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기어오일
기어오일(Gear oil)은 자동차, 트럭, 기타 기계 등의 변속기, 트랜스퍼 케이스, 차동 기어에 사용하기 위해 만들어진 윤활유이다. 기어를 더 잘 보호하기 위해 엔진오일보다 점성이 높으며, 압력 등에 더욱 잘 견딜 수 있는 첨가물들이 들어있다.
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개요
자동차용 기어오일은 자동차를 비롯해 건설기계, 각종 하역기계, 철도차량, 농업기계 등 기어장치의 윤활에 사용하는 윤활유이다. 기어를 더 잘 보호하기 위해 점성이 높으며 보통 유황 냄새가 강하고 높은 점도성은 기어 트레인 전체에 윤활유를 골고루 보낼 수 있도록 해준다.[1] 자동차용 기어오일의 점도는 SAE점도 분류에 의해 분류되고 있다. 85W 이하의 점도는 저온과 고온으로 규정되어 있고, 고온은 100℃의 동점도(cSt(㎟/s))를 사용하며, 저온은 절대점도 값으로 150,000cP를 나타내는 최고온도를 사용하고 있다.[2] 자동차에는 대체적으로 수동변속장치, 뒷차축의 차동장치인 디퍼런셜 기어 박스 그 외에도 조향장치 및 타이밍 기어 등에 사용된다. 일반적으로 기어 오일은 자주 교환해 주지 않을 뿐만 아니라 엔진오일과 같이 일상적으로 점검해 볼 수 없으므로 소홀히 하기 쉬우나 실제로 기어오일은 엔진오일 못지않게 중요하다. 기어의 형태와 기능이 비록 서로 다르다 할지라도 기어의 윤활에 요구되는 성능은 거의 동일하다. 기어의 윤활에 요구되는 성능은 마찰 감소, 마모 방지, 열의 방출, 기어간에 발생되는 진동, 충격 및 소음의 감소, 기억의 접촉면으로부터 오염물질의 제거, 부식 방지 등이 있다. 기어의 사용 수명과 기어 장치의 수명 연장과 보호성능을 나타내 줄 수 있는 윤활유의 능력은 여러가지 요인 의해 영향을 받는데 기어를 구성하고 있는 금속의 재질에 따라 다르다.
요구성능
적당한 점도
기어오일은 고온에서 충분한 점도를 가져 기어의 마모를 방지할 수 있어야 하며 저온에서는 기어의 변속이 용이하도록 충분히 점도가 낮아야 하는 등 적당한 점도를 가져야 한다.
극압성
차량의 기어는 크기가 작지만 좁은 면적으로 큰 힘을 전달하므로 기어가 받는 국부 하중은 대단히 크다. 더욱이 차량의 기어박스 오일의 용량은 적으면서도 온도가 높기 때문에 유막파단의 위험성이 많다. 따라서 차량용 기어오일은 우수한 극압성능을 가져 어떠한 운전조건에서도 극압하중에 의한 마모를 방지할 수 있어야 한다. 특히 차량의 뒷차축에 장착되어 있는 하이포이드 기어와 같이 극심한 운전조건에 사용되는 기어오일은 경계 윤활 혹은 극압윤활 상태로 운전되므로 금속대 금속의 접촉을 방지하여 기어를 보호해줄수 있어야 한다.
산화안정성
기어오일은 기어가 회전하고 높은 하중을 받음에 따라 심하게 교반이 되어 공기와 접촉하게 되고, 높은 열이 발생된다. 이때 오일의 산화가 매우 빠른 속도로 일어나 슬러지 등이 생서오디어 기어오일의 수명이 단축될뿐만 아니라 기어에도 좋지 않은 영향을 주게 되므로 산화안정성이 우수하여야 한다.
소포성
기어의 회전에 의해 오일이 교반되어 기포가 발생되며, 이 기포는 공기와의 접촉 면적이 커서 오일의 산화를 촉진하게 되고, 공기방울이 압축되므로서 열이 발생된다. 또한 기어에 대한 윤활능력이 떨어질 뿐만 아니라 기포가 기어의 접촉면 사이에서 터짐으로서 공간이 발생되어 그 자리에서 금속대 금속의 접촉이 발생되므로 인하여 마모가 발생될 수 있기 때문에 소포성이 우수하여야 한다.
부식방지성
오일이 열화되면 부식성 산화생성물이 되기도 하고 수분이 혼입되면 녹이나 부식의 원인이 된다. 따라서 부식방지성 및 방청성이 우수하여야 한다. 이외에도 광범위한 온도조건에서 운전될 수 있도록 점도지수가 높아야 하며, 혹한의 날씨에도 변속이 용이하도록 유동점이 낮아야 한다.
기어오일의 분류 및 규격
SAE 자동차용 기어오일의 점도 분류
자동차용 기어오일(수동변속기 오일, 차동장치 기어오일)의 점도분류는 전세계적으로 엔진오일과 동일하게 SAE(Society of Automotive Engineer:미국 자동차 공학회)에서 규정한 점도분류를 표준으로 사용하고 있다. 저온에서의 규격은 엔진오일과 동일하게 숫자 뒤에 W로 표시하고 고온에서의 특성은 숫자로 표시한다. W앞의 숫자가 작을수록 저온에서의 점도가 낮고 뒷쪽의 숫자는 클수록 고온에서의 점도가 높다. 자동차용 기어오일에서 가장 이상적인 점도는 70W/250 이라고 할 수 있으며 저온(-55℃)에서 유동성이 가장 좋고 , 고온에서 점도가 (41 cSt이상) 가장 높아 고온에서도 가장 두꺼운 윤활막을 형성하게 된다. 시중에서 많이 판매되고 있는 기어오일의 점도분류는 75W/85, 75W/90 , 80W/90, 85W/140 정도이다.[3]
자동차용 기어오일 SAE 점도 분류 점도 등급 150,000cp의 Max온도 100℃ 동점도, sCt Min 100℃ 동점도, sCt Max 70W -55 4.1 - 75W -40 4.1 - 80W -26 7.0 - 85W -12 11.0 - 80 - 7.0 <11.0 85 - 11.0 <13.5 90 - 13.5 <18.5 110 - 18.5 <24.0 140 - 24.0 <32.5 190 - 32.5 <41.0 250 - 41.0 -
API의 자동차용 기어오일의 성능분류
자동차용 기어오일의 성능 분류는 미국석유협회(API)에서 각종 차량에 요구되는 성능을 감안하여 API GL-1급에서부터 API GL-6급까지 6단계로 수동 변속 기어오일 및 디퍼런셜 기어오일에 대해 아래와 같이 분류한다.
API GL-1급
순광유를 사용하여도 만족스러운 윤활성능을 얻을 수 있는 단위 하중이 적고, 미끄럼 속도가 낮은 온화한 조건으로 운전되는 자동차용 수동 변속장치의 스파이럴 베벨기어 및 웜기어용 기어오일이 사용된다. 이 분류의 오일에는 성능 향상을 위하여 산화방지제, 녹방지제, 소포제 및 유동점강하제등의 첨가제를 사용할 수도 있으나 마찰 조정제와 극압첨가제는 사용하지 않는다.
API GL-2급
API GL-1급 오일로는 만족스러운 윤활성능을 나타내기에는 부족한 정도의 하중, 온도 및 미끄럼 속도가 가해지는 조건으로 운전되는 자동차용 웜기어 기어오일이 사용된다.
API GL-3급
속도와 하중이 약간 가혹한 조건으로 운전되는 자동차용 수동변속장치 및 스파이럴 베밸기어용 기어오일이 사용된다.
API GL-4급
마모방지제와 극압첨가제를 함유한 오일로서 고속/고토르크 및 저속/고토르크로 운전되는 싱크로메쉬가 있는 모든 수동식 변속장치 및 승용차와 상용차의 트랜스미션, 소형화물차의 하이포이드 기어용 기어오일이 사용된다.
API GL-5급
다량의 극압첨가제를 함유한 오일로서 충격 부하나 고부하가 작용하는 자동차용 리어액슬 부위에 적용할 수 있는 규격이다. 고속/충격하중, 고속/고토르크, 저속/고토로크로 운전되는 승용차 및 화물차의 하이포이드 및 동으로 된 싱크로메쉬가 없는 수동변속장치용 기어오일이 사용된다.[4]
API GL-6급
API GL-5급 보다도 더욱 가혹한 운전조건으로 운전되는 기어용 오일이었으나 현재는 규격이 삭제되었다.
MIL규격
MIL-L-2105D는 MIL-L-2105C와 규격은 동일하며, MIL-L-2105C에서는 재생한 오일로 제조되어도 규격에 합당하면 인정을 받을 수 있었으나 새로운 MIL-L-2105D 규격에서는 재생한 오일은 사용할 수없으며, 미국 국방성으로부터 추천을 받고자 하면 해당되는 오일에 발암물질을 함유하고 있지 않다는 공증문서를 첨부하여야 한다.
- MIL-L-2105A : API GL-4급에 정도에 해당
- MIL-L-2105B : API GL-5급에 정도에 해당되는 단급 점도 오일
- MIL-L-2105C : API GL-5급에 정도에 해당되는 다급 점도 오일(현재는 삭제)
- MIL-L-2105D : API GL-5급에 정도에 해당되는 다급 점도 오일
기어오일의 사용
승용차의 기어장치는 크게 전륜구동, 후륜구동으로 분류되며 전륜구동은 엔진의 위치에 따라 다시 횡치형과 종치형으로 구분되나 대한민국에서 2021년기준 현재까지 생산되고 있는 모든 종류의 구동형 승용차는 횡치형 전륜구동 구조이다.
API 성능 분류의 따른 기어오일의 사용
자동차 기어장치의 구조에 따라 사요오디는 기어의 종류가 다르고, 사용되는 기어오일 역시 달라지게 된다. 후륜구동 기반의 뒷차축의 차동장치와 종치형 전륜구동 기반의 변속장치에는 극압하중을 받는 하이포이드 기어를 사용함에 따라 API GL-5급 정도의 극압성이 높은 기어오일을 새용해야 하는 반면 후륜구동 기반의 변속장치와 횡치형 전륜구동 기반의변속장치내에는 하중을 많이 받지 않는 기어와 황동으로 된 싱크로나이저링을 사용하므로 API GL-4급정도의 극압성이 낮은 기어오일을 사용하여야 한다. 기어오일에 사용되는 극압첨가제는 활동성이 강한 인과 유황의 화합물이고, API 성능이 높은 기어오일일수록 극압성이 높아진다. 따라서 숫자가 높아질수록 극압첨가제의 양이 많아 하중에 견디는 성능이 높아지는 반면 기어오일의 수명은 짧아지게 된다. 기어오일의 극압첨가제는 기어에 높은 접촉압력이 가해지고, 또한 기어가 빠른 속도로 미끄럼 운동을 하게 됨에 따라 치면의 온도가 높아지게 되므로서 금속표면과 반응하여 얇은 황화철 및 인화철 피막을 입힘으로서 금속대 금속의 접촉을 방지하게 된다. 하지만 극압첨가제는 비교적 열안정성이 떨어져 약 섭씨 100도 이상에 장시간 동안 유지될 경우에는 다르와 같은 흑색 퇴적물을 발생시키게 된다. 처음에는 오일이 검어지게 되며 점차 최적물을 생성하기 때문에 생성되는 퇴적물의 야이 점차 늘어감에 따라 끝내는 기어오일로서의 역할을 하지 못하게 된다. 이러한 왕성한 반응성으로 인하여 변색을 일으키거나 화학적 부식을 발생시키기도 한다.
SAE 점도 분류의 따른 기어오일의 사용
대한민국에서 생산 및 판매되는 전륜구동 승용차에는 SAE 75W-80의 저점도 멀티그레이드 기어오일이나 SAE 80W의 저점도 기어오일이 추천되어 있으며, 이러한 저점도 오일의 연비 향상, 저온에서의 변속성능 그리고 변속감각이 기존의 기어오일에 비하여 훨씬 개선됐다. 특히 변속장치에 사용되는 기어오일의 변속감각 성능은 기어오일의 마찰력과 SAE 점도 등급에 따라 좌우된다. 마찰력은 사용된 극압첨가제와 마찰조정제의 품질에 따라 달라지게 되며, 기어오일의 점도 등급이 높은 것 즉 SAE 90정도 되는 기어오일을 사용할 경우에는 엔진오일에서와 같이 마찬가지로 점도 지수 향상제를 사용한다. 따라서 기어오일의 품질, 수명 그리고 내구성 등은 점도 지수향상제의 품질에 따라 달라지게 된다. 후륜구동 승용차의 경우에는 변속장치에 SAE 80W-90 멀티그레이드 기어오일을 변속장치 및 리어액슬에 많이 사용하고 있다. 버스나 트럭등의 변속장치에는 주로 SAE 80W나 SAE80W-90의 기어오일이 추천되어 있으며 리어액슬에는 SAE 90번 기어오일이 추천되어 있다. 하지만 대부분의 대형차량 등은 변속기용 기어 오일과 리어액슬에 SAE 80W-90이나 SAE 85W-140의 기어오일을 리어액슬에 사용하는 데에는 아무런 문제가 없으나 겨울철까지도 변속장치에 계속 사용한다면 변속감각이 저하된다.
각주
- ↑ 〈기어오일〉, 《위키백과》
- ↑ 〈기어오일〉, 《사이언스온》, 2005-07-27
- ↑ mecha, 〈자동차용 기어오일의 SAE 점도분류〉, 《다음 카페》, 2012-03-26
- ↑ 바닥을다지고, 〈기어 오일 API GL-4와 GL-5등급의 차이점, 현대다이모스 밋숀 추천 기어오일, 저상버스의 리어액슬 AS용 ZF 정품 아디놀 기어오일 TRANSMISSION OIL GX 80W90 ML〉, 《네이버 블로그》, 2014-11-28
