KR20150022470A - 차량용 엔진오일의 열화도 측정방법 및 상기 방법을 이용한 엔진오일의 교환시기 결정방법 - Google Patents

차량용 엔진오일의 열화도 측정방법 및 상기 방법을 이용한 엔진오일의 교환시기 결정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량용 엔진오일 자체의 열화정도를 측정하는 방법에 관한 것이다. 또한, 엔진오일의 산화정도를 신속하고, 정확하게 측정하고, 이를 정량화하여 엔진오일의 교환시기를 정확하게 결정하는 지표 개발에 관한 것이다.

Description

차량용 엔진오일의 열화도 측정방법 및 상기 방법을 이용한 엔진오일의 교환시기 결정방법{A METHOD OF DETECTING DEGRADATION OF ENGINE OIL AND A METHOD OF DETERMINING ENGINE OIL EXCHANGE TIME USING THE SAME}
본 발명은 차량용 엔진오일의 열화도를 측정하는 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 엔진오일의 산화도를 측정하고 정량화하여 오일의 열화도에 대한 지표를 산출하고, 이로부터 엔진오일의 교환시기를 결정하는 방법에 대한 것이다.
일반적인 자동차 엔진오일의 교환은 엔진오일 제조사나 차량 제조사가 추천하는 주행거리나 주행시간에 따른 교환주기를 따르고 있으나, 엔진오일 교환 시 엔진오일의 상태를 확인 할 수 있는 방법은 육안검사 밖에는 없는 실정이다. 가솔린 엔진, 디젤 엔진과 같은 엔진의 형식, 차량 제조사에 따른 엔진의 성능, 운전자의 운전조건 등에 따라 엔진오일의 열화정도가 다르게 된다. 엔진오일의 교환 시기에 대한 분석방법으로는 색깔 비교, 동점도, 산가 측정 및 엔진마모 금속의 분석 등이 이용되어 왔다. 이러한 방법 들은 정량화가 불가능하거나, 많은 양의 시료를 필요로 하거나, 첨가제의 영향에 의해 측정이 불가능하거나, 고가의 분석장비를 필요로 하고, 분석시간이 장시간 소요되는 어려움이 있다. 따라서, 차량의 종류와 윤활유의 종류에 따라 분석편차가 크게 되고, 엔진오일 자체의 정확한 열화도를 측정하기 어려운 문제가 있다.
한편, 대한민국 특허 공개번호 10-2007-0081842호에는 윤활유 오일에 자외선을 조사하여 방출되는 형광빛의 파수별 방출 비율을 측정하여 오일의 산화도를 실시간으로 모니터링 할 수 있도록 하는 방법 및 장치에 대하여 개시되어 있다.
전술한 선행문헌의 기술은 오일 산화도 실시간 모니터링방법은 자외선을 광학 윈도우를 통해 오일에 조사하는 단계와 오일로부터 방출되는 적색, 녹색, 청색의 파장 영역의 형광빛 강도를 측정하는 단계와 측정된 430~470㎚의 청색 파장 영역에서의 측정값에 대한 470~550㎚의 녹색 파장 영역에서의 측정값의 비율로서 형광빛 방출 비율을 산출하여 형광빛 방출비율이 기설정된 임계값에 도달했는지를 판단하여 오일의 교환시기를 알려주는 방법으로 되어 있다. 그러나 자외선 조사에 의해 오일로부터 발생되는 형광빛의 파장별 강도세기의 비를 측정하여 오일 교환시기에 대한 지표로 활용하고 있어 형광 스펙트럼과 같은 과학측정방법의 근본적인 문제점인 오일의 색상에 의한 문제를 해결하지 못하고 있다. 엔진오일은 엔진오일의 제조사에 따라서 색상이 다르고, 임의로 색상을 첨가하기도하며, 단기간에 연료의 불연소 카본에 의해 오일의 색이 짙은 검정색으로 변하기 때문에 자외선 조사에 의해 방출되는 특정 형광빛을 파장별 강도세기 비를 오일 교환시기에 대한 지표로 사용하기에 어려움이 있다.
한편, 일본국 특개평11-281640호에는 윤활유 중의 고분자화된 열화물을 액체크로마토그라피-자외가시광선분광계로 열화물질을 분자량별로 분리ㆍ측정하는 윤활유의 열화 검출 방법이 개시되어 있다.
전술한 선행문헌의 기술은 윤활유 중의 열화 생성물질을 직접 검출하기 위해 THF(테트라하이드로 퓨란)와 같은 이동상 용매에 윤활유를 용해시켜 HPLC(고성능 액체크로마토 그라피)에 주입 컬럼에 통과시켜 분자량별로 열화생성물을 분리시킨다. 분리시킨 열화생성물을 자외가시광선 검출기의 특정파장에서 열화생성물을 정량하는 것으로 되어있다. 그러나 분자량 별 컬럼을 통하여 열화생성의 분자량별로 분리하기 때문에 분자량이 다른 열화 생성물의 경우 분자량 별로 컬럼이나 열화 생성물을 기기조건을 달리하여 정량해야 한다. 또한, 산화방지제 등 첨가제의 영향에 의해 측정이 불가능하거나, 고가의 분석장비로 분석시간이 장시간 소요되고 분석방법이 전문적인 지식을 필요로 하기 때문에 현장에 적용하여 사용하기에 어려움이 있다.
대한민국 특허 공개번호 10-2007-0081842 대한민국 특허 공개번호 10-2013-0024051 일본국 특개평11-281640
본 발명은 상기 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서 엔진오일의 열화도를 간편한 방법으로 신속, 정확하게 측정하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 상기 측정된 결과를 정량화하여 지수를 산출하고 이를 이용하여 엔진오일의 교환시기를 결정하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 안출된 것으로서, 적외선 분광법을 이용해서 엔진오일 시료의 흡광도를 측정하는 단계(S1); 상기 (S1) 단계에서 측정된 흡광도로부터 흡광도 기준 관능기 및 산화 지표 관능기의 흡광도 수치를 얻는 단계(S2); 및 상기 (S2)에서 얻어진 흡광도 기준 관능기 및 산화 지표 관능기의 흡광도 수치를 이용하여 엔진오일의 산화도 지수를 산출하는 단계(S3);를 포함하는, 엔진오일의 열화도 측정 방법을 제공한다.
여기에서, 상기 (S3) 단계에서 산화도 지수는 하기 계산식 1에 의해 산출될 수 있다.
[계산식 1]
산화도 지수= 산화 지표 관능기의 흡광도 수치/흡광도 기준 관능기의 흡광도 수치×100.
여기에서, 상기 흡광도 기준 관능기는 C-H 단일결합(-CH2)이고, 상기 산화 지표 관능기는 카르보닐기(C=O) 또는 에스테르기의 에테르기(C-O)일 수 있다.
여기에서, 상기 카르보닐기는 카르복실산염의 카르보닐기(C=O)인 것일 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 방법에 의해 산출된 산화도 지수에 따라 엔진오일 교환시기를 결정하는 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 엔진오일의 열화도 측정방법은 차량용 엔진오일의 열화도를 경제적이고 간편한 방법으로 정확하게 분석할 수 있는 장점이 있다. 또한, 상기 열화도 측정방법에 의해 정량화된 지수를 이용해서 엔진오일의 정확한 교환시기를 파악하는 것이 가능하게 된다.
도 1은 미사용 엔진오일의 FT-IR 스펙트럼을 도시한 것이다.
도 2는 17,021km 주행 후 채유한 엔진오일 시료의 FT-IR 스펙트럼을 도시한 것이다.
도 3은 미사용 엔진오일과 일정 기간 주행 후 엔진오일에서 채취된 전체 시료의 FT-IR 스펙트럼을 도시한 것이다.
도 4는 도 3의 스펙트럼 중 카르보닐기 피이크(1,630cm-1)의 스펙트럼 부분을 확대하여 도시한 것이다.
도 5는 카르보닐기 피이크(1,630cm-1)의 보정 기준점 및 바탕선을 표시한 것이다.
도 6은 주행거리에 따른 엔진오일의 산화도 지수를 나타낸 그래프를 도시한 것이다.
도 7a 및 7b는 엔진오일의 색 및 농도를 비교한 사진으로 도시한 것이다. 도 7a는 각 시료의 원액의 사진을 도시한 것이며, 도 7b는 각 시료를 n-헥산으로 20배 희석한 것이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 엔진오일의 열화도 측정방법 및 엔진오일 교환시기 결정방법에 대해 더욱 상세하게 살펴본다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
상기 차량용 엔진오일의 주행거리 별 엔진오일의 산화를 FT-IR 분석을 실시하여 엔진오일의 산화 정도를 지수로 수치화할 수 있다. 이러한 지수를 구함으로서 엔진오일의 주행거리 별 엔진오일의 산화 정도를 정량화하는 것이 가능하였다.
본 발명에 따른 엔진오일의 열화도 측정 방법은, 적외선 분광법을 이용해서 엔진오일 시료의 흡광도를 측정하는 단계(S1); 상기 (S1) 단계에서 측정된 흡광도로부터 흡광도 기준 관능기 및 산화 지표 관능기의 흡광도 수치를 얻는 단계(S2); 및 상기 (S2)에서 얻어진 표준 관능기 및 산화 지표 관능기의 흡광도 수치를 이용하여 엔진오일의 산화도 지수를 산출하는 단계(S3);를 포함한다.
우선, 적외선 분광법을 이용하여 엔진오일의 흡광도를 측정한다(S1). 산화는 오일 열화의 주요 과정으로서 금속에 의해 촉진되고 열에 의해 가속화되는 자유라디컬 반응에 의해 야기되며 일반적으로 점도와 산성도를 증가시키는 방향으로 진행된다. 자동차 엔진오일 산화는 온도, 촉매 및 산소와 접촉하는 엔진오일의 종류와 엔진오일 첨가제의 종류에 따라 달라진다. 올레핀계 엔진오일이 산화되면 케톤, 알데히드, 에스테르, 알코올 등과 같은 산소화합물이 생성되고, 점진적으로 카르복실산 형태로 산화되어 최종적으로는 수지형태로 응고되어 슬러지화 된다. 오일 산화의 가장 큰 영향 인자는 온도이며, 오일의 산화속도는 아레니우스식(Arrhenius equation)에 의해 온도증가에 따라 산화속도가 지수 함수적으로 증가하게 되어 대부분의 엔진오일은 75℃ 이상의 온도조건에서 오일 온도가 10℃ 증가함에 따라 산화속도는 두 배 증가한다.
한편, (S1) 단계의 상기 적외선 분광법은 일반적으로 본 기술분야에서 사용되는 것이고 흡광도를 이용해서 적외선 분광 스펙트럼을 얻을 수 있는 것이라면 제한없이 사용할 수 있다. 엔진오일은 매트릭스 물질에 의한 방해영향이 크기 때문에 IR 분석기기로부터의 측정신호를 푸리에 변환(Fourier Transform)시킨 고분해능의 FT-IR에 의해 측정하는 것이 바람직하나 이에 제한되는 것은 아니다.
다음으로 상기 단계에서 측정된 흡광도로부터 흡광도 기준 관능기 및 산화 지표 관능기의 흡광도 수치를 얻는다(S2).
이하, 본원 발명에서 흡광도 기준 관능기는 엔진오일의 산화에 의해 영향을 받지 않는 관능기인 것으로 엔진오일의 산화 전 및 산화 후의 함량이나 흡광도 수치에 변화가 적은 관능기를 의미한다. 또한, 상기 산화 지표 관능기는 오일의 산화로 인해 엔진오일 내 생성된 산화 부산물에 포함된 관능기로 엔진오일의 산화가 진행되면서 함량이나 흡광도 수치가 비례적으로 증가하는 관능기를 의미한다.
(S1) 단계의 적외선 분광법에 의해 엔진오일 시료로부터 산화에 따른 특정한 피이크들이 검출된다. 엔진오일의 산화가 진행됨에 따라 엔진오일 내에 케톤, 알데히드, 에스테르 등 카르보닐기 함유 화합물들과 같은 산화 생성물의 함량이 증가되므로 적외선 분광법에 의해 상기 산화 생성물의 특정 피이크들을 확인하고 이를 바탕으로 엔진오일의 열화도를 측정하는 것이 가능하다.
본원 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 산화 지표 관능기는 카르보닐기(C=O) 및 에스테르 내 에테르기(C-O)인 것이다. 산화가 진행된 엔진오일의 적외선 분광법에 의해 대표적으로 1,720cm-1 부근과 1,630cm-1 부근의 카르보닐기(C=O) 피이크, 그리고 1,155cm-1 부근의 에스테르의 에테르기(C-O) 피이크 등이 검출된다. 상기 1,630cm-1 부근의 카르보닐기(C=O) 피이크는 특히 카르복실산 염의 카르보닐기의 피이크인 것이다. 상기 피이크들 중에서 특히 카르복실산염(Carboxylate, 1630cm-1)의 특정 피이크는 다른 특정 피이크에 비하여 흡수 강도가 크고 뚜렷하게 나타난다. 따라서 바람직하게는 산화 지표 관능기는 1,630cm-1 부근에서 적외선 흡광 피이크를 나타내는 카르복실산 염인 것이다.
그러나, 상기 산화 지표 관능기의 흡광도 수치는 엔진오일의 종류나 엔진오일 중 함유된 첨가물의 종류에 의해 영향을 받을 수 있다. 그러한 이유로 산화 지표 관능기의 흡광도 수치만을 단독으로 사용하는 경우에는 산출될 산화도 지수의 정확도가 낮다. 따라서, 본 발명에 따른 엔진오일의 열화도 측정방법은 흡광도 기준 관능기의 흡광도 수치에 대한 산화 지표 관능기의 흡광도 수치의 상대값으로 산화도 지수를 산출한다. 상기한 바와 같이 흡광도 기준 관능기는 엔진의 산화에 관계없이 일정한 흡광도 수치를 나타내는 관능기를 의미한다. 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 폴리올레핀계 엔진오일의 경우 적외선 분광법으로 분석하면 파수 2,920cm-1 부근에서 주쇄에 위치한C-H 단일결합의 스펙트럼을 확인할 수 있다. 이 C-H 단일결합의 흡광도 피이크 수치는 엔진 오일의 산화에 의해 거의 영향을 받지 않아 엔진오일의 사용 전이나 사용 후 거의 일정한 값을 나타낸다. 이에 본원 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면 상기 흡광도 기준 관능기는 파수 2,920cm-1 부근에서 적외선 흡광 피이크가 확인되는C-H 단일결합(-CH2)인 것이다. 도 1은 미사용 엔진오일(시료 0)의 스펙트럼, 도 2는 엔진오일 교환 후 17,000km 주행 후 채유한 엔진오일 시료(시료 4)의 스펙트럼, 도 3시료 0 내지 시료 7의 스펙트럼 전체를 하나의 그래프 상에 함께 도시한 것이다. 상기 도 1 내지 3에서 확인할 수 있는 바와 같이 주행거리에 따라 파수 1,720cm-1 부근의 카르보닐기(C=O) 피이크, 1,630cm-1 부근의 카르복실산염의 카르보닐기(C=O) 피이크, 그리고 1,155cm-1 부근의 에스테르의 에테르(C-O) 피이크는 강도에 차이가 나타나는데 반하여 파수 2,920cm-1 부근의 C-H 단일결합의 피이크의 강도는 각 시료간 차이가 없는 것을 확인할 수 있다.
다음으로, 상기 (S2) 단계를 통해 얻어진 흡광도 기준 관능기와 산화 지표 관능기의 흡광도 수치를 이용하여 산화도 지수를 산출한다(S3). 상기 산화도 지수는 흡광도 기준 관능기의 흡광도 수치에 대한 산화 지표 관능기의 흡광도 수치의 상대값인 것으로서 다음 계산식 1에 의해 산출될 수 있다.
[계산식 1]
산화도 지수= 산화 지표 관능기의 흡광도 수치/흡광도 기준 관능기의 흡광도 수치×100
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면 상기 산화도 지수는 파수 2,920cm-1 부근의 C-H 단일결합의 피이크의 수치에 대한 파수 1,630cm-1 부근의 카르복실산염의 카르보닐기(C=O) 피이크 수치의 상대값인 것으로 산화도 지수(CO)로 표시하며, 다음 계산식 2에 의해 산출될 수 있다.
[계산식 2]
산화도 지수(CO)=A(CO)1630/A(CH2)2920×100.
상기 계산식 2에서 A(CO)1630는 파수 1630m-1의 카르보닐기(-C=O)의 흡광도이며, A(CH2)2920는 2920cm-1에서의 C-H 단일 결합(-CH2)의 흡광도이다.
열화 생성물의 관능기 흡광도는 차량의 주행거리에 따라 증가해서 그 특정 관능기의 흡광도 세기는 엔진오일의 열화도에 비례한다. 한편, 상기 산화도 지수 산출시 산화가 많이 진행된 엔진오일의 경우에는 산화 지표 관능기의 흡광도 수치에 대한 기준점의 보정이 필요할 수 있다. 이에 대해서는 도 4 및 도 5를 참조한다. 도 4는 1,630cm-1 부근을 확대한 것이다. 도 4에서 엔진오일 교환 후 각각 11,217km 및 17,021km를 주행한 엔진오일에서 채유한 시료 3 및 4의 경우 주행거리가 상대적으로 짧은 다른 시료들에 비하여 스펙트럼의 바탕선 위치가 그래프의 아래로 이동되는 경향을 보이며 산화 정도가 심할수록 이러한 경향이 더욱 크게 나타난다. 이처럼 산화가 많이 진행된 엔진오일의 경우 산화된 정도에 비해 산화도 지수가 크게 산출되는 등 오차가 발생할 수 있으므로 산화도 지수를 계산하기 전 측정된 산화 지표 관능기의 흡광도 수치에 대한 보정이 필요하다. 도 5는 카르보닐기의 흡광도 수치의 보정에 대한 바탕선 결정을 위한 기준점을 정하여 도시한 것이다.
이상, 엔진오일을 적외선 흡광법으로 분석하여 엔진 오일의 산화 지표 관능기의 흡광도 수치를 이용하여 엔진오일의 열화도를 측정하는 방법에 대해 설명하였다.
또한, 본 발명의 경우 상기 열화도 측정 방법을 통해 산출된 산화도 지수를 이용해서 엔진오일의 교환시기를 결정하는 방법을 제공한다. 올레핀계 엔진오일의 경우 일단 산화가 일어나면 이것이 빠르게 진행되어 오일 자체의 열화에 따른 물성이 급격히 저하되는 특성이 있다. 도 6은 시료 0 내지 7에서 얻은 산화도 지수를 이용해서 주행거리에 따른 산화도 지수의 변화 추이를 그래프로 나타낸 것이다. 도 6에 따르면 상기 그래프는 주행거리 10,000km 부근에서 변곡점이 나타나는 추이를 나타내며 이 변곡점이 나타나는 위치가 산화도 지수 1인 지점에 해당된다. 따라서 엔진오일의 산화는 산화도 지수 1 이후 급속하게 진행되는 것으로 해석된다. 그러므로 산화도 지수(I(CO)) 1을 엔진오일 교환의 기준시기로 정하고, 측정된 엔진오일의 산화도 지수가 1이상인 경우 엔진오일을 교환하는 것이 바람직하다.
또한, 차량의 엔진오일 저장용기에 ATR 센서를 부착하기 용이하고, 광학계를 통한 신호수신이 용이하기 때문에 엔진오일의 산화 정도를 실시간 모니터링 할 수 있고, 임계 산화도에 도달하면 운전자에게 신호로 알려주는 장치로 차량 내 탑재가 가능하다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되어지는 것이다. 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 모든 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과한 것으로 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니다. 따라서, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다.
실시예
(1) 실험방법
1) 적외선 흡광도 측정
미사용 가솔린 차량용 정제 광유 엔진오일과 엔진오일 교환 후 주행거리가 서로 다른 가솔린 차량에 사용된 정제 광유 엔진오일 시료를 채유하였다. 표 1은 각 시료가 채유된 차량의 주행거리를 정리한 것이다. 다음으로 각 시료 0~7에 대하여 고정식 적외선 흡광 분석기를 이용하여 흡광도를 분석하였다. 각각의 시료를 KRS-5 광학 플레이트에 얇게 도포하고 FT-IR 분석기(6100, JASCO, 일본)로 각 시료의 흡광도를600~4,000cm-1 파수에서 분석하였다. 또한, 상기 분석 장비 이외에 휴대용 FT-IR 기기(Carry 630, Agilent, 미국)의 ATR(Attenuated Total Reflectance)을 이용하여 600~4,000cm-1 파수에서의 각 시료의 적외선 흡광 스펙트럼을 분석하였다.
각 시료가 채유된 차량의 주행거리
시료 구분 차량
총 주행거리(km)		 오일 교환 후
주행거리(km)
시료 0 (미사용 엔진오일(Blk)) - -
시료 1 46,217 6,729
시료 2 34,638 7,341
시료 3 30,373 11,217
시료 4 63,157 17,021
시료 5 218,120 9,122
시료 6 43,210 10,672
시료 7 74,316 11,470
2) 산화도 지수의 산출
각 시료로부터 C-H 단일 결합(-CH2)(2920cm-1부근)와 Carboxylic acid salt(Carboxylate, 1630cm-1)의 흡광도 수치를 얻고 상기 계산식 1로 부터 산화도 지수를 산출하였다. 상기 흡광도 수치들 및 이로부터 산출된 산화도 지수를 다음 표 2에 정리하였다. 하기 표2에서 확인된 바와 같이 시료 1(엔진오일 교환 후 6,729km 주행한 차량에서 채유)의 산화도 지수는 0으로 측정되었으며, 시료 4의 경우에는 산화도 지수가 9로 나타났다.
각 시료의 흡광도 수치 및 산화도 지수
시료구분 흡광도 기준 관능기의 흡광도 수치 (-CH2/2,920cm-1) 산화 지표 관능기의 흡광도 수치
(C=O/1630cm-1)		 산화도 지수
시료 0 (미사용 엔진오일(Blk)) 100 0 0
시료 1 108 0 0
시료 2 100 0 0
시료 3 98 2 2
시료 4 108 10 9
시료 5 107 1 1
시료 6 106 2 2
시료 7 106 2 2
비교예 1
주행거리 별 엔진오일의 색깔 오염도를 알아보기 위해 육안관찰에 의한 표 1의 미사용 엔진오일 및 시료 1, 2, 3, 4 엔진오일의 색깔 농도를 비교 관찰하여 도 7a 및 도 7b에 나타내었다. 시료 1번 6,700km 주행한 엔진오일과 시료 4번 17,000km 주행한 엔진오일의 경우 색깔 농도 차이가 없는 것으로 관찰되었다. 또한, 폐 엔진오일 원액을 n-헥산(n-Hexane)으로 20배 희석한 엔진오일의 색깔 농도를 비교 관찰한 결과도 주행거리 별 색깔 농도에 의한 육안관찰 구분이 어려운 것으로 파악되었다.
육안관찰에 의한 색깔 비교방법으로 엔진오일의 오일교체 여부를 판단하는 것은 불가능한 것으로 나타났다. 엔진오일의 색깔 농도는 휘발유 연료의 불 연소 카본의 혼입이 원인이기 때문에 오일의 색깔 농도는 엔진오일의 윤활 성능저하와 직접적인 연관관계가 없는 것으로 나타났다. 따라서 엔진오일의 색깔 농도 비교에 의해 엔진오일의 교환시기를 결정하는 것은 어려운 것으로 분석되었다. 또한, 불연소 카본의 혼입은 자외선 조사나 형광빛의 방출을 방해하고, 엔진오일의 전기전도도에도 영향을 미치게 된다.
비교예 2
엔진오일의 주행거리 별 점도변화를 알아보기 위해 표 1의 미사용 엔진오일 및 시료 1, 2, 3, 4 엔진오일의 점도를 브룩필드 점도계(Brookfield DV-Ⅱ+, 미국)로 실온에서 측정하여 <표 3>에 나타내었다. 고점도 RV 타입과 스핀들 NO.2를 사용하였으며, 스핀들의 회전속도는 100rpm에서 측정하였다. 엔진오일의 점도 측정은 자동차 엔진오일의 일반적인 교체 시 조건을 고려하여 미사용 엔진오일을 포함한 대부분의 시료의 점도가 150mPa·s을 상회하는 것으로 측정되었고, 주행거리가 가장 큰 4번 시료의 경우도 미사용 엔진오일 대비 8mPa·s 상회하는 것으로 측정되었다. 1번 시료의 경우 6,700km 주행 후 120mPa·s로 측정되어 미사용 엔진오일 대비 30mPa·s 정도 점도가 낮은 것으로 측정되었고, 다른 엔진오일의 점도와 비교하여도 점도가 아주 낮은 것으로 나타났다. 이러한 현상은 엔진오일에 연료가 혼입되는 경우에 나타나는 점도 강하 현상으로, 연료의 혼입에 의해 엔진오일이 희석됨으로써 엔진오일 자체의 점도가 낮아지게 된다. 따라서 현장에서 엔진오일 체크 시 손끝의 감각에 의한 점도측정으로 오일교체 여부를 판단하는 것은 어렵다는 것을 알 수 있다.
실험에 사용된 엔진오일의 점도
시료 구분 오일 교환 후
주행거리(km)		 점도(mPa·s)
(RV 타입, 스핀들 No. 2)
미사용 엔진오일(Blk) - 154
시료 1 6,729 120
시료 2 7,341 157
시료 3 11,217 150
시료 4 17,021 162
비교예 3
자동차의 주행거리 별로 엔진 마모에 따른 엔진오일 중의 마모 금속류의 증가 정도를 알아보기 위해 표 1의 미사용 엔진오일 및 시료 1, 2, 3, 4 엔진오일에 함유된 금속성분을 ICP로 분석하여 [표 4]에 나타내었다.
주행거리 별 마모입자의 농도변화가 증가한 원소로는 Al, Ca, Fe, Cu로 분석되었다. 농도변화가 증가한 Al, Fe, Cu의 경우는 엔진의 주요 부품에 관련된 금속성분으로 엔진오일의 교환시기와 연관 지을 수 있는 중요한 금속원소이나 주행거리 증가에 비하여 금속원소의 증가 정도는 수 ppm에 불과하기 때문에 엔진오일의 엔진오일의 교체시기에 대한 중요한 인자로 보기에는 어려운 것으로 나타났다. 또한, 엔진오일의 첨가제 중에 함유하게 되는 Ca, Na, P, Zn 등은 주행거리에 따른 농도변화에 큰 차이를 나타내지 않았다. 엔진오일 중의 금속 마모입자의 농도는 엔진오일의 주행거리와 특별한 연관관계 없이 금속원소의 분석오차 범위 내에서 유사한 경향을 나타내었다.
엔진 마모에 따른 엔진오일 중의 마모 금속류의 증가 정도를 분석한 결과 엔진오일 중에 함유된 금속성분의 양과 엔진오일의 주행거리를 도식화하여 엔진오일의 교환시기에 대한 지표로 활용하는 것을 어려운 것으로 파악되었다. 또한, 엔진오일의 전기전도도 측정에 의한 엔진오일 교환시기를 결정하는 것은 어려운 것으로 파악되었다.
엔진오일 중의 무기원소의 ICP 분석결과
분석 원소
(mg/kg)		 미사용 오일
(주행거리)		 시료 1
(6,729km)		 시료 2
(7,341km)		 시료 3
(11,217km)		 시료 4
(17,021km)
Al 10 38 19 22 22
Ca 1797 2195 2105 2217 2485
Cr 5 1 3 4 4
Fe 20 25 29 34 42
Mg 10 17 9 10 12
Na 2536 613 471 886 513
P 612 658 564 595 638
Zn 947 1035 905 957 1083
Cu 1 7 9 11 7
Mn 0 2 2 2 8
Ni 3 4 2 4 4
Sn 4 2 4 4 4
Mo 1 729 172 203 140
앞서 살펴본 바와 같이 본원 발명의 엔진오일 열화도 측정방법은 비교예 1 내지 3에 비해 간단하고 신속한 방법으로 엔진오일의 산화도를 측정할 수 있으며 정확하게 정량화된 지수를 바탕으로 엔진오일의 교환시기를 판단하는 기준을 제공할 수 있다.

Claims (6)

  1. (S1) 적외선 분광법을 이용해서 엔진오일 시료의 흡광도를 측정하는 단계;
    (S2) 상기 (S1) 단계에서 측정된 흡광도로부터 흡광도 기준 관능기 및 산화 지표 관능기의 흡광도 수치를 얻는 단계; 및
    (S3) 상기 (S2)에서 얻어진 흡광도 기준 관능기 및 산화 지표 관능기의 흡광도 수치를 이용하여 엔진오일의 산화도 지수를 산출하는 단계;를 포함하는, 엔진오일의 열화도 측정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (S3) 단계에서 산화도 지수는 하기 계산식 1에 의해 산출되는 것인, 엔진오일의 열화도 측정 방법:
    [계산식 1]
    산화도 지수= 산화 지표 관능기의 흡광도 수치/흡광도 기준 관능기의 흡광도 수치×100.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 흡광도 기준 관능기는 C-H 단일결합(-CH2)인 것인, 엔진오일의 열화도 측정 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 산화 지표 관능기는 카르보닐기(C=O) 또는 에스테르기의 에테르기(C-O)인 것인, 엔진오일의 열화도 측정 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 카르보닐기는 카르복실산염의 카르보닐기(C=O)인 것인, 엔진오일의 열화도 측정 방법.
  6. 제1항에 따른 방법에 의해 산출된 산화도 지수에 따라 엔진오일 교환시기를 결정하는 방법.
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