1. 제커 엔진오일 올인원 타입 프리미엄 제품군 개발 배경
2018년 하반기에 개발 완료되어 현재 시판중인 제커 프리미엄 엔진오일에는 엔진오일에서 가장 요구되는 저 마찰 고연비, GDI엔진이나 디젤 엔진에서 발생하는 카본 슬러지 문제를 해결하기 위해서 몬스터루브랩의 장기간의 연구 개발 끝에 제품으로 출시되었습니다.
2. 제커 올인원 타입 엔진오일의 차별성
대부분의 시판 엔진오일은 정해진 기유(요즘 대부분 광유계 합성유 API 분류 기준 그룹 3기유)에 세계 3대 첨가제 회사의 패키지 제품을 사용하여 단순 브랜딩하여 제품을 출시합니다.
하지만 엔진 타입, 차종, 연식등이 매우 다양함으로 이러한 단순한 공식으로 제품을 만들 경우 주로 초기 신차 엔진을 통해서 엔진오일이 개발됨으로 주행중인 노후차등에도 여전히 적합한 엔진오일일지는 의문입니다.
최근 GDI 엔진이나, DPF 장착된 디젤 엔진등에 대응하는 새로운 등급의 첨가제 패키지를 사용한 엔진오일이 출시되기는 하지만 시장에서 요구는 좀 더 경제적이면서 성능이 업그레이든 된 제품을 찾는 차별화된 엔진오일을 찾는게 현실이기도 합니다.
3. 제커 프리미엄 엔진오일의 엔진오일 배합 공식
대부분의 대기업 제품군은 자사 제조 기유+ 첨가제 회사에서 개발해준 엔진오일 등급별 패키지를 브랜딩해서 대량 생산 출시합니다. 하지만 제커 제품은 유통구조를 단순화 시켜 제조, 온라인 소비자 직판매 형식으로 유통비용을 줄이고 대신 광유계 합성유+그룹V(OSP)를 기본으로 첨가제 패키지에만 의존하지 않고 연비 개선, 냉간 시동성 개선등을 위해서 특수 첨가제를 최소 1~2종류를 추가 합니다.
4. OSP란?
Oil soluble PAG를 말하는 것으로 오일에 용해성을 가진 폴리알킬렌글리콜로 종전 에틸렌, 프로필렌을 주성분으로 한 수용성 PAG의 경우 다른 기유와는 상용성이 없어서 대부분 기유 자체 단독으로만 사용이 가능하여 산업용으로만 사용되었으나 에틸렌에 부틸렌을 결합한 새로운 형태의 PAG를 미국 다국적 화학 회사인 다우에서 개발하여 주로 광유계 합성유를 주로 사용해온 자동차 엔진오일, 트랜스 미션오일에도 응용이 가능하게 된 것입니다.
에틸렌과 부틸성분이 결합되어 제조되는 Oil soluble PAG(유용성 PAG) 와 수용성 PAG의 차이점
다우에서 OSP를 종전 기유와 혼용해서 사용할 경우, 예를 들어 소량 함유 첨가제 형식, 또는 기유로 사용의 해심적인 특징을 아래와 같이 설명하고 있습니다.
a) Deposit control of hydrocarbon oils | 탄화수소계 오일의 잔류물 컨트롤
b) Friction reduction of hydrocarbon oils | 탄화수소계 오일의 마찰 감소
c) Improving the hydrolytic stability of vegetable oils and esters | 식물성 오일과 에스테르의 가수분해에 대한 안정성을 개선
d) Corrosion inhibitor boosters | 부식방지성 향상제
a는 탄화수소계 오일들은 장시간 고온에 노출될 경우 오일이 카본화되어 심한 잔류물이 생성되는데 이를 osp가 생성을 억제하거나 생성된 카본을 분해하여 오일이 레진와 되거나 딱딱하게 변질되는 카본 잔류물 생성을 억제한다는 말입니다. b는 기유의 윤활성은 탄화수소계 < 합성탄화수소계 < 에스테르, PAG 순으로 좋아지는데 PAG 오일은 미끄럼 마찰에서 특히 최고의 윤활성을 제공합니다. c의 의미는 acid와 alcohol을 반응시켜 만드는 에스테르 기유의 경우 물과 접속될 경우 가수분해 현상이 발생되어 에스테르에서 요구되는 윤활기유 특성이 변질됩니다.
산과 알코올읠 반응시켜 에스테르를 만들고 나면 잔류물로 물이 발생됩니다.
에스테르의 가수분해는 반대로 에스테르에 물이 반응하면 분해되고 이것은 에스테르에서 요구되는 윤활유 특성을 상실하게 됨을 의미하여 대개 물, 응축수등과 접촉이 예상되는 윤활 부위(엔진오일, 미션오일 등)에는 사용을 기피해왔습니다. OSP는 이러한 환경을 조건을 개선하는 첨가제 형태로 사용이 가능하며 d는 금속은 염수(sea water)에 특히 부식에 취약한데 osp를 일정량 혼용하면 금속부식을 방지하는 탁월한 효과를 제시하고 있습니다.
종전 수용성 PAG는 여타 오일과 혼용성이 매우 취약하고 고무(elastomers), 플라스틱과의 상용성이 약해서 높은 장점에도 불구하고 사용이 매우 제약적이였으나 DOW에서는 종전 PAG의 장점은 살리고 단점을 개선한 PAG를 개발하였는데 이를 oil soluble PAG롤 명명하게 되었습니다.(국제 특허 기술)
OSP가 종전 PAG의 취약성을 개선점을 도표로 소개
5. 탄화수소계 및 기타 기유와 OSP를 결합하여 사용할 경우 장점 요약
앞에서도 간략하게 언급하였지만 OSP는 기유 또는 첨가제로 광범위하게 활용기 가능하며 특히 탄화수소계의 고질적인 문제점인 탄화물 생성을 억제하고 마찰을 개선합니다. 그리고 에스테르과 결합하여 사용할 경우 가수분해성에 대한 안정성을 개선합니다. 그룹 3, PAO등 탄화수소계 오일들이 고무씰에 접촉할 경우 씰을 수축시켜 누유가 발생할 수 있는데 OSP를 첨가제로 사용하면 씰을 팽창시킴으로 이러한 부분을 상호 상쇄하여 씰의 안정성을 높일 수 있습니다.
6. OSP와 PAO 그룹 V 오일의 카본화 비교 시험
PAO는 그룹 V 기유로 그룹III 광유계 합성유에 비하여 가격적으로 4배 이상 우수하고 높은 점도 지수와 저온성, 그리고 내열성이 우수하여 고급 엔진오일로 사용되는 기유인데 OSP와 탄화물 생성 비교 시험을 실시하였습니다.
ASTM D-2893B 변형된 방식으로 시험한 잔류물 결과 비교
72시간은 60도 온도에서, 72시간은 150도에서 노출시켜 산화시험을 30일간 반복 시험한 결과 유리봄베내부 오일이 탄화되는 현상을 비교해 본 결과 OSP 오일의 잔류물 생성은 거의 일어나지 않았으나 탄화수소계 오일은 심한 잔류물이 생성된 것을 확인 할 수 있습니다. 몬스터루브랩에서는 이러한 시험결과에 주목하여 OSP 기유를 엔진오일 제조용 그룹 3기유와 결합하여 가솔린 GDI 엔진이나 디젤엔진오일의 카본 생성 억제 및 분해를 목적으로 핵심적으로 적용하고 있습니다.
위의 사진은 역시 산화안정성 시험으로 121도 에서 50일간 시험을 해 본 결과 광유 오일 단독, 광유에 에스테르 혼합, 광유에 OSP를 10% 5% 혼옹한 기유를 시험해 본 결과 OSP 10%를 혼합한 기유에서는 색상 변과도 적고 잔류물 생성이 거의 일어나지 않습니다.
그룹 1, 그룹2 기유에 OSP를 10% 혼용해서 동일한 시험법으로 테스트를 진행하였습니다. 그 결과 역시 OSP를 10% 함유할 경우 매우 높은 산화안정성을 기대할 수 있었습니다.
이러한 OSP의 특성을 DOW에서는 아래와 같은 화학 공식을 통해서 추정 설명하고 있습니다.
OSP 사용시 극성산화 부산물이 극성 OSP와 결합된 기유에 의해서 용해되는 것으로 추정 설명하고 있습니다.
OSP의 또 하나의 커다란 장점중의 하나는 마찰특성입니다. PAO 그룹 IV 기유도 광유계 합성유에 비하여 마찰계수가 매우 우수하지만 OSP를 함유할 경우 이러한 특성이 매우 개선됨을 확인하였습니다.
PAO에 10%, 5% OPS를 혼용한 오일과 PAO 단독으로 사용시 마찰 계수 비교
위 시험 결과에서 보듯이 OSP를 마찰 조정제로 사용이 가능하며 10%를 혼합시 매우 우수한 마찰 감소 효과를 제공함을 확인할 수 있습니다.
일반적으로 엔진오일에는 마찰 조정제가 첨가제 패키지에 포함되어 생산됩니다. 하지만 시간이 지나면 이러한 마찰 조정효과가 떨어지고 연비가 현저히 저하되는데 몬스터루브랩에서는 OSP를 혼합하여 기유에 변화를 줄 경우 엔진오일 교환시점 또는 그 이후에도 마찰조정제 역할일 가능할 것으로 판단하고 있습니다.
이번에는 엔진오일로 주로 사용되는 그룹 3기유에 OSP를 일정량 혼합할 때 어떤 마찰 조정특성이 일어나는지를 확인하였습니다.
마지막으로 또 하나의 중요한 OSP 특성중 하나가 금속부식방지성인데 종전 PAG 오일과 OSP를 5% 추가한 오일을 비교 시험하였습니다.
5% OSP를 함유한 오일이 염수 비이온수와 염수에서 시험해본 결과 PAG 단독 오일에서보다 향상된 금속부식 방지 특성을 보여 주었습니다.
7. 결론
자동차 엔진오일 트랜스 미션오일의 핵심적인 역할인 윤활, 방청, 냉각, 부식, 분산기능에서 OSP를 함유할 경우 기존 그룹III를 포함한 그룹IV, 그룹V오일에 향상된 성능을 제공함을 일련의 시험으로 확인할 수 있었습니다. 몬스터루브랩에는 이러한 시험 결과를 참조하여 기존광유 대비 6배에 달하는 OSP 기유를 제품개발에 과감히 사용하였고 각종 레이싱 대회 참가 차량에 지원해 왔습니다. 그러한 결과를 토대로 2018년에 제커와 헬리우스 프리미엄급 제품을 완성하였습니다.
현재 제커프리미엄 제품군인 제커 GDI 5W20, 5W30, 제커 럭셔리, 제커 매직올인원, 매직플러스 제품외에 2019년 출시 제커스탠다드 플러스 5W30, 제커코팅제 5W35에는 OSP를 공통으로 적용하고 있으며 헬리우스 레이싱 엔진오일 XTREME, MAX-PROTEC, LONG-LIFE(PAO BASE), ECO-RUN, RACER-PRO(레이싱카전용)등에 사용되고 있습니다.
헬리우스의 콤프레셔 오일 COMPSIN HS-46에는 PAO BASE에 OSP 기유가 혼합되어 출시되고 있습니다.
그리고 몬스터불러드 CI-4 10W40 트럭용 엔진오일에 또한 OSP가 적용되고 있습니다.
OSP를 기본으로 제조된는 헬리우스 고성능 엔진오일
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