"엔진 오일을 너무 빨리 교환하면 단지 돈을 낭비하는 것이지 해가 되지는 않는다."
소위 값싼 보험론이죠.
이 글은 위 명제가 기술적으로 맞지 않음을 보여주는 연구 결과들을 소개하는 글입니다.
엔진오일 교환 직후부터 마모금속이 다량 검출되며,
대략 5천km 이상부터 엔진오일의 내마모성이 높아지고 엔진 마모 금속 검출량이 줄어든다는 것입니다.
따라서, 엔진 오일을 너무 빨리 교환하면 오히려 엔진에 해가 된다는 것이죠.
주)
- 이 글의 범위는 "엔진오일 사용 기간에 따른 엔진 내마모성의 변화"에 국한됩니다.
- 엔진오일 교환 주기에 관한 전반적인 주제 또는 다른 주제는 별도의 글에서 다루어졌으면 합니다.
- 1마일 = 약 1.6km (정확히는 1마일 = 1.6 09344km)
3천마일 = 약 4,828 Km
1. 엔진오일 교환 후 초기 3천마일 구간에서 엔진 마모 금속이 더 많이 발생하는 현상
1.1 오일분석이란?
엔진오일분석은 엔진오일 샘플을 채취하여 여러 측정 방법을 통해서 오일의 성분과 함량을 측정하는 방법입니다.
엔진오일분석 결과는 오일의 상태 및 수명을 알려주며, 마치 혈액 검사처럼 엔진의 건강 상태를 알려줍니다.
엔진오일분석 결과에는 오일에서 검출된 마모금속량(철,알루미늄,구리 등)이 나옵니다.
엔진오일분석에 대한 더 자세한 설명은 이 글을 참고 하시면 됩니다.
"엔진오일의 사용유(used oil)분석"
http://cafe.naver.com/mecha4222/65
1.2 사용유 분석에서 나타나는 보편적인 마모 데이타의 사례
다음은 엔진오일 교환 후 3천마일(약 5천km) 구간에서 엔진 마모 금속이 더 많이 발생하는 현상을 보여 주는 사례들입니다.
사례 1. "국내차량의 사용유 분석결과(쌍용 순정오일, 엑티언 디젤)" - 엔불진 카레 글
쌍용 엑티언 디젤 차량에서 사용한 쌍용 순정오일에 대한 사용유 분석 결과입니다.
5,000 km, 10,000 km의 2번에 걸쳐서 사용유 분석을 결과입니다.
사용유 분석 결과를 보면...
첫 5천Km 주행 동안 발생한 금속마모분(Fe)의 양이 이후 이후 5천Km 주행 동안 발생한 양의 10배 정도로 나타납니다.
출처: http://cafe.naver.com/mecha4222/468...
신유: 1 ppm
5천K 주행 후 : 24 ppm (발생: 21 ppm)
1만K 주행 후 : 26 ppm (발생: 2 ppm)
사례 2. 모빌1 5W30 Super-Syn 구간당 오일분석 실험(총 18,000마일) 요약 (2002~2003)
1만8천 마일을 운행하면 매 1,000 마일 사용유분석(UOA)을 통해 마모금속량을 측정한 장기 연구입니다.
출처: http://www.brianschreurs.org/neptun... (Interpreting Wear Metals 섹션)
결과:
- 마모 금속은 모든 테스트의 과정을 통해 지속적으로 축적되지만,
- 오일교환 후 초기에 마모 금속성분이 매우 많이 발생하고,
- 약 3천 마일 이후부터 구간당 검출량이 "현저히" 줄어드는 것으로 나타남.
* 그래프에서 노란 타원 점선(오일 교환 직후~약 3천마일(5천km)까지)
- 누적 금속 성분은 증가하다가 12,000마일에 오일필터를 한번 교환후 줄어듭니다.
- 오일교환 후 초기(그래프에서 노란 타원 점선 구간, 오일 교환 직후~약 3천마일까지)에 마모 금속성분이 매우 많이 발생하고,
약 3천 마일 이후부터 구간당 검출량이 "현저히" 줄어드는 것으로 나타납니다.
- 12,000마일 시점에서 누적 금속 성분이 조금 줄어든 것은 그 시기에 오일필터를 교환했기 때문이라고 합니다.
1.3 사용유 분석 마모 데이타의 특성 정리
요약하면 아래 그래프에 나타난 것처럼 엔진오일 교환 후,
- 첫 3천 마일 구간에서 마모 금속이 많이 검출되고
- 이후 현저히 줄어들고 그 상태가 유지되다가
- 너무 오래 사용하면 다시 마모 금속 검출이 늘어남
이런 현상은 왜 발생하는 것일까요?
2. 오래 사용한 오일의 내마모제 특성의 변화를 연구한 논문들
엔진오일에 가장 많이 사용되고 또 가장 효과적인 내마모 첨가제는 ZDDP라고 합니다.
먼저, 연구 결과들을 간단히 요약하면:
- ZDDP는 엔진 내에서 마찰, 열, 압력 그리고 약간의 산에 의해 분해되면서 표면 보호필름(Tribo Film)을 형성한다.
- 이 보호필름을 구성하는 성분은 시간이 지나면서 더 내마모성이 강한 성분으로 바뀌고 필름의 두께도 두꺼워진다.
- 이러한 변화로 인해 대략 3천마일(약 5천km) 이후 사용유에서 형성되는 보호필름의 내마모성은 현저히 증가한다
2.1 SAE논문: 오일 교환 주기가 밸브 트레인의 마찰과 마모에 주는 영향
"The Effect of Oil Drain Interval on Valvetrain Friction and Wear (SAE TECHNICAL PAPER)"
Paper #: 2007-01-4133
Published: 2007-10-29
작성자: Ford Motor Company와 ConocoPhillips Company 직원들
출처: http://papers.sae.org/2007-01-4133/...
번역본: http://blog.naver.com/sghyunsu/2205...
SAE논문: 오일 교환 주기가 밸브 트레인의 마찰과 마모에 주는 영향 (부분번역)
SAE논문: 오일 교환 주기가 밸브 트레인의 마찰과 마모에 주는 영향 (번역요약)The Effect of Oil D...
blog.naver.com
이 연구의 목적은 오일 교환 주기에 따라 마찰과 마모 성능이 어떻게 바뀌는지를 알아보는 것이었다고 합니다.
요약:
- 교환주기가 1만2천 마일인 사업용 차량들(fleet vehicles)의 엔진 오일 샘플들을 분석
- 분석 결과에 따르면 오래 사용된 오일(이하, 사용유)에서 새 오일(이하, 신유) 대비 마찰은 10-15% 정도 줄고
- 더욱 중요한 것은 마모율은 수십 배나 더 줄어드는 것으로 나타남
- 금속 표면에 형성되는 표면필름(tribochemical film)을 분석 결과, 신유와 사용유의 표면필름의 화학적 조성은 서로 상당히 다르다는 것도 관찰됨
결론:
- 이전 연구들의 결과와 마찬가지로, 사용유가 더 낮은 마찰과 매우 향상된 내마모 성능을 제공하는 것으로 나타남
- 3천마일 사용유에서 형성된 표면필름의 화학적 조성은 1만2천 마일 까지 유지됨.
1) 실험 방법 (EXPERIMENTAL DETAILS)
이 연구에서는 라스베가스에서 3대의 차량을 3천마일에서 1만마일의 다양한 오일 교환 주기로 운행하며 사용유 샘플들을 채취하여 분석하였다.
사용된 차량 및 장소:
- 포드 크라운 Victoria® (4.6L 2v 엔진) 3대 (사업용 차량)
- 미국 라스 베이거스
- 각 엔진은 각각 다른 한가지 윤활유만 사용했다.
사용된 윤활유:
(a) RO207, a GF-3 quality 5W-20 factory fill oil with 0.10% P,
(b) RO243, a GF-4 quality 5W-20 factory fill oil with 0.08% P
(c) RO208, a prototype 5W-20 GF-4 capable oil containing 0.05% P
* 3000, 5000, 7500, 10000, 15000 마일 주기로 엔진오일 샘플 채취.
2) 신유 vs 사용유 - 마모(a), 마찰(b) 시험 결과
모든 오일에서,
- 신유의 마모율이 사용유들 보다 현저하게 높았다.
- 신유의 마찰 토크가 사용유들 보다 높았다.
- 신유의 경우 테스트 시간과 비례하여 마모량이 늘었지만,
- 사용유들의 경우에는 거의 일정하게 낮은 마모율이 유지됬다.
3) 신유 vs 사용유 - 표면필름의 두께 및 성분 측정 결과
아래 사진에서 내마모 필름 성분은 밝은색 점들로 나타납니다.
신유의 경우, 표면 필름이라기 보다는 점들이 모인 것으로 나타났고,
사용유의 경우에는 상당히 더 두껍고 균일한 밝은 회색의 면으로 표면 필름이 형성된으로 나타났다.
모든 오일에서,
- 신유와 사용유의 표면필름 전자 분광 이미지는 상당히 다르게 나타남.
- 신유의 표면필름의 두께 및 영역보다 사용유들이 더 두껍고 넓게 나타남.
- 표면필름 구성 성분은 신유와 사용유가 각각 달른 것으로 나타남. (원문 참조 바람)
2.2 기타 논문들
위 SAE 논문은 이 주제와 관련한 논문중 가장 많이 알려진 대표적인 논문입니다.
이 주제 관련 논문들은 굉장히 많이 있습니다. 본 주제 관련 내용이 나오는 최근 논문들을 몇 개 소개해드립니다.
1) "INFLUENCE OF ARTIFICIALLY AGED ENGINE OIL ON THE REAL TIME WEAR AND THE TRIBOFILM FORMING
IN THE PISTON RING-CYLINDER LINER CONTACT"
Proceedings of the 42nd Leeds-Lyon Symposium on Tribology (September 7-9, 2015)
출처: http://leeds-lyon.sciencesconf.org/...
RESULTS (결과)
Wear measurement results showed a significant change in wear behavior of cylinder liners when lubricated with artificially
aged oil compared to fresh engine oil. Constant wear rates decreased notably for the liners lubricated with the artificially
aged oil.
마모 측정 결과, 신유에 비해서 인위적으로 만든 사용유로 윤활을 했을 때 실린더 내벽의 마모 특성에는 상당한 차이가 있었다.
인위적으로 만든 사용유로 윤활을 했을 때 실린더 내벽의 마모율은 뚜렸하게 감소했다
CONCLUSIONS
The observed wear behaviour is attributed to the differences in the tribofilms formed by fresh and artificially aged oils.
이러한 마모특성은 신유와 인위적으로 만든 사용유에서 형성되는 표면필름의 차이에 의한 것이다.
2) Wear and sulphur chemistry of the tribolayer
40th Leeds-Lyon Symposium on Tribology & Tribochemistry Forum (2013 September 4-6)
다운로드: http://tribo-lyon2013.sciencesconf....
신유와 사용유를 각각 사용했을때 실린더 내벽의 마모부위에서 발견되는 성분을 분석.
신유의 경우 황산염(Sulphides) 형태가 발견된 반면 사용유에서는 황화물(sulphates)이 발견됨.
피스톤링의 마모율은 사용유보다 신유로 테스트했을 때 높음.
이는 마모표면의 성분의 황산염(Sulphides)/황화물(sulphates) 비율과 연관이 있음.
3) "COMPARISON OF TRIBOMETRICAL AND REAL ENGINE TESTING FOR THE WEAR OF PISTON-RING CYLINDER-LINER CONTACT"
PAPER REF: 3140, 15th International Conference on Experimental Mechanics (22-27 July 2012)
다운로드: http://paginas.fe.up.pt/clme/icem15...
피스톤링 마모 테스트 결과....
사용유의 경우 마모율은 0.5~0.6 nm/h, 신유의 경우 3.7 nm/h (약 7배 높음)
4) "Mechanisms of antiwear tribofilm growth revealed in situ by single-asperity sliding contacts"
Science Journal Impact Factor & Information (03/2015)
다운로드: https://www.researchgate.net/public...
표면필름의 체적(Volume)이 슬라이딩 횟수, 압력, 온도에 비례하여 증가한다는 연구 결과.
3. 맺음
오일 교환 주기를 논할 때 우선적인 전제는 엔진과 관련 장치에 문제가 없다는 것입니다.
예를 들어, 냉각수/연료/먼지의 유입이 허용치를 초과하는 엔진 상태라면 엔진 오일 교환 주기를 더 짧게 가져가야 합니다.
물론, 원인을 찾아서 대응 수리를 하는 것이 먼저일 것이구요.
그래서 내 차의 사용유 분석을 통해서 엔진의 건강상태와 엔진오일 수명을 알아 보는 것은 ...
매우 가성비가 높고 과학적인 최선의 내 차 관리 방법입니다.
* 사용유분석은 국내에서 신청이 가능하며 대략 5~6만원 정도 합니다. 엔진오일 한번 교환하는 비용 정도죠.
여기를 참고해 보세요.
"엔진오일 재미있는 분석" 카페
http://cafe.naver.com/lubeanalysis
[엔진오일 재미있는 분..] 카페로 초대합니다.
cafe.naver.com
끝으로,
3천Km~5천km 교환 주기는 종교 또는 미신이지 과학은 아닌 것으로 판단합니다.
게다가 이렇게 빨리 오일을 교환하면 조금이라도 엔진에 마모가 더 발생한다는 것이구요.
엔진오일의 내마모성이 더 강해져서 엔진 마모가 거의 발생하지 않게 되는 무렵에...
굳이 돈까지 들여서 엔진오일을 교환한다면... 그야 차 주인 마음이죠.
그러나,
3천Km 주기로 교환한다.. 또는 교환하는 것이 좋다... 라는 글을 써서 공개 게시판에 올리는 것은 전혀 다른 문제입니다.
그냥 자기 맘대로 교환주기를 가져가면 되지...굳이 글로 써서 올리는 목적이 뭘까요?
1. 사례 1의 구간별 마모량 관련
우선, 차량마다 기준이 좀 다르지만 10,000 km 에서 철의 마모 금속량 26 ppm 정도면 문제가 있는 수준은 아니라고 합니다.
사례1은 5,000km마다 교환하면 10,000 km 교환 시 보다 대략 2배 정도 엔진마모가 더 많이 발생하게 된다는 겁니다.
사례 1의 데이타를 기초로 계산해서 비교해보면...
1) 10,000 km 교환주기(OCI) 경우의 마모 금속량 : 26 ppm
2) 5,000 km 교환주기(OCI) 경우의 마모 금속량 : 48 ppm ( 24 ppm X 2번 교환)
만약, 차량의 총 주행거리를 15만km 라고 가정해보면...
1) 10,000 km OCI 시 총 마모 금속량 합계 : 26 ppm X 15번 교환 = 390 ppm
2) 5,000 km OCI 시 총 마모 금속량 합계: 24 ppm X 30번 교환 = 720 ppm (약 1.85배 더 많음)
마모 금속은 오일 교환 직후에 가장 많이 발생하는 것을 고려한다면...
만약 3천km 교환 주기라면 마모 금속량은 총 발생 마모 금속량은 1만Km 교환 주기의 경우 보다 대략 2.5~3배 가량 된다는 것입니다.
본인의 차를 오래 타고 싶은 경우에는 이러한 차이는 중요한 고려 사항이 될 수 있다고 봅니다.
2. 마모금속들을 계속 가지고 탈때 엔진오일의 오염을 가속화시켜 슬러지가 남는게 아닌지.. 관련
1) 슬러지의 생성 요인은 원 글의 댓글 중에 네바퀴님이 쓰신 것처럼 ...
"슬러지문제는 제1요인이 수분과의 반응으로 형성됩니다.
요즘 엔진오일제품들은 과도하게 교환주기를 늦추지 않고선
엔진오일을 오랫동안 교환하지 않았다고 슬러지가 발생하는 경우는 드물다고 알고있습니다.
엔진오일 교환주기 문제라고 판단하기전에
슬러지 문제는 냉각수유입을 찾아 수리하는게 정답이라고 생각합니다."
2) 오일교환주기와 슬러지에 대해서
엔진오일을 자주 교환하게 만들고 싶을 때.. 이런 사진들을 자주 보여주죠.
위 사진은 매우 유명한 2000년대 초기 토요타 엔진 슬러지 문제 사진입니다.
문제는 불량 PCV 시스템이 었습니다.
제가 지금까지 축적한 정보와 지식에 따르면 메뉴얼의 오일교환주기를 지켰을 때 슬러지가 발생한다면..
그건 엔진에 다른 문제(PCV 시스템 문제, 냉각수 유입등)가 있다는 것이고 이에 맞는 수리를 해야한다는 것입니다.
정상적인 엔진과 국제 규격을 승인 받은 엔진오일을 사용하는데 3천~7천km 정도 사용했다고 슬러지가 발생한다고 하는 것은 ...
전문 지식이 없는 일반 오너들을 호도하는 것이라고 생각합니다. 전문가라면 절대 이러면 안되죠.
정상 엔진에서 매뉴얼의 오일 교환 주기를 지켰을 때 슬러지 발생할 가능성은 거의 없다고 생각합니다.
가. 슬러지에 대해서는 엔불진 카페매니저 님의 글을 한번 보세요.
"엔진오일 슬러지의 생성"
http://cafe.naver.com/mecha4222/341...
나. "모빌2" 회원님이 올려주신 사진을 보세요. 이런 차도 슬러지 하나도 안보입니다.
-매 15000k 마다 교환
-주행키로수.308300k
-합성유 사용한적 없음
출처: "03년 체어맨 31만키로 잠바커버탈거후 사진"
http://cafe.naver.com/mecha4222/305...
다. Sequence VG, D6593 - ASTM 엔진내부의 청정성 시험
예를 들어, 엔진오일이 API SL/SM/SN, ILSAC GF-3/GF-4/GF-5 인증을 받은 제품이라면...
이 테스트를 통과했다는 뜻입니다.
즉, 정상 엔진에서 엔진오일을 대략 1만Km 이상 사용해도 슬러지가 생기지 않음을 검증 받은 품질이라는 것입니다.
그러니 3천~5천Km 사용한다고 해서 슬러지가 생긴다는 것은 뭔가 다른 목적을 가진 주장 또는 미신이지... 과학적인 주장은 아닙니다.
이 테스트는 3가지 RPM (1,200, 2900, 700) 한 싸이클로 총 216 시간을 가동후,
엔진 각 부위의 슬러지,바니쉬 등을 측정하여 합격/불합격을 판단하는 겁니다.
216시간 X 50 Km/H = 10,800 Km
216시간 X 70 Km/H = 15,120 Km
216시간 X 100 Km/H = 21,600 Km
3. 마모 금속량과 오일 필터 교환 주기에 관해서
우선 오일 필터 수명은 제품에 따라 약 5천km ~ 2만Km 정도인 것으로 나옵니다.
순정 오일필터의 교환 주기는 매뉴얼에 달리 명시되어 있지 않는 한 엔진 오일 교환 주기와 같다고 보는 것이 타당하다고 합니다.
보통 매뉴얼에 명시된 주기로 엔진 오일을 교환하는 경우라면 그때 같이 오일필터도 교환하면 된다고 생각합니다.
그럼, 정말 1만 마일 이상의 교환 주기의 경우에는 그전에 오일필터를 교환하는 것이 더 났지 않은 가? 에 대해서는..
저도 잘 모르겠습니다.
제가 아는 것은,
- 오일과 달리 오일 필터는 빨리 교환한다고 해가 되지는 않는다.
(단, 필터들은 초기 상태보다 조금 지나야 여과율이 올라간다고 합니다)
- 오일 필터에는 포집 용량이 있고 따라서 실제 발생하는 마모금속량과 기타 이물질들의 양에 따라서 필터의 수명이 결정된다.
- 실제로 오일 필터 교환 없이 1만 마일 교환 주기로 오일을 교환하는 수입차들이 있다는 것과
- 오일 필터 교환 없이 대략 최소 1만km 주기로 오일 교환하는 데 아무런 문제가 없는 무수히 많은 사용유 분석 결과들입니다.
사용유 오일분석 결과들을 보면,
- 처음엔 5천~7천 주기로 오일을 교환하다가
- 사용유 오일분석 결과에 따라 점차 오일 교환 주기를 연장하여
- 1만 5천Km 주기로 오일과 필터를 교환하는 차들의 사례가 많습니다.
4. 철의 마모량에 대해서
마모 금속량의 기준은 차량마다 다르다고 합니다. 그래서 한 두 숫자로 말하기 어렵다고 합니다.
철의 경우 1만 마일 기준으로 대략 30~60 ppm 정도 발생하는 것이 보편적인 정상 범위라고 합니다.
보편적인 기준을 설명하기는 어렵기 때문에 사례를 통해서 마모금속량에 대한 기준을 설명해봅니다.
아래의 사용유분석 사례는 로커암의 심한 마모로 철과 크롬의 금속 검출량이 발생한 경우입니다.
차량: 2007 포드 Expedition 5.4L V-8 engine
오일사용기간: 6,000마일
차량의 총 주행거리: 121,923 마일
사용유분석 결과를 보고 엔진을 점검해보았더니 로커암에 문제가 있었고 캠이 마치 80 그릿 샌드페이퍼로 문질러 논것 같은 상
태였다고 합니다.
출처: http://www.blackstone-labs.com/News...
