 테이퍼(점점 가늘어지는 모양)가 측정되고, 고온에서 오일의 응력을 모사한다.
여러분은 복합점도 석유계 오일이 품질향상을 위해서 긴 쇠사슬구조의 고분자를 사용하는 경향이 있다는 것을 기억하고 있을 것이다.
전단현상이 발생하는 높은 응력조건에서 이런 고분자들은 쉽게 파괴된다.
파괴되고 나면 오일의 점도 또한 감소한다. 이것을 고온/고 전단 테스트로 체크하고자 하는 것이다.
HT/HS 테스트는 CCS 테스트처럼 cP(점도단위)단위로 측정된다.
고열과 고응력(HP/HS) 상태에서 점도손실을 최소화 하고자 한다면, cP지수가 높은 상태로 남아 있는 것이 좋은 오일이다.
SAE 복합등급의 오일은 HT/HS 테스트에서 cP 수치에 대해 최저 제한이 있다.
즉 그 수치 이상을 획득하지 못하면, 그 점도등급을 획득할 수 없는 것이다.
예를 들어 SAE J300에 따르면, 15W-40 등급으로 분류되기 위해서 HT/HS 테스트에서 cP 수치가 3.7 이상은 되어야 한다.
-기술 자료상 찾아보기는 어렵지만 중요한 테스트 수치들-
오일을 비교할 때 중요하다고 여기는 5가지의 또 다른 중요한 수치들이 있다.
2개는 아주 중요하며, 많은 회사들이 이 수치를 공개 한다면 좋은 오일을 선택하는데 매우 필요한 자료가 될 것이다.
-NOACK 그리고 4 Ball 마모 테스트-
1. Noack volatility(고온 휘발성)
이 수치는 점점 기본 테스트 항목으로 되어 가고 있다.
그러나 오일의 품질을 결정하는데 있어서 관심 깊게 보아야 하는 가장 중요한 기술 자료인 것이다.
이것은 미국의 ASTM과 유사한 유럽의 테스트 기관에서 발표된 테스트 내용이다.
DIN은“독일 산업 표준”을 말한다.
미국에서 이 테스트를 처음 사용한 회사가 AMSOIL이다.
그 이후 이 테스트는 점점 더 산업표준화로 되고 있다.
사실, 오일 제조사들은 현대의 산업표준에 부응하기 위해서 반드시 NOACK 테스트를 실시해야 한다.
예로 디젤 엔진오일은 반드시 API CH-4 기준에 합당한 17% 이하의 NOACK 휘발성 테스트 점수를 획득해야 하고, 가솔린 엔진오일은 API SL 표준에 맞추려면, 15% 이하의 NOACK 휘발성 테스트 점수를 얻어야만 한다.
오일 제조사들은 API 요구등급을 얻기 위해서 반드시 이 테스트를 거쳐야 한다.
제조사들은 공개하고 싶지 않겠지만, 최소한 이 데이터 수치는 가지고 있어야 한다.
NOACK 테스트는 1시간 동안 250도씨의 고온 환경에 오일을 노출시켜, 1시간 동안 발생하는 오일 증발량을 측정하기 위해 고안되었다.
최종 수치는 오일이 휘발되고 남은 오일의 무게 비율로 측정 된다. 대부분의 합성오일이 10% 미만 휘발할 때, 석유계 오일은 15% 이상 휘발한다.
일반적으로, 점도등급이 낮거나 복합등급의 차가(0W-40 같은) 클수록, NOACK 휘발성 테스트에서 더 큰 오일 휘발성을 보여준다.
예를 들어, SAE 30등급은 SAE 60등급 오일보다 더 빨리 증발한다. 물론 0W-30은 10W-30 보다 더 빨리 증발할 것이다.
그 차이가 그리 크지는 않을지 모르지만, 차이점은 분명히 존재한다.
이것은 오일이 엔진보호를 덜 한다는 것을 뜻하는 게 아니다.
더 많이 증발한다는 것은 얼마나 엔진마모가 일어나느냐가 아닌 시간의 흐름에 따라 얼마나 많은 오일량이 소모 되는가를 알려주는 것이다.
2. 4 Ball 마모테스트
ASTM에 따르면, 이 테스트 방법은 4 Ball 마모테스트 기계를 이용해 미끄러운 접촉 마찰 상태에서 윤활유의 항 마모 특성을 측정하는 기초 평가 방법이다.
4 Ball 마모테스트는 접촉상태가 계속되는 엔진내부의 마찰 상황에서 윤활유가 얼마나 마모방지를 하는지 입증하는 테스트 방법이다.
4 Ball 마모테스트 결과를 발표하지 않는 회사들은 이 테스트가 실제로 엔진 내부에서 생길 수 있는 조건을 만족시킬 수 없으므로 오일 테스트용으로 유용하지 않다고 말한다.
엔진내부 부품들은 적절하게 윤활 보호막으로 보호되지 못할 경우에, 과도한 마모를 일으킬 수 있다.
즉 캠 샤프트, 리프터, 푸쉬라드 또는 오버헤드 캠, 엔진속의 캠샤프트와 로커아암, 피스톤과 실린더 등이 있다.
따라서 왜 윤활유의 항 마모 특성이 엔진마모와 무관하다고 말하는지 모르겠다.
아마도 대부분의 회사들이 4 Ball 마모 데이트 수치를 발표하지 않고, 제공하지 않으려는 이유가 바로 회사 이미지를 깍을수 있기 때문이라고 생각한다.
-마모 테스트 방법-
4 ball 마모 테스트는 세계의 고정된 베어링 위에 하나의 볼 베어링을 얹어서 회전시킴으로써 수행된다. 엔진오일은 베어링 사이에 윤활보호 필름 막을 만들기 위해 사용되고, 이 테스트는 다양한 온도, 압력, RPM조건에서 측정된다.
예로, 어떤 테스트는 40kg의 압력, 75도씨의 온도 그리고 1200 RPM에서 실시될 수 있고, 또 다른 테스트는 60kg의 압력, 150도씨의 온도 그리고 1800 RPM에서 테스트 된다.
후자의 테스트는 더 높은 압력, 더 높은 온도, 더 빠른 회전 볼베어링 상태에서 테스트되므로 전자 보다 더 가혹한 조건의 테스트 방법이다.
테스트의 결과는 세개의 고정되어 있는 볼들의 마모자국을 측정해서 그 평균값을 밀리미터 단위로“ 마모자국 측정” 수치를 얻는 것이다.
이 숫자가 작을수록 오일은 엔진내부의 마찰 접촉면을 더 잘 보호해주는 것이다.
이 테스트는 반드시 동일한 조건에서 실시되어야 한다.
낮은 온도, 압력, RPM은 높은 상태에서 보다 마모가 덜되기 때문이다.
-무엇을 찾아볼까?-
HT/HS 테스트와 NOACK 그리고 4 Ball 마모테스트는 어떤 오일이 윤활보호 성능이 뛰어난 오일인지를 알려주는 가장 중요한 테스트 항목이다.
어떤 경우에는 이 테스트가 더 혹한 상황일수도 있지만 오일들을 비교하는데 매우 중요한 방법이다.
여러분이 어떤 오일의 기술 자료를 얻고자 할 때, 명심해 둘 것은 기술자료에 이 정보가 빠져 있다는 것은 최소한 이 오일은 열등한 제품이라는 것을 알아야 한다.
혹 이 정보가 빠져 있다면, 그 테스트 결과 수치는 발표할 가치가 없거나, 소비자가 찾는 정보가 아니라고 생각하기 때문일 수도 있다.
[앰스오일코리아 자료제공]