윤활유 전문가이신 김보훈 박사님께서 엔진오일 소음에 대한 답변을 주신 내용이 있어 공유 드립니다.
오늘은 특정 오일을 사용하고 난 후 생긴 소음에 대한 의문이 있으셨던 분들이 보시면 좋은 정보가 될 것 같습니다.
Q. 특정 오일이 시끄러운 이유가 궁금합니다.
A.
이번 질문은 예전에 제가 다녔던 회사의 제품 중 기유 부분 100% PAO로 만든 제품이 있는데 사용하시는 분들이 성능에 만족을 하면서도 단점이 없던 소음이 발생한다는 질문에서 시작되었던 것 같습니다. 다양한 방법으로 고민을 하던 중에 피카몰 조형래 대표님과의 만남에서 이 부분에 대해서 고민을 하고 있다가 혹시 경험이 많으시니 원인에 대한 아이디어가 있으시냐고 물었을 때 바로 매질의 밀도와 음파의 주파수 차이가 아니냐라고 말씀을 주셔서 갑자기 아 맞다 그거구나 하면서 무릎을 탁 치고 감탄한 적이 있었습니다. 아르키메데스가 목욕탕에서 부력의 원리를 발견하고 유레카를 외친 것처럼 유레카가 절로 나오더라고요.^^ 역시 대단하십니다.
내용
소리의 전달 즉 음파에 대해서 말씀을 먼저 드리겠습니다. 소리는 우리가 이미 음파라고 얘기하고 있듯이 알다시피 파장입니다. 즉 에너지이죠. 과거에는 무지해서 이렇게 얘기하면 말도 안돼라고 했지만 지금은 어린아이들도 파장이고 에너지인지 다 알죠. 즉 주파수를 가지고 전달이 되는 겁니다.
그럼 이 에너지 파장은 어떻게 전달이 되냐하면 매개체가 있어야 전달이 됩니다. 즉 중간에 채워져 있는 물질인 매질이 있어서 전달이 되는 거죠. 공기 중에 소리가 전달되는 것도 공기라는 매개체가 있어서 전달이 되는 것입니다.
이런 전달 물질을 공기 중에서는 소리가 340m/s로 전달이 되고 수소 기체에서는 1270m/s, 액체인 물에서는 1700m/s (소리의 전달이 더 빠르나 사람의 귀로는 물 안에서 듣는 데 한계가 있어 전달이 잘 안된다고 느껴짐), 고체인 고무는 35m/s, 석고는 1500m/s, 유리 4100m/s, 철근 5300m/s 이렇게 매질에 따라 차이가 있습니다. 그 이유는 바로 분자구조 때문에 그렇습니다. 즉 매질의 분자구조가 조밀하게 구성이 되어 있고 일정하게 배열이 되어 있으며 경도가 셀 수로 소리 전도성이 큰 것이죠.
자 그럼 다시 엔진오일로 돌아와서 매질인 기유를 보겠습니다. 일단 비교로 미네랄 오일, PAO, 그리고 Ester만 비교해 보겠습니다.
구글에서 잘 표현한 곳이 있어서 그림만 캡처해 왔습니다. 네이버 카페에서 가져온 사진입니다.
* 출처 : 네이버 블로그 수레와 바퀴에서 가져온 사진
최근 Group III가 많이 고도화되어서 불순물이 많지 않고 또한 이중결합 삼중결합이 거의 없지만 그래도 불순물이 있기 때문에 분자구조에서 불규칙하고(탄소와 수소로 이루어진 구조에 산소, 황 등의 원소가 끼며 갑자기 그 부분이 커져 있습니다. 즉 조약돌 사이에 바위가 끼어 있는 느낌으로요) 서로 엉켜 있습니다. 그러나 PAO는 탄소와 수소로 합성하여 만들어진 합성 물질이므로 분자량의 크기가 거의 일정하죠. 위의 그림에서처럼 말입니다.
아래의 그림도 마찬가지로 다르게 표현 한 것인데 동일한 개념입니다.
* 출처 : 네이버 블로그 파놀린 Addinol 수입총판에서 가져온 그림
그림에서 보듯이 PAO 매질이 촘촘하게 연결이 되어 있고 규칙적으로 배열이 되어 있습니다. 불순물이 있어서 중간중간에 공간이 빈다면 아니면 다른 성질의 물질이 있으면 에너지 파장이 감쇄하거나 굴절될 텐데 PAO는 규칙적인 배열과 촘촘한 분자구조로 에너지의 전달이 아주 잘 된다는 말이 됩니다. 물론 이로써 열에너지가 외부로 방출이 잘 되는 장점도 가지고 있습니다. 그러나 이로 인한 음파 즉 소리의 전달도 빠르고 쉽게 전달이 된다는 것입니다. 이것은 윤활 기능이 파괴되어서 생기는 소음이 아니라 엔진의 가동으로 인해 생긴 소리를 매질로서 전달을 한다는 겁니다.
에스테르의 분자구조는 이보다 복잡합니다. 아래 그림을 보시면 느껴지실 겁니다. 그래서 용해도도 좋아집니다. 이런 분자구조로 음파 전달도 상대적으로 잘 안된다고 봅니다.
결론
이런 문제는 PAO만이 아니고 GTL에서도 발생하는 문제일 것으로 보입니다. 어떤 사용자 후기에서 PAO 엔진오일로 교환했을 때 나는 소음이 저급 엔진오일로 교환했을 때 소음과는 다른다고 표현하셨는데 소리의 전달 때문에 생기는 소음이므로 다르게 느껴지실 거라 생각합니다. 즉 성능에는 차이를 발생시키는 게 아니죠.
만약 소음을 줄이고 싶다면 매질에 다른 물질을 섞어야 이런 현상이 줄어들 겁니다. Ester를 혼합하거나 아니면 AN(Alkylated Naphthalene) 등을 섞어야 할 것으로 보이네요.
분자구조에 따라 전도성을 계산할 수도 있을 것 같은데 공부를 더 많이 해야 할 것 같고요. 여기서는 생략하도록 하겠습니다.
>> 너무 긴 글은 싫으신 분들을 위한 4문장 요약
- 소리는 파장으로 에너지이며, 이 에너지 파장은 매질이 있어야 전달이 됩니다.
- 매질의 분자구조가 조밀하게 구성이 되어 있고 일정하게 배열이 되어 있으며 경도가 셀 수로 소리 전도성이 큰 것을 의미합니다.
- PAO은 분자구조가 촘촘하게 연결되어 있고 규칙적으로 배열이 되어 있어 에너지의 전달이 아주 잘 되어 소리의 전달도 빠르고 쉽게 전달이 되며, Ester의 분자구조는 이보다 복잡하며 음파 전달도 상대적으로 잘 안됩니다.
- 만약 소음을 줄이고 싶다면 매질에 다른 물질을 섞어야 이런 현상이 줄어들 것으로 보입니다.
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와..무릅을탁 치게 만드는 글이네요..
분자구조가 일정한게 엔진보호에는 효과적이나
이런 단점이 있겠군요.
이래서 엔진에 맞는 오일이 있다라는
이야기가 나온것아닐까 합니다