자동차 윤활이론과 연료계통

자동차 윤활이론

 

내연기관은 왕복운동하는 부분과 회전하는 부분이 많기 때문에 윤활유와 윤활장치가 필요하며 윤활유는 일반적으로 점성(黏性), 유성(油性), 유동점(流動點), 점도지수(粘度指數), 탄화성(炭化性), 산화안정도(酸化安定度), 안정성(安定性), 기포성(氣泡性) 등의 기본적인 성질이 있으며 이러한 윤활유의 성질은 윤활유 첨가제에 의해 향상될 수 있다. 다음은 윤활유의 기본적인 작용과 내연기관의 윤활장치를 설명한다.

1) 윤활 작용

윤활 작용이란 고체 마찰 시 마찰계수(摩擦係數)가 커져 마모 등의 문제가 발생할 수 있는 마찰 면에 점성 유체를 주입하여 유체마찰로 바꾸어 마찰계수를 감소시키는 것을 말한다. 마찰계수를 감소시킨다고 하여 감마(reduce friction) 작용이라고도 한다. 즉 마찰 면에 점성유체를 주입하면 마찰 면에 유막(oil film)이 형성되고 유막이 중간에서 마찰 면을 분리하게 되어 점성마찰이 이루어지면 마찰계수가 감소한다.

2) 냉각 작용

냉각 작용은 마찰 면에서 발생하는 마찰열을 제거하는 작용이다. 내연기관에서 윤활유는 순환하며 마찰 면 또는 기관에서 발생한 열을 냉각시키는 작용을 한다. 윤활유의 순환과정은 윤활유실⟶윤활유 펌프⟶윤활유 여과기⟶마찰 면⟶윤활유실의 순서로 순환하며 마찰 면에 있는 열을 흡수하여 냉각시킨다. 이러한 작용을 윤활유의 냉각작용이라 한다.

3) 청정 작용

청정 작용은 금속과 금속이 마찰하여 발생한 금속 분말이나 불순물 등을 제거하는 작용이다. 이러한 금속 분말 또는 불순물 등이 마찰 면에 남아 있으면 마모가 급속도로 진행되며 내구성 등의 측면에서 매우 좋지 않은 영향을 미친다. 따라서 이러한 불순물 등을 제거해야 하며 윤활유가 순환하면서 오일 필터에 흡착시키거나 윤활유 탱크에서 침전시켜 청정도를 유지하는 작용을 윤활유의 청정작용이라 한다.

4) 기밀 작용

기밀 작용은 실린더와 피스톤 링 사이에 압축가스나 연소가스가 누설되는데, 이 가스의 누설을 유막에 의하여 막는 작용을 말한다. 즉 윤활유가 공급되어 실린더와 피스톤링 사이에 유막이 형성되므로 실린더 내의 가스를 밀폐시킬 수 있다.

5) 방청 작용

방청 작용은 산소와 기타 물질로 인한 부식을 방지하는 작용을 말한다. 즉 윤활유가 급유되면 유막이 형성되어 산소의 침입을 차단하므로 산화를 방지할 수 있다.

6) 소음방지 작용(응력분산 작용)

엔진의 구동 부품들의 작동 시 운동 부분에 충돌 음이 발생하는데, 이러한 운동부에 윤활유를 급유하면 유막이 형성되어 집중응력을 분산시키고, 금속 면에 닿는 충돌음을 흡수하여 소음을 적게 하는 작용을 소음방지 작용이라 한다.

자동차 연료계통

 

일반적으로 자동차의 연료계통은 연료가 연료 탱크에서 출발하여 연료 여과기를 거쳐 연소실까지 들어가는 연료의 이동경로를 말하며 크게 가솔린기관과 디젤기관 연료계통으로 구분할 수 있다.

1) 가솔린기관의 연료계통

가솔린기관의 연료계통은 연료 탱크, 연료 펌프, 연료 여과기, 연료 파이프, 연료 분사장치, 리턴 라인 등으로 구성되며 분사된 연료가 흡기 라인 또는 연소실에 직접 분사된다. 연소에 필요한 연료량을 컴퓨터가 계산하고 연료 분사장치에 의해서 정밀제어 하여 분사시키는 구조이다.

2) 디젤기관의 연료계통

디젤기관의 연료계통으로는 연료 탱크, 연료 여과기, 공급 펌프, 분사 펌프, 연료 분사노즐 등으로 구성되며 연료 분사의 3요건(무화, 관통, 분포)에 만족할 수 있도록 고압의 압력을 형성하여 분사시킨다. 또한 CRDI(Common Rail Direct Injection)타입의 디젤 자동차는 초고압 분사를 통하여 연비 향상, 출력 증가 및 유해 배기가스 저감을 이루기 위해 저압 및 고압펌프가 각각 설치되고 연료분사장치 또한 흡입공기량에 맞추어 정밀제어하여 디젤기관의 효율적인 연소를 돕는다.

자동차 윤활방법

내연기관의 운동은 대부분 회전운동과 왕복운동으로 이루어져 있다. 이러한 운동부분에 윤활유가 공급되어 마찰의 감소 및 작동 상태의 원활한 성능을 유지하게 된다. 이러한 기관의 윤활방식에는 크게 비산식, 압송식, 비산 압송식, 혼기식, 중력식으로 구분 할 수 있으며 각각의 특징은 다음과 같다.

1) 비산식

비산식은 비산 주유식이라고도 하며 윤활유실에 일정량의 윤활유를 넣고 크랭크축의 회전운동에 따라 오일디퍼의 회전에 의하여 윤활유실의 윤활유를 비산시켜 기관의 하부를 윤활시키는 방식을 말한다.

2) 압송식

압송식은 강제주유식이라고도 하며 윤활유 펌프를 설치하여 펌프의 압송에 따라 윤활유를 강제 급유, 윤활하는 방식을 말한다. 이 방식은 펌프의 압력을 이용하여 일정한 유압을 유지시켜 기관 내부를 순환하며 윤활하는 방식이며 오일압력을 제어하는 장치들과 유량계 등이 적용되어 있다.

3) 비산 압송식

비산 압송식은 비산식과 압송식을 동시에 적용하는 윤활방식을 말하며 자동차기관의 윤활방식은 대부분 여기에 속한다. 크랭크축의 회전운동으로 오일 디퍼를 사용하여 기관의 하부에 해당하는 크랭크 저널 및 커넥팅로드 등의 부위에 윤활유를 비산하여 윤활 시키며 또한 별도의 오일펌프를 장착하여 윤활유를 압송시켜 기관의 실린더 헤드에 있는 캠축이나 밸브계통 등에 윤활작용을 한다.

4) 혼기식

혼기식은 혼기 주유식이라고도 하며 연료에 윤활유를 15~20:1의 비율로 혼합하여 연료와 함께 연소실로 보내는 방법이다. 주로 소형 2사이클 가솔린기관에 적용하며 기관의 중량을 줄이고 소형으로 제작할 경우 채택하는 윤활방식이다.

연료와 윤활유가 혼합되어 연소실로 보내질 때 연료와 윤활유의 비중 차이에 의해 윤활유는 기관의 각 윤활부로 흡착하여 윤활하고 연료는 연소실로 들어가 연소하는 방식으로 일부 윤활유는 연소에 의해 소비가 이루어진다. 따라서 혼기식은 윤활유를 지속적으로 점검, 보충하여 사용해야 한다는 단점이 있다.

5) 중력식

중력식은 중력 주유식이라고도 하며 석유기관에서 실린더에 주유공을 설치하고 주유공 위에 윤활유 탱크를 설치하여 중력의 힘으로 윤활유를 공급하는 방식이다. 즉 주유공 위에 설치된 밸브에 의해서 기관이 운전될 때 중력의 힘으로 윤활유가 조금씩 실린더 내로 흘러 들어가는 타입으로 이동형 기관에는 적합하지 않고 정치용 기관에 적용하고 있다.