엔진오일이야기 - 9. 일부 디젤 DPF차량의 엔진오일 증가 이유, 원인은 경유유입!

나와 가족의 안전을 책임지는 아끼고 사랑하는 애마에게 언제나 최고만 주고 싶은 마음은 어느 운전자도 다 같을 것입니다. 그런데 어느날 엔진오일 교체주기가 도래하여 교체점을 찾았는데, 정비사가 "오일이 과주입"되어 있다고 하면서 지나친 과주입은 살짝 모라른 것 만 못하다고 합니다.

 

어떻게 된 일일까요? 몇달 전 타이어를 갈러 전문점에 들려 오일상태 점검을 부탁드렸을 때는 상태며 양 모두 매우 양호하다고 했었거든요. 안보는 사이에 누군가 애정을 듬뿍 담아 굳이 보충을 해주었을까요? 아니면 내차 엔진에 유전이라도 있는걸까요?

 

하지만 사실 어느정도의 엔진오일 증가는 대부분의 디젤엔진(메이커나 모델이 따라 다름)에 있어서는 자연스러운 일이며 필연적인 현상이며 오일총량 증가의 주범은 바로 경유입니다. 어떻게 하다가 경유가 엔진오일이 있는 크랭크까지 흘러 드는 걸까요? 그 이유는 바로 DPF라는 장치 때문입니다. (물론 모든 디젤엔진에 적용되는 원리는 아니니까 참고하시기 바랍니다. 메이커 마다 레벨의 변화가 거의 없거나, 감소경향을 강하게 보이는 디젤차량도 많거든요.)

 

 

DPF란 무엇일까? DPF가 있으면 촉매는 없는걸까?

 

디젤차량은 연비와 효율이 좋은 대신 배출되는 매연에 질소산화물(NOx)과 미세먼지(PM:Particulate Matter)가 가솔린 엔진 대비 많다는 문제가 있는데요, NOx는 ERG이라는 장치를 통해 배출가스 일부를 재연소하게끔 순환시켜 연소온도를 낮춰서 제거하며, DPF는 미세먼지를 제거하는 역할을 하는데요, 전통적인 방식의 촉매를 통과해도 제거되지 않는 미세먼지를 벌집같은 내부 구조를 지나게하여 흡착시킨 뒤 배기열로 태워 없애버리는 기능을 합니다.

 

보통은 DPF 앞 단에는 일반적인 휘발유 차량처럼 배출가스에 있는 CO, HC, NOx를 화학적으로 정화하는 촉매(LNT 혹은 DOC로 불리기도 함)가 위치하여 배출가스에 대한 전처리가 우선적으로 이루어 지며, 이렇게 전처리 된 배출가스 중 제거되지 않는 미세먼지를 한번 더 걸러주기 위한 후처리 장치 개념으로 DPF가 위치합니다.

 

즉, 일반적인 촉매에 의해 제거되지 않는 미세먼지를 제거하는 추가적인 필터역할의 후처리 장치의 개념이기 때문에, 예전의 디젤차량에서 단독으로 쓰이는 촉매를 대체 하는 것은 아니며, 촉매가 보이지 않더라도 없는 것이 아니라 DPF유닛내부 배출가스 흐름 상 앞단에 일체형으로 위치하여 육안상으로 볼 때는 DPF만 있는 것 처럼 보이기 때문입니다.

 

 

DPF에 포집된 미세먼지는 어떻게 될까?

 

촉매 등을 통해 전 처리 된 배출가스에서 제거되지 못하고 배출되어 DPF에 포집된 미세먼지는 자연스럽게 주행하는 과정에서 생성되는 뜨거운 배기가스에 의해 DPF내부가 발열되며 일어나는 화학작용에 의해 청정능력이 활성화 되면서 자연스럽게 제거되게 됩니다.

 

주행 중 DPF가 배출가스의 온도에 의해 약 600도 내외에 도달하여 약 10분정도를 유지한다면, 내부에 입자들이 산화되어 제거되기 시작합니다. 일반적으로 1500rmp~2500rpm 사이를 오가며 약 20분 이상 주행하거나, 자동차 전용도로나 고속도로를 10여분 이상 항속하는 정도로도 어렵지 않게 도달할 수 있습니다.

 

 

 

DPF의 자연정화 용량을 초과하여 미세먼지가 포집되면 어떻게 되나?

 

항상 DPF에 누적되는 오염원의 양과 DPF가 매 주행 때 마다 청정온도에 자연스럽게 도달하여 제거할 수 있는 양의 밸런스가 맞는 경우, 즉 오염원의 배출량과 자연정화 능력이 같거나 더 큰 경우, 별 다른 걱정 없이 차량을 운행할 수 있겠는데요, 하지만 차량을 운행하다 보면 이렇게 이상적인 조건을 충족시키기는 불가능에 가깝습니다.

 

자연정화되는 미세먼지의 양 보다 포집되는 양이 많은 이유는 상태는 크게 두가지로 볼 수 있는데요,

 

 

1. 자연정화되는 양의 감소

 

- 자연정화 조건 미성립

 

만약 회당 주행거리가 너무 짧아 차량의 냉간상태에서 운행비중이 압도적으로 높거나 시내에서 초저속으로 주행하는 경우가 대부분일 경우, DPF는 자연정화를 위해 필요한 온도에 도달할 기회조차 주어지지 않게 됩니다. 실제로 과거에 차량 생애주기 대부분을 초저속으로 갔다 섰다를 반복하는 전국 환경미화 차량에 쓰이던 DPF가 말썽을 부려 문제가 되었던 적도 있었습니다.

 

- 자연스러운 노화 혹은 불량 엔진오일 사용에 기인하는 자연정화 효율의 저하

 

자연스러운 노화에 따른 효율 저하 역시 자연정화양을 감소시키는 원인이 되기 때문에, 이를 최대한 늦추기 위해 양질의 연료 및 규격에 맞는 엔진오일을 사용하는 노력이 필요합니다. 특히 DPF는 내부 필터에 영구 흡착되어 효율을 저하시킬 수 있는 황산화물, 인, 황이 제한되는 전용 엔진오일 규격(AECA C1~C5, 혹은 브랜드 별 자체 규격)품을 요구하게 되는데, 이들 함량이 높은 비규격품이나 검증되지 않는 저급 엔진오일을 사용하는 경우, EGR 혹은 PCV를 통해 재순환 과정에서 증발되는 오일의 일부가 연소되어 DPF의 효율을 크게 떨어뜨리거나 고장을 유발하게 됩니다.

 

 

2. 미세먼지 배출양 증가

 

- 고부하 운행환경

 

초고속주행, 교통체증이 심한구간 운행, 높은 외기온(열부하) 등에서 자주 운행하는 경우 차량의 배출가스양이 늘어나게 되며, DPF에 포집되는 미세먼지의 양도 늘어날 수 밖에 없습니다.

 

- 저급연료 사용

 

규격에 미달하는 저급연료(가짜경유)는 완전연소를 방해하고 연소시 과다한 부산물을 발생시켜 배출가스 중 미세먼지양을 증가시킵니다. 근데 이게 생각보다 치명적입니다. 이상하게 싼 곳에서 의심스러운 연료 한번쯤은 괜찮겠지 하다가 의외로 부작용에 시달리는 경험을 많이 합니다.

 

 

3. 대책 (DPF 강제재생)

 

모든 차량이 신차의 상태를 오래도록 유지할 수 있는 것이 아니며, 모든 운전자들이 자연정화 조건은 충분히 만족시키는 운행 패턴을 갖지 않는 것을 제조사는 너무 잘 알기 때문에 자연정화양을 초과하여 미세먼지가 포집되는 경우, 강제재생(Regeneration)을 통해 포집된 미세먼지를 제거하는 로직을 부여하고 있습니다.

 

통상 DPF에 포집양이 일정수준 이상 축적되면, DPF 전단과 후단에 위치한 압력센서의 차이가 나타내는 배기저항을 통해 이를 감지하여 강제재생기능을 통해 이를 제거하려 합니다. 이 때 인젝터를 통해 각 실린더의 행정이 배기상태 일 때 연료를 한번 더 후분사(post injection)를 하여 경유를 배출가스와 함께 의도적으로 섞여 DPF에 포집된 미세먼지와 함께 연소되도록 합니다. 이때 DPF의 온도는 최소 600도 이상으로 오르게 되며, 원활한 재생을 위해 배기온을 더 올리기 위해 에어컨이나 유리열선등을 작동시켜 임의로 엔진부하를 올리는 경우도 있으며, 정지상태에서는 배출구 부근에서 경유타는 냄새가 나거나, 주행중에는 소음과 부하가 약간 증가하는 것으로 예민한 운전자는 해당 기능이 실행 중임을 감지할 수 있습니다.

 

 

 

DPF 강제재생 시 왜 경유가 엔진크랭크케이스로 유입이 될까?

 

자, 여기까지는 문제가 없어 보이는데요, 문제는 후분사되는 경유가 배출가스와 섞여 DPF로 흘러가야 하지만, 애석하게도 후분사된 연료 일부는 실린더 벽에 남아있다가 실린더 라이닝을 따라 크랭크 케이스로 유입이 되게 됩니다. 실제로 생각해보면 매우 미량일 것 같은데요, 티끌모아 태산이라고, 분당 수백 수천번씩 분사를 하게 되니 이렇게 미량도 쌓이고 쌓여 몇 달의 시간이 지나면 꾀 많은 양이 됩니다.

 

물론 실제로 순수한 엔진오일의 절대적인 양이 늘어 나는 것이 아니라, 기존 엔진오일에 경유의 양이 추가되어 총량이 늘어나는 것이기 때문에, 묽어진 오일은 제기능을 상실하기 시작합니다. 이렇게 엔진오일이 저품질화 되는 것 만으로도 부하를 가중시키고 엔진오일 증발양을 늘어나도록 하여 오염원 배출양이 확 늘게 되는데요, 설상가상 이런 경유와 희석된 엔진오일도 MAX마크를 훌쩍 넘으면 온전한 엔진오일을 과주입 했을 때 와 같이 거품을 생성시키고 크랭크샤프트 저항을 만드는 등 동일한 순수 엔진오일 과 주입 떄 와 같은 부작용까지 동일하게 갖게 되는데요, 이 역시 오염원의 배출양을 증가시키는 원인이 됩니다.

 

즉 오염원의 증가가 자연정화 할 수 있는 양을 초과하기 시작하고 그 빈도가 늘어날 수록 강제재생빈도는 늘어나고, 이로 인해 경유유입이 늘면서 오염원의 배출은 더 증가하게 되는 악순환을 통해 결국 엔진오일로의 경유유입은 기하 급수적으로 늘어날 수 밖에 없습니다.

 

 

 

경유유입으로 인한 엔진오일 증가, 어느정도 까지를 정상으로 볼까?

 

하지만 우려와는 달리 고장이나 저품질 경유 주입 등 매우 심한 경우가 아니고서야, 실제 대부분의 대한민국 운전자들이 겪게 될 경유 유입으로 인한 엔진오일 총량의 증가는 정상으로 볼 수 있습니다. 강제재생 없이 주행할 수 있는 이상적인 환경이나 차량의 컨디션을 항상 신차와 같은 효율로 계속 유지하기는 불가능하니까요. 이런점을 감안하여 엔진오일 딥스틱 게이지에 증가하는 양의 한계를 측정할 수 있는 '증가허용선'을 대부분의 메이커들은 표기하고 있습니다.

 

 

 

 

 

위의 사진은 기아차 메뉴얼에서 발췌한 내용으로, D구간은 오일부족, C구간은 정상, B구간은 과다를 나타내고 있습니다. 뭐 일반적인 딥스틱 같은데요, 그런데 자세히 보면 A구간과 B구간 사이에 일반적인 가솔린 차량의 딥스틱에서 못보던 작은 양각점을 표기해 놓았는데요, 이게 바로 증대허용량 마킹점 입니다.

 

즉 초도 충진을 MAX로 했을경우 단순 딥스틱 비율(MIN에서 MAX를 약 1리터)로 따져봤을 때 최대 약 500ml 내외의 경유유입은 괜찮다는 것('허용')으로 보입니다. 해당 2.2D R디젤 엔진의 총 주입양은 7.3리터로 나와있습니다(교환용량이 아님).

 

그렇다면 엔진오일 7.3리터 + 경유 0.5리터의 합은 7.8리터 이고, 7.8리터의 경유희석 엔진오일에 경유함량이 0.5리터 이니, (0.5/7.3)X100 = 6.85%, 대략 엔진오일 중 경유의 함량이 최대 약 7% 까지는 괜찮다는 말이겠네요.

 

그래도 멀쩡한 엔진오일에 경유가 7%로면 다소 과다한 것 같긴합니다만, 제조사에서 이를 감안해서 설정한 한계점이겠지요. 아마 해당차량의 엔진오일 충진양이 배기량을 감안하였을 때 유독 많은 것(디젤임을 감안하여도) 역시 희석으로 인한 엔진오일 성상의 영향을 최소화 하기 위해서가 아닐까 하는 생각도 듭니다.

 

물론 이는 차량마다 다르고 별도의 증대허용선 없이 무조건 FULL마크 아래로 유지해야하는 차량도 있으니 자세한 내용은 대쉬보드에 있는 취급설명서를 참조하시기 바랍니다. (증대한계점이 별도로 없는 차량이 더 많을 것 같습니다).

 

이런 현상을 최대한 방지하기 위해 운전스타일에 따라 정확한 규격의 합성유를 추천드리고 주입양을 약간씩 다르게 하여 DPF강제재생 빈도를 낮추고, 불가피하게 DPF 재생이 일어나는 경우 경유유입으로 인한 엔진오일 증가가 과다충진으로 이어져 부작용일 낳지 않게 하도록 레벨링에 세심한 공을 들이는 이유입니다.

 

세심한 레벨링과 더불어, 높은 청정성과 우수한 윤활성으로 부하를 줄여 미세먼지 배출양을 줄이고, 낮은 유동점으로 냉간운행 시간 단축에 기인할 수 있는 양질의 고순도 GTL기유를 사용한 합성유의 사용도 잦은 DPF강제재생을 최소화 시켜주는 좋은 사례라고 볼 수 있겠습니다.

 

 

 

본 오일 시리즈 포스팅은 주관적이고 개인적인 견해이고 일반적으로 통용되는 의견과 다를 수 있음을 참고하시기 바랍니다