자동차에서 윤활을 필요로 하는 부분으로서는 엔진과, 차체 그리고 변속 및 주형장치로 대별되며 엔진만의 윤활을 위해서는 엔진유가 필요하고 차체나 변속 주형장치는 그리이스 및 기어유가 사용된다. 특히 자동차윤활에서 가장 가혹한 조건으로 윤활되고 또한윤활문제로 고심하는 엔진 윤활은 엔진의 구조나 윤활방식 또는 사용연료등엥 따라 윤활상태가 크게 달라질 수도 있으나 윤활이 기본원리와 목적은 대동소이하다. 자동차엔진, 특히 가솔린엔진에서 윤활을 필요로 하는 부분은 베어링, 실린더 및 캠부분등으로 나눌 수가 있으며 이런 부분의 윤활은 극히 가혹한 상태에 놓이게 된다. 따라서 이와 같은 문제들을 고려하면서 가솔린엔진윤활의 제문제점과 엔 진유에 요구되는 성능에 대하여 고찰하여 보고자 한다.
자동차엔진의 고성능화 및 경량화는 지속적으로 추구되어 왔으며, 향후에도 배기가스 저감 및 연비향상등의 문제 해결을 위한 기술개발이 지속될 것으로 예상된다. 이와 같은 엔진의 지속적인 성능향상에 따라 엔진유의 요구성능도 증가일로에 있는데, 특히 엔진유에 가해지는 열부하의 증대로 고온산화에 의한 열화가 촉진되기 때문에 이와 관련된 엔진유의 고성능화가 절실히 요구되고 있다. 국내에서도 가솔린엔진유의 신규격인 API SH 및 ILSAC GF-1 규격을 만족하는 신제품들이 개발되어 상업화되어 있다. 그러나, 이러한 고성능제품들의 성능이 구규격 제품인 API SG, SF, SE, SD 등의 제품과 어떻게 차이가 있는지에 대한 체계적인 연구가 되어있지 못한 실정이다. 본보에서는 성능등급이 서로 다른 가솔린엔진유에 대한 성능차이를 조사하기 위하여 수행항 실험결과를 보고하고자 한다.
가솔린엔진유를 통한 저연비화 기술, 문제점, 대응기술 등의 동향에 관하여 기술하였다. 저연비화 기술에는 저점도화 및 마찰저감제의 첨가에 의한 방법 등이 있으나, 실제 여타 성능을 향상시 키면서 저연비화한다는 것은 매우 어려운 일이다. 우선, 고점도지수, 저휘발성을 가지는 고정제 기유 및 합성유인 PAO 등의 사용을 검토해야 하며, 여타첨가제가 연비에 미치는 영향도 충분히 고려해야만 한다. 또한, 가장 중요한 Cost의 면을 포함하여 시장의 요구를 십분 반영한 전반적인 성능 검토가 필요하다고 하겠다.
자동차의 설계 및 재질의 변경을 통한 연비향상이 지속적으로 진행되고 있는 가운데 최근 엔진유의 지점도화를 통한 연비향상이 주목되고 있다. 엔진유를 통한 연비향상에는 저점도화를 통한 유체윤활영역에서의 마찰손실 감소와 저마찰첨가제의 사용을 통한 방법이 있는데, 최근 저마찰형으로 설계된 엔진에서는 후자보다는 전자의 효과가 큰 것으로 알려져 있다. 그러나, 저점도화에 따른 문제점도 수반되는 바, 엔진유의 설계시 윤활기유의 선택 및 첨가제의 처방의 주의하여야만 한다. 현재 국내에서는 10W/30 및 10W/40이 주종이지만 향후 연비향상에의 요구에 부응하고 가혹해질 ILSAC 규격을 만족하는 제품개발을 위해서는 고성능기유를 조속히 확보할 필요가 있다. 본고에서는 최근 개발되고 있는 VHVI기유의 사용을 통하여 가솔린엔진유를 고성능화하고자 수행한 연구개발과정에서 얻어진 결과를 보고하고자 한다.
연료유(가솔린, 디이젤 연료, 천연가스)의 성능평가 방법으로서 기존 ASTM 표준엔진 시험방법에 많은 단점들이 지적되어 그동안 이를 대체할 수 있는 방법에 관하여 많은 연구가 진행되어 왔다. 본 고에서는 그동안 연구되어온 이들 사항들을 요약 정리하여 서로를 비교코저 하였다. 새로운 여러가지 평가방법들은 석유정제공정의 품질관리, 자동차 생산현장에서의 엔진시험, 연구, 자동차 배기가스 영향 등의 대기환경 연구 등에 필수적으로 사용될 수 있을 것으로 생각되며 해외에서는 최근 이들 방법들의 상업화된 기기의 개발과 시판 사용이 1990년대 접어들면서 급격히 증가하고 있는 실정이다. 이들 방법들은 기존의 ASTM 표준엔진 시험 방법의 여러 가지 난점을 극복키 위해 보다 신속, 정확하고 적은 시료의 양, 측정 가동의 편이성, 저렴한 운용 관리비, 많은 시료의 연속적인 측정 용이, 기존 시험엔진에 비해 저렴한 측정기기 가격 등 많은 장점을 보유하고 있다. 특히 자동차 관련 연구소의 엔진시험분야에서 배기가스에 미치는 연료 조성 및 물성의 영향과 동력학적 성질의 예측 등은 매우 중요하리라 생각된다. 그러므로 관련분야의 품질관리, 연구개발을 위해 본고의 내용이 도움이 되었으면 한다.
세계적인 배출가스 규제의 강화와 함께 화석 연료의 매장량 감소와 유가 상승은 새로운 엔진 기술 개발을 촉진시켰다. 가솔린 직접 분사(GDI; Gasoline Direct Injection) 엔진은 연료를 직접 연소실에 공급하고 정밀한 연소제어를 통해 공연비가 희박한 혼합 상태에서도 연소가 가능하게 하였는데, 이러한 방식은 기존 포트 분사 엔진보다 연비와 출력을 모두 향상시킬 수 있다. 하지만 GDI엔진은 디젤 엔진의 경우와 마찬가지로 soot 발생률이 높아짐에 따라 입자상 물질의 배출이 증대되는 문제를 안고 있다. 이러한 문제를 해소하고자 본 연구에서는 가솔린 입자상 물질 필터(GPF; Gasoline Particulate Filter)를 개발하여 입자상 물질의 배출정도를 저감시키고자 하였다. 필터의 설계 효율에 따라 3가지의 Metal foam 필터와 단일 Metal fiber 필터를 실험에 적용하여 PM과 PN의 저감률을 비교하였다.
In order to develop a fuel-efficient gasoline engine oil, an experimental study was conducted using an engine dynamometer, a passenger car and the SRV machine. Oil samples with different viscosity were prepared by adding several friction modifiers to select the best one and also to investigate the effect of the viscosity grade. From the study, we have developed engine oils which result in good fuel economy. The viscosity grade of 7.5W/30 was best among the oils investigated with respect to fuel economy and a fatty amine type friction modifier had the good fuel-economy property.
ILSAC GF 3/API SL specification will be adopted in July 2001. The background and characteristics of GF3 specification is reviewed. GF3 specification consists of five new engine tests, two new bench tests and new limits on three bench tests currently used to define ILSAC GF-2. GF 3 engine oil shows good performance compared to GF2 engine oil in fuel efficiency, protecting ability the emission catalyst and high temperature oxidation stability.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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