짧은 자동차 주행의 영향: 엔진오일, 12V 배터리, DPF, 배기계
짧은 주행은 엔진과 오일, 12V 배터리, 배기계를 계속 예열 단계에 머물게 한다. 연간 주행거리가 짧아도 가혹 조건일 수 있다.
짧은 주행은 자동차에 부담이 적어 보인다. 몇 km만 움직이고 엔진도 짧게 작동하며 누적 주행거리도 천천히 늘어난다. 하지만 몇 km짜리 이동을 반복하면 수십 km나 수백 km를 차분하게 계속 달리는 것보다 차량에 더 가혹한 조건이 만들어질 수 있다.
자동차 정비사 알렉세이 스테판초프는 문제의 핵심이 거리 자체보다 냉간 시동이 반복되고 차량이 완전한 정상 작동 온도에 도달할 시간이 부족하다는 점에 있다고 설명한다. 이런 영향은 겨울에 특히 두드러진다.
일부 제조사는 이를 정비 기준에 명시적으로 반영한다. 예를 들어 일부 기아와 현대 차량의 사용설명서는 정상 기온에서 8km 미만, 영하의 추운 날씨에서 16km 미만의 주행을 반복하는 조건을 가혹 운전 조건으로 분류한다. 마쓰다와 토요타 자료에서도 비슷한 주의사항을 확인할 수 있다.
엔진은 주행 시간의 대부분을 차가운 상태로 보낼 수 있다
시동 직후에는 엔진과 엔진오일, 배기계의 온도가 정상 작동 온도보다 크게 낮다. 오일은 더 끈적하고, 파워트레인 부품도 정상적인 열 상태에 도달하는 과정에 있다.
윤활유 제조사들은 냉간 시동과 예열 과정이 엔진에 부담이 큰 운전 단계 가운데 하나라고 설명한다. 그렇다고 모든 시동이 심각한 손상을 일으킨다는 뜻은 아니다. 현대의 엔진과 오일은 이런 사용을 전제로 설계된다. 차이는 같은 사이클이 계속 반복될 때 생긴다.
한 번의 냉간 시동 뒤 100km를 달리면 불리한 예열 구간은 전체 주행의 작은 부분에 불과하다. 반대로 3km씩 다섯 번 나누어 주행하면 엔진이 작동하는 거의 모든 시간이 예열 과정일 수 있다.
엔진오일에 수분이 쌓일 수 있다
엔진이 작동하면 수증기가 생긴다. 일부 수분은 연소 부산물과 함께 크랭크케이스로 들어갈 수 있다. 엔진이 충분히 뜨거워지면 수분의 상당 부분이 증발해 크랭크케이스 환기 계통을 통해 빠져나간다. 그러나 시동 후 몇 분 만에 엔진을 끄면 이 과정에 필요한 시간이 부족할 수 있다.
냉간 시동과 짧은 주행을 다룬 SAE 연구에서는 엔진오일에 물과 연료, 기타 오염물질이 축적되는 현상이 확인됐다. AAA도 추운 날씨에 짧은 거리만 운행할 때 이런 문제가 특히 나타나기 쉽다고 설명한다.
외부에서 볼 수 있는 징후 가운데 하나는 오일 주입구 캡 아래에 생기는 밝은색 유화물이다. 다만 이것만으로 심각한 고장을 단정할 수는 없다. 비슷한 모습이 다른 이유로도 나타날 수 있기 때문이다.
연료가 오일을 희석할 수 있다
엔진이 차가울 때는 혼합기 형성과 연소 조건이 충분히 따뜻해진 뒤와 다르다. 가솔린 직분사 엔진 연구에 따르면 냉간 시동과 예열 과정에서 연료 일부가 실린더 벽에 묻고, 크랭크케이스로 내려가 오일과 섞일 수 있다.
이를 연료 희석이라고 한다. 정도가 심해지면 윤활유의 점도가 낮아지고 안정적인 유막을 유지하는 능력도 떨어질 수 있다.
“장거리 주행으로 완전히 예열되면 휘발성 성분의 일부가 증발할 수 있습니다. 하지만 몇 km짜리 이동을 계속 반복하면 그런 조건이 생길 기회가 훨씬 줄어듭니다,”라고 스테판초프는 말한다.
그래서 연간 주행거리가 적다고 반드시 엔진이 편한 조건에서 사용되는 것은 아니다. 아침에 3km, 저녁에 다시 3km를 달리는 차가 훨씬 많은 고속도로 주행거리를 가진 차량보다 더 가혹하게 운용될 수 있다.
오일은 주행거리만으로 노화하지 않는다
흔한 실수는 주행거리계만 보는 것이다. 엔진오일에는 시간이 지나면서 연소 부산물과 수분, 연료, 기타 오염물질이 섞인다. 쉘도 짧은 주행과 잦은 스톱-스타트 운전을 오일의 부담을 키울 수 있는 조건으로 꼽는다.
이 때문에 제조사는 정비 주기를 주행거리뿐 아니라 시간으로도 정한다. 가혹 조건에서는 오일과 필터를 더 자주 교환하도록 요구할 수도 있다.
정확한 주기는 모델과 엔진, 시장에 따라 다르므로 해당 차량의 사용설명서를 기준으로 해야 한다.
배터리가 충전량을 회복할 시간이 부족할 수 있다
또 다른 취약 요소는 일반적인 12V 시동용 배터리다. 엔진을 시동하려면 큰 전류가 필요하다. 이후 발전기가 사용한 에너지를 보충해야 하지만, 동시에 전조등과 공조장치, 인포테인먼트, 다른 전장품도 전력을 소비한다. 겨울에는 유리, 시트, 미러, 스티어링 휠 열선까지 사용해 부하가 더 커진다.
보쉬와 바르타는 짧은 주행을 반복하면 발전기에서 배터리로 들어가는 에너지가 사용된 양보다 적을 수 있다고 설명한다. 매일 차를 운전하더라도 배터리 충전 상태는 점차 낮아질 수 있다.
납산 배터리를 계속 충전 부족 상태로 사용하면 극판의 황산염화를 촉진하고 시동 성능을 떨어뜨릴 수도 있다.
따라서 매일 운행하던 차량이 어느 아침 방전된 배터리 때문에 시동이 걸리지 않는 상황은 짧은 주행의 반복이 원인일 수도 있다.
배기계가 마를 시간이 부족하다
연료가 연소하면 수증기가 발생한다. 차가운 배기계 안쪽에서는 이것이 응축수로 변한다. 장거리 주행에서는 배기관과 머플러가 충분히 뜨거워져 수분의 상당 부분이 증발한다. 시동 후 얼마 지나지 않아 엔진을 끄면 습기가 내부에 남을 수 있다.
배기 부품 제조사 워커는 특히 겨울철의 반복적인 단거리 주행을 머플러와 배기관 내부 부식이 빨라지는 요인으로 꼽는다.
그래서 주행거리가 많지 않은 도심용 차량의 배기계가 정기적으로 고속도로 장거리를 달리는 차보다 더 빨리 마모되는 경우도 있다.
디젤은 DPF 문제까지 더해진다
DPF를 장착한 현대 디젤차는 단거리 주행에 특히 민감하다. DPF에는 그을음이 점차 쌓이며, 주기적으로 재생을 통해 이를 제거해야 한다. 이 과정에는 적절한 온도와 충분히 긴 엔진 작동 시간이 필요하다.
“차가 계속 짧은 거리만 달리면 재생이 아예 시작되지 않거나 엔진을 끌 때마다 반복해서 중단될 수 있습니다,”라고 스테판초프는 설명한다.
폭스바겐은 잦은 단거리 주행이 디젤 미립자 필터의 정상적인 정화를 방해할 수 있다고 명시한다. 포드도 짧은 주행과 잦은 엔진 시동을 DPF가 재생을 끝낼 추가 기회를 필요로 할 수 있는 조건으로 든다.
권장 속도와 엔진 회전수, 주행 시간은 차량마다 다르다. 모든 디젤에 공통으로 적용되는 “DPF 태우기” 방법은 없으며 제조사의 안내를 따라야 한다.
촉매도 짧은 주행에서는 효율이 떨어진다
가솔린 엔진을 시동한 직후에는 촉매가 아직 차가워 최대 효율로 작동할 수 없다. EPA는 냉간 단계가 배출가스 측면에서 가장 불리한 시기 가운데 하나라고 설명한다. 정상 작동 온도에 도달하면 정화 효율은 크게 높아진다.
따라서 전체 주행이 몇 분뿐이라면 상당 부분이 엔진과 촉매가 아직 예열되는 동안 이뤄진다. 이는 촉매의 직접적인 손상보다는 연료 소비와 배출가스 문제에 가깝지만 단거리와 장거리 주행의 차이를 잘 보여준다.
겨울에는 문제가 더 커진다
낮은 기온은 여러 조건을 동시에 악화시킨다. 엔진오일이 따뜻해지는 데 더 오래 걸리고, 시동에는 더 많은 에너지가 필요하며, 배터리의 전력 공급 효율도 낮아진다. 동시에 운전자는 전력을 많이 쓰는 각종 열선을 사용한다.
차가운 엔진은 연료도 더 많이 소비한다. 미국 에너지부의 실험 자료에 따르면 약 −7 °C에서 일반 가솔린차의 도심 연비는 +25 °C보다 약 15% 나빠질 수 있다.
모든 짧은 겨울 주행에서 연료 소비가 정확히 15% 늘어난다는 뜻은 아니다. 다만 몇 km밖에 달리지 않으면 자동차가 가장 비효율적인 단계에서 보내는 시간의 비중이 커진다.
같은 3km 주행도 부담은 다를 수 있다
출발 전 차량 온도도 중요하다. 아침에 완전히 식은 차로 3km를 달리고 몇 시간 세워두면 다음 시동도 다시 냉간 시동이 된다.
“한 시간 운전한 뒤 상점 앞에서 10분 정도 멈췄다가 다시 몇 km를 가는 상황은 완전히 다릅니다,”라고 스테판초프는 말한다.
엔진과 오일, 배기계가 따뜻한 상태를 유지하기 때문에 운전 조건은 훨씬 부드럽다. 즉 주행거리뿐 아니라 완전한 냉간 시동 사이클을 몇 번 반복하는지도 중요하다.
하이브리드와 전기차는 어떨까?
일반 하이브리드와 플러그인 하이브리드는 여전히 내연기관을 갖고 있기 때문에 앞서 설명한 문제의 일부가 남는다.
저온 환경의 하이브리드 파워트레인 연구에서도 내연기관의 짧은 작동 사이클 동안 수분 축적과 연료에 의한 오일 희석이 관찰됐다.
순수 전기차에는 이런 특정 문제가 없다. 내연기관용 엔진오일과 배기계, DPF, 내연기관의 냉간 시동 자체가 없기 때문이다.
다만 겨울철 짧은 주행에서는 실내와 배터리를 데우는 데 배터리 에너지의 상당 부분이 쓰이므로 전기차의 에너지 효율이 낮아질 수 있다.
차분한 장거리 주행이 자동차에 더 편할 수 있는 이유
오랫동안 계속 주행하면 차량은 정상 작동 상태에 충분히 도달할 수 있다. 오일 온도가 안정되고, 수분이 더 잘 제거되며, 배터리에는 충전 시간이 더 생기고, 배기계도 뜨거워져 응축수를 제거하기 쉬워진다.
디젤에서는 DPF 재생에 더 적합한 조건도 만들어진다.
그렇다고 장거리 주행이 항상 가벼운 사용인 것은 아니다. 최고 속도에 가까운 장시간 운전, 무거운 트레일러 견인, 산악도로, 매우 더운 환경도 많은 제조사가 가혹 조건으로 분류한다.
여기서 비교하는 것은 차가운 상태에서 시작하는 짧은 주행을 반복하는 경우와 차분하게 오랫동안 계속 달리는 경우다.
차주가 할 수 있는 일
차량이 거의 항상 한 번에 몇 km만 주행한다면 우선 제조사가 이런 사용을 가혹 조건으로 분류하는지 확인해야 한다. 해당한다면 일반 조건보다 더 자주 정비해야 할 수 있다.
스테판초프는 특히 겨울에 배터리 상태를 확인하고, 주행거리가 적다는 이유만으로 오일 교환을 늦추지 말며, 가끔은 차량이 충분히 정상 작동 온도에 도달할 수 있을 만큼 긴 거리를 운전하는 것도 권한다.
현대 엔진은 오랫동안 공회전으로 예열할 필요가 없는 경우가 대부분이다. 잠시 기다린 뒤 부드럽게 출발하고, 파워트레인이 따뜻해질 때까지 높은 회전수와 큰 부하를 피하면 된다.
핵심은 간단하다. 총주행거리만 중요한 것이 아니다. 매일 차가운 상태에서 몇 km씩 달려 쌓인 5000km는 그보다 훨씬 많은 고속도로 주행거리보다 더 가혹한 사용이 될 수 있다. 여러 제조사가 짧은 주행을 공식적으로 가혹 운전 조건에 포함하는 이유가 여기에 있다.