일반 휘발유와 고급 휘발유의 차이점 한 번에 이해하기!

GS칼텍스 - 2012.09.14

일반 휘발유와 고급 휘발유의 차이점

안녕하세요! 저번 포스팅에서 말씀 드렸던 것처럼, 이번 시간에는 GS칼텍스에서 생산되는 고급휘발유와 일반휘발유는 무엇이 다른가? 에 대해서 계속 알아보도록 하겠습니다. 먼저 GS칼텍스에서 운영하는 포털사이트인 Kixx(http://www.Kixx.co.kr)에서는 과연 고급휘발유와 일반휘발유의 차이점을 어떻게 설명하고 있는지 살펴볼까요?

아! Kixx 홈페이지에서는 이런 제품관련 정보 외에도, GS&Point 가맹점 소개 및 포인트 사용, 가까운 주유소 찾기 및 GS칼텍스 에서 제공하는 다양한 이벤트에 대한 정보들도 수시로 업데이트 되는 만큼, 아직 방문해 보시지 않은 분이라면, 꼭 한 번 들러보세요!

위의 그림에서 볼 수 있듯, GS칼텍스에서 홍보하고 있는 고급휘발유의 특징은 세 가지 입니다. 1,2는 이전 포스팅에서 말씀 드렸던 옥탄가와 관련된 부분인데요, 3번 항목의 “고성능 엔진청정제”와 “마찰저감제”는 생소하시죠? 제가 이번 포스팅을 통해 설명드릴 내용이 바로 이 “엔진청정제”와 “마찰저감제” 입니다. 먼저, “엔진청정제”에 대해서 알아보도록 하겠습니다.

“엔진청정제”라고 하니 엔진을 깨끗하게 해 준다는 것 같은데, 과연 엔진이 왜 더러워지고 어떻게 씻어준다는 거지? 휘발유에 더러운 물질이라도 들어가 있는 거 아니야? 하고 생각하셨다면, 잠깐만 그 생각을 접어두시고, 제 설명을 들어주세요. 모두 아시다시피, 엔진은 연료를 태워서 얻어지는 에너지를 기계적인 동력으로 바꿔주는 장치입니다.

여기서 연료를 “태운다”는 부분이 중요한데, 당연하지만 연료를 태우는 과정에서는 높은 열이 발생하게 되지요. 때문에 차량이 주행 중일 때 엔진의 내부는 수 백도℃의 고온을 유지하게 됩니다. 때문에 엔진의 각종 부품들도 열을 받아서 온도가 높아지게 되지요. 엔진의 흡기 밸브 역시, 높은 온도로 달궈지게 됩니다. 그런데, 엔진에 흡입되는 공기나, 연료는 이에 비해서 상대적으로 온도가 낮습니다.

때문에 엔진에 연료가 분사되는 순간, 저온의 연료가 고온의 흡기밸브를 만나는 순간, 흡기밸브 표면에서 연료의 증발이 일어나게 되지요. 뜨겁게 달구어진 프라이팬에 물을 떨어뜨리면 치익~하면서 금방 증발되어 버리죠? 그것과 비슷한 현상이 엔진 내에서도 일어난다고 생각하시면 됩니다.

상대적으로 고온인 실린더 내부에 비해, 공급되는 공기와 연료는 그 온도가 낮아, 연료분무가 흡기밸브(파란색 원)에 닿는 순간 증발이 일어나게 된다 이렇게 흡기밸브에 닿은 연료가 100% 증발하면 문제가 일어나지 않겠지만, 상대적으로 흡기밸브의 윗 부분은 저온의 공기와 연료로 인해서 온도가 충분히 높지 못해 일부는 흡기밸브에 점착되게 됩니다.

물론 한 번에 분사되는 연료의 양 자체가 매우 적으므로 잠깐의 운전이라면 문제가 되지 않겠지만 장시간 운전하게 되면 흡기 밸브에 미처 증발되지 못한 연료들이 퇴적되게 됩니다. 이를 IVD(Intake Valve Deposit, 흡기밸브퇴적물)이라고 합니다.

사진에서 검정색으로 보이는 부분이 모두 퇴적물입니다. 공기가 들어가는 흡기 밸브에 찌꺼기 들이 쌓이게 되면 당연히 흡기 공기가 원활하게 실린더 내부로 유입되지 못하게 되어 엔진의 성능이 떨어지게 됩니다. 뿐만 아니라 이 퇴적물들은 일종의 스펀지 역할을 해서 연료 분무를 흡수하기 때문에 차량의 연비도 나빠지며, 이로 인해 정확한 공연비 제어가 어려워져서 유해물질의 배출도 증가시킵니다.

때문에 이러한 퇴적물의 양을 줄이기 위하여 휘발유의 황 함량, 방향족 및 올레핀 성분과 같이 퇴적물의 생성에 영향을 미치는 것으로 알려진 성분의 함량은 지속적으로 줄여왔으나, 탄화수소계 연료와 윤활유를 사용하는 이상 퇴적물의 생성 자체를 100% 막을 수는 없습니다. 따라서 휘발유에는 이러한 퇴적물들을 제거해 주는 “엔진청정제”가 포함됩니다.

엔진청정제는 마치 비누거품이 몸의 때를 씻어내 주는 것처럼, 흡기밸브에 쌓인 퇴적물들을 씻어내는 역할을 합니다. 엔진청정제는 보통휘발유인 Kixx와 고급휘발유인 Kixx Prime에 모두 첨가됩니다.

사실 Kixx에 포함되어 있는 청정제 역시 전 세계의 품질기준을 만족할 수 있는 고성능 청정제이지만, Kixx Prime에는 고급휘발유답게 한 단계 더 성능이 높은 청정제를 사용하고 있습니다. 아래 사진에서 볼 수 있듯, 같은 운전조건이라고 해도 첨가제를 사용한 것과 사용하지 않은 차이는 매우 크답니다!

그럼 두 번째로 마찰저감제에 대해서 알아보도록 하겠습니다. 앞서 설명 드린 엔진청정제는 국내에서 판매되는 모든 휘발유에 다 포함되지만, 이 마찰저감제는 GS칼텍스의 Kixx Prime에만 포함되는 기능성 첨가제인 만큼, 조금 더 집중! 해주세요.

본격적인 설명에 앞서, 질문하나 드리겠습니다. 과연 연료가 연소되며 생성되는 에너지 중에, 실제로 엔진을 돌리는데 사용되는 에너지는 과연 얼마일까요?

최소한 절반 정도는 되어야 하니까 50%? 아니면 요즘엔 기술도 좋아졌으니 적어도 3/4인 75%? 물론 엔진에 따라서 차이는 있겠지만, 실제로 연소과정에서 열을 통해 방출되는 에너지 중에 엔진을 구동하는데 쓰이는 에너지는 25%를 넘지 않는 경우가 대부분입니다.

그나마도 엔진에서 변속기로, 변속기에서 구동계통으로 힘이 전달되며 에너지가 계속 손실되기 때문에, 실제로 엔진내부에서 발생되는 에너지 대비 실제 차량을 움직이는데 사용되는 에너지는 미미한 수준이지요.

연료의 연소과정에서 발생되는 에너지를 100이라고 하면, 약 30%는 배기가스로, 5%는 열복사로, 30%정도는 냉각과정에서의 열손실, 10%는 엔진 내부의 마찰로 사라지게 되고 겨우 남은 25%만이 기계적인 일로 변환되게 됩니다. 마찰저감제는 마찰로 사라지는 10%를 조금이라도 줄여보고자 개발된 제품입니다.

마찰로 소실되는 에너지를 줄일 수 있다면, 그 만큼을 엔진을 구동하는데 보태 쓸 수 있을 것이고 그럼 그만큼 연비도 좋아지겠죠? 마찰을 줄이는 방법의 원리는 기본적으로 간단합니다. 과연 어떻게 금속과 금속의 직접적인 접촉을 가능한 막느냐입니다. 아래 그림에서 보시는 것처럼, 실제로는 매끈해 보이는 실린더 표면과 피스톤이지만, 실제로 확대해서 보면 무수히 많은 굴곡으로 이루어져 있습니다.

이 틈 사이를 윤활유, 혹은 연료가 채워서 연소가스가 새어나가는 것을 막고, 연소로 인해 생긴 폭발력이 기계적인 일로 변환될 수 있게 해 주는 역할을 합니다. 피스톤이 움직이면서 벽면에 묻어 있는 유막(얇은 기름층, 아래그림에서 분홍색 영역)이 제거되기도 하고, 피스톤의 움직임 자체가 완전한 선형이 아니기 때문에 국부적으로 금속-금속간 충돌이 발생하는데, 이것이 바로 마찰의 원인이 됩니다.

피스톤과 실린더 벽면 부위를 가능한 확대한 모습. 붉은색 원으로 표시된 부분이 금속-금속간 마찰이 직접 일어나는 부분 그리고 피스톤의 움직임, 혹은 중력에 의해서 유막이 제거 되는 것도 마찰이 증가하는 한 이유라면, 유막이 잘 제거되지 않으면 마찰을 줄일 수 있지 않을까? 하는 생각에 시작된 것이 바로 마찰저감제 입니다. 유막이 벽면에 잘 유지되려면 가능한 점성이 높으면(끈적하면)좋겠죠?

점성은 분자간의 끌어당기는 힘에 비례하고, 끌어당기는 힘은 분자량이 커질수록 증가하는 경향이 있기 때문에 분자량을 늘리면 쉽게 윤활성을 향상 시킬 수 있습니다. 하지만 저번 포스팅에서 말씀드렸던 것처럼, 탄화수소계 연료는 분자량이 증가할수록 옥탄가가 낮아지는 특성이 있기 때문에 무작정 연료유나 첨가제의 분자량을 증가시킬 수는 없지요.

그래서 마찰저감제는 조금 다른 특성을 지니고 있습니다. 마찰저감제는 주 성분은 크게 두 가지 성분으로 나뉘어져 있습니다. 편의상 머리와 꼬리로 구분하는데 “머리”부분은 금속을 좋아하고, “꼬리”부분은 지방성분을 좋아합니다. 그리고 꼬리들은 서로 끌어당기지만 머리들은 서로 밀어내는 성질을 가지고 있지요. 그래서 아래 그림처럼 마찰저감제가 엔진 내부로 유입되면, 금속을 좋아하는 머리들은 실린더와 피스톤에 달라붙게 됩니다.

그리고 머리와 연결된 꼬리에 다른 꼬리들이 달라붙게 되고, 머리들은 서로 밀어내기 때문에 2중으로 된 층을 형성하게 됩니다. 마찰저감제는 이런 특성으로 인하여 일반적인 유막보다 실린더와 피스톤벽면에 조금 더 잘 붙어있을 수 있고, 양 끝의 머리부분들이 서로를 밀어내기 때문에 금속-금속간 마찰을 줄여주는 역할을 합니다.

이렇게 끝의 특성이 다른 분자구조는 생각보다 주변에서 흔히 찾아볼 수 있는데요, 대표적으로 우리가 사용하는 세제(계면활성제)는 친수성(물을 좋아하는)머리와 친유성(기름을 좋아하는) 꼬리로 이루어져 있어, 친유성의 꼬리들이 기름때를 둥글게 감싸서 기름 때가 물에 씻겨 나갈 수 있도록 만들어줍니다.

그리고 우리 몸을 이루고 있는 세포를 둘러쌓고 있는 세포막 역시 친수성의 머리와 소수성(물을 싫어함)의 지질로 이루어져 있지요. 자동차에 관한 지식이 조금 있으시다면 “마찰을 줄이는 건 윤활유의 역할이 아닌가?” 하고 생각하실 텐데요, 실제로 윤활유에도 마찰저감제가 포함되어 있습니다.

그럼에도 불구하고 연료에도 추가적으로 마찰저감제를 주입하는 이유는 1) 윤활유와 달리 연료에 포함된 마찰저감제는 실린더 윗부분에도 접촉이 가능하고, 2) 윤활유에 포함된 마찰저감제는 시간이 지남에 따라 산화되지만 연료유는 지속적으로 새로 공급되기에(연료가 분사 될 때 마다) 항상 산화되지 않은(제 효력을 낼 수 있는)첨가제를 지속적으로 사용하는 효과를 낼 수 있기 때문이지요.

연료에 섞여 있는 마찰저감제 중 일부는 분사되어 벽면에 묻어있다가 윤활유가 모여있는 크랭크케이스 내부로 흘러 들어가게 되어 윤활유의 성능을 높여주기도 합니다.

이로 인해 GS칼텍스의 Kixx Prime을 지속적으로 사용할 경우 점점 연비가 높아지는(마찰저감제가 지속적으로 공급 및 축적되기 때문에) 효과를 얻을 수 있지요.

지금까지 GS칼텍스의 고급휘발유와 보통휘발유는 무엇이 다른가?에 대해서 간략히 알아보았습니다. 보통휘발유와는 달리 고급휘발유는 그 수요가 적어 모든 주유소에서 취급하고 있지는 않습니다.

혹시 고급휘발유를 사용해 보고 싶지만, 주변에는 고급휘발유를 취급하는 주유소를 찾지 못하셨던 분들은 Kixx 홈페이지의 주요소/충전소 찾기 서비스(Kixx Story → 주유소/충전소 → 주유소/충전소 찾기) 이용하시면 쉽게 찾으실 수 있습니다. 그럼 새로운 내용으로 찾아올 또 다른 포스팅을 기대해 주세요.