기관 16 > 윤활장치 구조

1. 윤활장치 개요

  윤활장치는 엔진 내부의 각 윤활부에 오일을 공급하여 마찰을 감소 시키고 마모를 방지시키며, 마찰부분의 열이나 피스톤의 열을 식혀 주는 작용을 한다.

2. 윤활장치 기능

1) 마찰감소 및 마멸 방지작용 : 섭동 부분의 표면에 유막을 형성하여 의 금속의 마찰감소 및 마멸방지 작용을 한다.

2) 밀봉작용 : 피스톤 링과 실린더 사이에 유막을 형성하여 피스톤의 압축 행정이나 연소 후 팽창과정에서 혼합가스나 연소가스가 새지 못하도록 기밀을 유지하여 출력이 저하되는 것을 방지하는 중요한 성질이다.

3) 냉각작용 : 윤활 부분에서 발생한 마찰열을 흡수하여 다른 곳에서 방열한다. 윤활 부분이 국부적으로 고온이 되어 녹아 붙게 되는 것을 방지한다.

4) 세척작용 : 윤활유가 윤활 부분에 게재하는 불순물을 그 유동과정에서 흡수하고 오일 여과기에서 걸러주므로 윤활 부분를 깨끗이 한다. 불순물로는 공기중의 먼지, 마멸된 금속분말, 연소생성물 등이며 이것들이 윤활 부분에 들어가면 마멸이 현저하게 촉진된다.

5) 방청작용 : 윤활 면에 수분이 작용하거나 공기 중에 노출되면 녹이 슬고 부식이 일어난다. 윤활유는 수분이나 부식성 가스가 윤활 면에 침투하는 것을 막으며 제거해주는 작용을 한다.

6) 응력 분산작용 : 윤활 부에는 국부적 또는 순간적으로 큰 압력이 작용하여 유막을 파괴하여 융착을 일으킨다. 윤활유는 액체라는 성질을 이용하여 국부에 작용하는 압력을 액 전체에 분산시켜 평균화시키는 작용을 한다. 이것을 응력분산 작용이라고 하며 진동과 충격작용을 받는 기관에서는 특히 중요한 기능이다.

3. 윤활유의 성질

1) 유성(oilness) : 기관에 작용하는 하중이 매우 크거나 윤활유의 공급이 모자라는 경우에 윤활유는 매우 엷은 막을 형성하여 경계 윤활 상태가 된다. 이때 유막을 완전히 형성하려는 윤활유의 성질을 유성이라고 한다. 이것은 윤활유가 분자의 인력에 의하여 흡착하는 성질이다. 동ㆍ식물성 윤활유(피마자유)는 유성이 크고 광물성 유는 일반적으로 유성이 적다.

2) 점도(viscosity) : 유막이 얇으면 운전상황이 돌발적으로 변할 때에 유막이 파괴되어 금속 면이 손상된다. 이러한 현상이 일어나는 것을 방지하려면 유막의 층을 두껍게 하여 완전히 유체윤활로 하면 된다. 이때 윤활유의 액체분자 간의 마찰에 의한 내부저항을 점도(viscosity)라고 한다.

점도가 너무 크면 내부 마찰이 증가하므로 운전 중의 동력을 많이 흡수하며, 시동할 때도 큰 회전력이 필요하고 열 전달이 불량하여 유막의 형성이 어렵게 된다.   점도가 너무 작으면 유막을 만들기는 쉬우나 하중이 증대하면 압축되어 유막이 파괴되기 쉽다. 점도는 온도와 압력의 변화에 따라서 변하는데 온도가 높아지면 떨어지고 압력을 받으면 점도가 크게 된다.

윤활유는 온도 변화에 따라서 점도가 많이 변하지 않는 것이라야 하는데 이 윤활유의 성질을 나타내는 것으로 점도지수를 사용한다. 점도지수가 큰 것일수록 점도의 변화가 작은 것이고 압력의 영향을 작게 받는다.

3) 비중 :  윤활유의 비중은 15℃에서 측정하여 0.9 정도이다. 일반적으로 질이 좋은 것일수록 가볍다.

4) 인화점 : 특정한 시험조건 하에서 시험용 화염을 가까이 했을 때, 윤활유 표면에서 나오는 증기에 인화되는 온도로서 점도가 같은 기름이면 인화점이 높은 것이 양질이다. 동?식물성 유가 광물성 유보다 인화점이 높은데 보통 200℃이상이다. 인화점이 높은 것은 좋으나 필요이상 높으면 다른 성능이 떨어진다.

5) 응고점 :   윤활유를 냉각하였을 때 엉겨서 유동하지 않게 되는 온도를 말하며 이 온도가 낮을수록 양질이다. 한냉지에서 윤활유는 펌프의 흡인작용과 순환, 유동 및 시동성에 큰 영향을 미친다. 응고점보다 5℉(2.36℃)높은 온도를 유동점이라 한다.

6) 산화안정성 및 탄화항력 : 윤활유는 높은 온도(225℃이상)에서 공기와 접촉하면 산화작용에 의하여 침전물(sludge)을 만든다. 이 찌꺼기는 마찰면의 마찰손실을 증가시키고 금속표면을 부식시킨다. 또한 수지물질(樹脂物質)의 피막을 만들어 윤활유의 통로를 막는 등의 장해를 발생시킨다. 윤활유 중의 유황분, 불포화 탄화수소 및 아스팔트 성분 등이 많을수록 산화되기 쉽다. 산화되기 쉬운 윤활유는 탄화되기 쉬운 경향이 있으며 산화와 탄화의 두 성질이 밀접한 관계에 있으므로 산화에 대한 안정성을 시험하여 탄화 항력을 알 수 있다.

4. 윤활방식

1) 비산 식(飛散 式, splash lubrication system) :  크랭크실 내에 항상 일정량의 윤활유를 넣어 놓고 커넥팅로드 큰 끝에 붙어 있는 주걱(dipper)으로 크랭크케이스 안의 윤활유를 각 윤활 부분에 뿌려서 실린더 벽이나 피스톤 등에 급유하는 방법이다. 구조는 간단하지만 급유가 불균일하게 되기 쉽다. 이 방식은 단 기통이나 2 기통의 소형기관에만 사용한다.

2) 압송 식(押送 式, forced lubrication system) :  캠 축이 구동하는 오일펌프에 의하여 오일 팬(oil pan)안의 윤활유를 흡입하고 오일의 압력을 3～6 bar 정도로 높여서 그림 과 같은 오일 순환통로를 따라 각 윤활부로 압송하는 방식이다. 오일의 순환통로는 먼저 오일펌프로 윤활유를 흡입하여 오일 여과기에서 불순물을 걸러서 크랭크축의 메인 베어링(main bearing)으로 보낸다. 여기에서 크랭크축에 뚫린 오일 통로를 거쳐 크랭크 핀 베어링에 급유를 하고, 커네팅 로드의 급유 통로를 지나 피스톤 핀 베어링에 급유한다. 일부의 윤활유는 캠 축과 로커암 축(rock arm shaft)으로 압송하여 이 부분을 윤활한 후에 오일 팬으로 떨어진다.

3) 비산ㆍ압력 조합식(splash and forced combination lubrication system) :    비산식과 압력식을 조합한 것이며 크랭크축 베어링, 캠 축 베어링, 밸브기구 등은 압력식으로 윤활하고 실린더 벽, 피스톤 핀 등은 비산식으로 윤활하는 방식이다. 자동차용 기관에서 이 형식을 많이 사용하고 있다.

5. 윤활장치의 구성부품

1). 오일펌프(oil pump) : 오일펌프는 보통 캠 축으로 구동하며, 오일 팬(oil pan)내의 윤활유를 흡입, 가압하여 각 윤활부에 압송하는 일을 하는 것으로서 크랭크 케이스(crank case)내부나 외부에 설치한다. 기어식(gear type), 로터리식(rotary type) , 플런저식(plunger type), 베인식(vane type) 등을 사용한다.

              기어 펌프의 구조                                                                                로터리 펌프

                          베인펌프                                                                      플런저식

2) 유압조절 장치 : 유압조절장치는 윤활통로 내의 압력이 과도하게 올라가는 것을 방지하여 압력을 일정하게 유지하는 작용을 한다. 이 조절기는 펌프의 배출구 쪽에 스프링이 미는 볼(ball) 또는 스프링(spring)이 있어서 오일의 압력이 스프링의 힘보다 커지면 이 밸브가 열리고 과잉 압력의 오일이 팬(pan)으로 되돌아간다.

이때 스프링의 압축 압력을 조절하여 알맞은 유압을 조절한다. 유압조절밸브는 펌프와 일체로 오일펌프 몸체에 설치하거나 오일펌프와 주 오일 통로에 설치한다.

3) 오일 여과기(oil filter) : 윤활유 안에는 기관 각 부분의 마찰에 의한 마모로 생기는 금속분말과 연료와 윤활유의 연소에 의하여 생성되는 탄소성분이나 침전물(sludge) 등의 불순물이 들어있다. 이 불순물들은 기관의 각 윤활 부의 마모를 촉진함으로 오일 여과기에서 걸러 주어야한다. 여과기는 그림과 같이 필터와 통이 일체로 되어 있는 통(cartridge) 식과 필터만을 교환하는 종이요소(element) 식이 있다. 필터(filter)의 재료는 종이, 면사(綿絲), 금망(金網) 등을 사용하는데 종이에 화학처리를 한 특수종이(element)를 많이 사용한다.

4) 오일 냉각기(oil cooler) :   기관 오일의 온도는 85。C를 넘지 않아야 한다. 만일 125～130。C를 넘으면 급격하게 윤활성이 떨어지므로 기관오일이 항상 적정한 온도를 유지할 수 있도록 오일냉각장치를 사용한다. 오일냉각기는 수냉식과 공냉식이 있는데 오토기관에서는 그림 과 같은 공냉식을 많이 사용한다.

6, 오일 압력 스위치 및 충전 경고등 회로

 1) 기관의 오일 압력 스위치는 접점식을 사용한다.

2) 기관 시동이 된 후 충전 경고등이 점등 될 때에는 아래와 같이 점검 순서대로 점검 및 정비 한다

① 오일량을 점검 한 후 오일량이 부족하면 오일을 보충하고 오일 누설 되는곳을 점검 정비한다

② 휴즈 점검 한다

③ 오일 압력 스위치 컨넥터 탈거 및 접촉상태 점검한다

④ 오일 압력 스위치 탈거하여  오일구멍에 핀으로 누르고 도통 상태를 점검한다, 눌러지지 않거나, 도통되지 않으면 스위치 교환한다

⑤ 기관 오일 압력 스위치 자리에 오일 압력게(2-3kg/cm²) 설치하여 오일이 순환하지 않으면 기관 오일 필터 막힘여부, 기관분해하여 오일 톨로 막힘여부, 오일펌프 순으로 점검한다,