엔진오일 순환 원리에 대해 궁금하셨나요? 엔진오일 순환 시스템에는 웻 섬프(Wet Sump)와 드라이 섬프(Dry Sump)가 있는데 웻 섬프 드라이 섬프 장점과 단점에 대해 살펴본 후 웻 섬프 드라이 섬프 차이는 무엇인지 정리해 두었으니 아래의 내용에서 자세히 알아보시기를 바랍니다.
엔진오일 순환 원리
엔진오일 순환 시스템의 두 가지 방식인 웻 섬프와 드라이 섬프에 대한 차이를 이해하기 위해서는 먼저 엔진오일이 자동차 엔진 내부에서 어떤 경로에 따라 움직이는지를 알아야 하며 그 경로는 총 8가지 경로로 구성되어 있습니다.
첫 번째 경로는 오일 팬(Oil Pan)으로 오일이 저장되어 있으며 가장 낮은 곳에 있습니다.
두 번째 경로는 스트레이너(Strainer)와 픽업 튜브로 굵은 이물질을 먼저 걸러내며 오일을 빨아 당기는 역할을 합니다.
세 번째 경로는 오일 펌프(Oil Pump)로 오일을 강한 압력으로 밀어 올리는데 요즘에는 엔진 부하에 따라 압력을 조절하는 가변 용량 펌프를 많이 사용합니다.
네 번째 경로는 오일 필터(Oil Filter)로 작은 금속 가루나 슬러지 등을 걸러냅니다.
다섯 번째 경로는 메인 갤러리(Main Gllery)로 엔진 블록 안의 주요 통로입니다.
여섯 번째 경로는 크랭크 샤프트 및 캠 샤프트 베어링으로 금속끼리 맞닿아 회전하는 곳에 유막을 형성합니다.
일곱 번째 경로는 피스톤과 실린더 벽으로 오일 제트(Oil Jet)를 통해 분사되며 윤활 및 냉각 역할을 수행합니다.
여덟 번째 경로는 리턴(Return)으로 중력에 의해 다시 오일 팬으로 흘러 내려갑니다.
이처럼 엔진오일 순환 시스템은 오일 팬에서 시작하여 다시 오일 팬으로 들어가는 일련의 과정에 의해 엔진오일이 순환하는데 그렇다면 웻 섬프 드라이 섬프 차이는 무엇인지 아래의 내용에서 자세히 알아보도록 하겠습니다.
웻 섬프(Wet Sump)
전 세계에 있는 자동차 중 90% 이상의 자동차에서 사용하고 있는 방식이 바로 웻 섬프(Wet Sump)로 오일 팬(Sump)이 오일에 젖어 있는 것을 의미합니다.
웻 섬프 방식은 엔진의 가장 밑에 있는 오일 팬에 엔진 오일을 저장하는데 오일펌프가 팬 바닥에 있는 오일을 엔진의 각 부위로 보낸 뒤 중력에 의해 다시 자연스럽게 오일 팬으로 모이게 하는 방식입니다.
웻 섬프 장점은 비용 효율성과 유지 보수의 용이성 그리고 경량화의 측면으로 바라볼 수 있습니다.
첫 번째 장점은 비용 효율성으로 구조가 단순하기 때문에 제조 단가가 낮으며 이는 결국 차량 가격이 저렴해질 수 있다는 장점이 있습니다.
두 번째 장점은 유지 보수가 쉽다는 것으로 부품 수가 적고 엔진오일 교환 작업이 쉽기 때문에 대부분의 정비소에서 쉽게 작업할 수 있습니다.
세 번째 장점은 경량화로 외부에 부착하는 별도의 오일 탱크가 필요 없어서 무게를 줄일 수 있습니다.
반면, 웻 섬프 단점은 횡 가속도에 취약하고 무게 중심이 높고 유체 저항이라는 3가지 단점이 있습니다.
첫 번째 단점은 횡 가속도(G-Force)에 취약하다는 것으로 급격한 코너링에서 오일이 팬 한쪽으로 쏠리면 픽업 튜브가 오일이 아니라 공기를 빨아당기는 오일 기아 현상이 발생할 수 있는데 이는 결국 엔진이 파손되는 주된 원인 중 하나입니다.
두 번째 단점은 무게중심이 높다는 것으로 오일을 저장할 공간이 엔진 하부에 필요하기 때문에 엔진 전체의 높이가 높아지며 자동차의 무게 중심이 올라간다는 단점이 있습니다.
세 번째 단점은 유체 저항으로 높은 속도로 회전할 때 크랭크 샤프트가 오일 팬의 오일을 치거나 오일 미스트에 의해 회전 저항이 발생하여 출력에 있어 손실이 발생할 수 있습니다.
하지만 최근에 출시되는 자동차에서는 위의 3가지 웻 섬프 단점을 보완하기 위해 팬 내부에 벽을 설치하거나 크랭크 샤프트와 오일 사이를 분리하는 Windage Tray 기술이 발전하여서 웬만한 스포츠 주행도 견딜 수 있게 되었습니다.
드라이 섬프(Dry Sump)
드라이 섬프는 주로 슈퍼카나 레이싱카 그리고 일부 고성능 오프로드 차량에 사용되는 방식으로 오일 팬에 오일이 고여있지 않고 마른 상태를 유지하는 상태를 의미합니다.
드라이 섬프의 핵심은 별도의 외부 오일 탱크와 스카벤지 펌프입니다. 오일이 엔진 바닥으로 떨어지자마자 바로 강력한 스카벤지 펌프가 이를 빨아당겨 외부에 있는 오일 탱크로 보내는데 이때 외부 탱크에 저장된 오일은 기포가 제거되고 나서 다시 압력 펌프를 통해 엔진으로 전달됩니다.
드라이 섬프 장점은 안정적으로 오일을 공급할 수 있으며 무게 중심이 낮고 출력이 높으며 오일 용량을 크게 가져갈 수 있다는 것입니다.
첫 번째 장점은 안정적으로 오일을 공급할 수 있는 것입니다. 아무리 심한 코너링이나 급가속 또는 급감속인 상황에서도 오일 탱크에서 안정적으로 오일을 공급할 수 있기 때문에 오일 쏠림 현상을 최소화할 수 있습니다.
두 번째 장점은 무게 중심이 낮은 것으로 엔진 하단에 오일을 저장할 깊은 팬이 있을 필요가 없어서 엔진을 차체 바닥에 더 가깝게 위치할 수 있는데 이는 코너링에서 핸들링 성능을 높일 수 있습니다.
세 번째 장점은 출력을 높일 수 있는 것입니다. 크랭크 케이스 내부를 진공 상태와 가깝게 유지하여 피스톤이 내려올 때 공기 저항을 줄이고 오일 저항을 제거하여 엔진 반응성이나 출력을 높일 수 있습니다.
네 번째 장점은 오일 용량을 늘릴 수 있는 것으로 별도의 외부 탱크를 사용하기 때문에 더 많은 양의 오일을 사용할 수 있어 엔진 냉각 시스템을 더 잘 활용할 수 있습니다.
반면, 드라이 섬프 단점은 비싸고 구조가 복잡하며 무겁고 정비하기 까다롭다는 것입니다.
첫 번째 단점은 비용이 높다는 것으로 보통 3~4개 스테이지 정도로 펌프가 여러 개 필요하며 별도의 탱크과 배관이 필요하기 때문에 제조 원가가 비싸게 책정됩니다.
두 번째 단점은 구조가 복잡하며 무겁다는 것입니다. 시스템이 복잡하고 필요한 부품의 수가 많기 때문에 그만큼 전체적인 차량 중량이 올라갈 수 있습니다.
세 번째 단점은 정비하기 어렵다는 것으로 엔진오일 교환 방법이 복잡하고 어려워서 교환 비용이 많이 발생한다는 단점이 있습니다.
웻 섬프 드라이 섬프 차이
드라이 섬프 웻 섬프 차이는 정말 다양한 차이가 있지만 그중에서 대표적인 차이점은 무엇인지 자세히 알아보도록 하겠습니다.
오일 저장소의 경우 웻 섬프는 엔진 하단의 오일 팬에 저장하지만 드라이 섬프는 별도의 외부 오일 탱크에 저장합니다.
펌프 구조를 살펴보면 웻 섬프는 단일 압력 펌프를 사용하지만 드라이 섬프는 압력 펌프에 스카벤지 펌프를 여러 개 사용합니다.
무게 중심의 경우 웻 섬프는 상대적으로 높지만 드라이 섬프는 무게중심을 매우 낮게도 설계할 수 있습니다.
오일 쏠림의 경우 웻 섬프는 급격한 코너링에서 취약하지만 드라이 섬프는 오일 쏠림 현상이 거의 없습니다.
엔진 출력은 웻 섬프에서는 유체 저항이 여전히 남아 있지만 드라이 섬프에서는 진공 효과로 인해 저항을 최소화하여 출력을 높일 수 있습니다.
유지 보수 비용의 경우 웻 섬프는 상대적으로 저렴하지만 드라이 섬프는 비싼 편이고 사용하는 오일 양도 많습니다.
엔진오일 윤활 시스템 최신 트렌드
하이브리드 차량은 주행하는 도중에 엔진이 수시로 꺼지고 켜지기 때문에 엔진이 꺼진 상태에서도 오일 압력을 유지하거나 재시동 직전에 미리 엔진 오일을 순환하여 마모를 방지해야 합니다. 따라서 전동 오일 펌프가 반드시 필요하기 때문에 웻 섬프 구조에 전동 모터가 결합한 하이브리드 윤활 시스템을 사용하고 있습니다.
최근에 출시한 고성능 전기차나 하이브리드 차량의 경우 드라이 섬프 시스템 원리를 이용하여 모터와 기어박스의 오일을 적극적으로 순환 냉각하는 오일 쿨링 방식을 사용하고 있습니다. 따라서 단순히 윤활을 넘어서 이제는 열 관리의 영역으로 오일 시스템이 확장하였다는 것을 의미합니다.
또한 유로 7 등 다양한 연비 규제를 충족하기 위해 OW-8이나 OW-12 등 초점도 오일이 많이 사용되는데 웻 섬프나 드라이 섬프 등 묽은 오일을 안정적으로 순환시키며 유막을 유지하는 정교한 펌프 제어 기술이 더 중요해졌습니다.
자주 묻는 질문
웻 섬프를 드라이 섬프로 변경할 수 있나요?
이론적으로는 일반 승용차를 튜닝하여 웻 섬프에서 드라이 섬프로 바꿀 수 있지만 비용이나 공간 문제로 인해 비현실적입니다.
왜냐하면 외부 탱크를 설치할 공간을 마련해야 하고 펌프를 장착하며 벨트를 연결하는 등 엄청난 규모의 공사를 진행해야 하기 때문에 비용이 수 천만 원에 달할 수 있어 현실적으로는 불가능하다고 볼 수 있습니다.
드라이 섬프 차량의 엔진오일 교환 주기가 더 긴가요?
드라이 섬프에서는 필요한 오일 용량이 커 오일이 오염되는 속도가 느릴 수는 있지만 고성능 엔진 특성상 가혹한 조건에서 주행하는 경우가 많습니다.
따라서 일반적으로 제조사 매뉴얼에 따른 엔진오일 교환 주기를 철저하게 지키거나 오히려 더 짧게 가져가는 경우도 많습니다.
하이브리드 차량에도 드라이 섬프를 사용하나요?
벤츠 AMG나 페라리 등 고성능 하이브리드 모델에서는 엔진의 무게 중심을 낮추고 패키징 효율을 높이기 위해 여전히 하이브리드 차량에서도 드라이 섬프를 사용하고 있습니다.
글을 마치며
지금까지 엔진오일 순환 원리에 이어 웻 섬프와 드라이 섬프의 장단점과 차이에 대해 살펴본 후 최신 트렌드까지 자세히 알아보았습니다.
웻 섬프는 일상적인 경우나 경제성을 중요시하는 대부분의 운전자에게 합리적인 선택이 될 수 있습니다. 게다가 최신 기술을 탑재하여 급격한 코너링 등 가혹한 주행 환경에서도 충분히 잘 사용할 수 있습니다.
반면, 드라이 섬프는 성능을 가장 우선시하는 엔지니어들의 최종 결과물이라고 생각합니다. 따라서 서킷을 주행하거나 차량 무게 중심 및 핸들링에 민감한 슈퍼카 오너들에게 드라이섬프는 최고의 선택이 될 수 있습니다.
엔진오일 순환 시스템은 단순히 기계적인 부품들의 결과가 아니라 자동차가 도로 위를 달리는 목적과 철학이 모두 담겨있는 것입니다. 이 글을 통해 여러분들의 자동차에는 웻섬프와 드라이섬프 중 어떤 방식의 엔진오일 순환 시스템을 사용하고 있으며 그 특징에 대해 집중하면서 주행하면 더 즐거운 드라이빙 라이프가 될 것입니다.