자동차 엔진-8

자동차 엔진 윤활 및 냉각

1. 윤활 장치

1) 윤활의 목적

 엔진의 회전 부분이나 섭동부에 윤활유를 공급함으로써 유막을 형성하여 엔진의 작동을 원활하게 한다.

2) 윤활작용

- 감마 작용 : 운동 부분의 마찰을 적게 하여 마모를 감소하는 작용을 한다.

- 냉각 작용 : 마찰에 의하여 발생된 열을 신속히 외부로 방출하는 작용을 한다.

- 밀봉 작용 : 실린더와 피스톤 사이의 유막을 형성하여 압축 및 폭발 시 가스의 누설을 방지하는 작용을 한다.

- 완충작용 : 운동 부분에서의 일시적인 압력변동으로 인한 출격을 유막을 형성으로 흡수하는 작용을 한다.

- 방청 작용 : 엔진 내부에서 생기는 카본, 슬러지, 마찰 부분의 금속입자 등을 제거하는 작용을 하며, 금속의 표면에 유막을 형성하여 외부나 공기나 습기 및 부식성 가스로부터 차단하는 작용을 한다.

3) 구조

(1) 윤활 장치의 구성

 윤활계통은 크랭크실에서 오일팬 내의 오일이 오일 스트레이너를 통해 비교적 입자가 큰 불순물을 제거한 후 오일펌프에 의해 가압되어 오일 냉각기를 거쳐 오일 여과기에서 미세한 불순물을 제거하여 유압 조절기로 도입되어 오일 압력을 조정한 후 각 윤활 부분으로 공급된다. 각 운동 부분에서 윤활 기능을 마친 오일은 다시 오일 팬으로 되돌아간다. 

 오일펌프는 오일 팬에 있는 오일을 흡입하여 기관의 각 운동부에 압송하는 펌프이며, 오일 팬 안에 위치하고 있다. 

- 기어펌프

 기어 펌프는 외접 기어 펌프와 내접기어 펌프가 있다. 외접기어 펌프는 구조가 간단하고 작용이 확실하므로 널리 사용되고 있다.

- 트로코이드 펌프

 로타리 펌프라고도 하며, 작용이 확실하고 크기를 소형화할 수 있으므로 현재 가장 많이 사용되고 있다. 자동차용으로는 잇수가 4개와 5개로 결합된 것이 가장 많다.

- 베인 펌프

 베인 펌프는 펌프실 안에서 편심으로 설치되어 회전하는 로터, 베인, 스프링의 세 부분으로 구성되어 있다. 이 형식은 디젤엔진 등의 일부에 사용되고 있다.

- 플런저 펌프

 플런저 펌프의 실린더 내에서 왕복 운동하는 플런저에 의해 펌프 작용을 한다. 2 행정 사이클 엔진에서 주로 사용한다.

(2) 윤활 방식

- 비산식 : 오일 팬의 오일을 커넥팅 로드의 캠에 설치된 오일 디퍼(오일 주걱)로 튀겨서 공급하는 방법이다.

- 압송식 : 오일펌프를 사용하여 각 윤활부에 오일을 공급하는 방법을 말하며, 전압 송 식이라도 한다.

- 비산 압송식(복합식) : 비산식과 압송식을 겸하는 방식이다.

- 혼합식 : 주로 2 행정 사이클 엔진에서 사용하며, 연료에 오일을 혼합한 상태로 기관에 공급하는 방법이다.

(3) 오일의 여과 방식

 오일의 순환 경로는 오일 여과기의 설치 방법에 따라 달라지며, 그 방식에는 a. 오일펌프에서 압송하는 오일을 전부 ㅇ과기에서 여과한 다음 각 윤활부로 공급하는 전류식, b. 오일펌프에서 압송된 오일을 각 윤활부로 직접 공급하고 일부를 여과기로 여과한 다음 오일 팬으로 되돌아가는 방식의 분류식, c. 전류식과 분류식을 합한 형식을 복합식이 있다. 이들 중에서 보통 전류식을 많이 사용한다.

 

2. 냉각장치

 피스톤, 밸브 등의 과열로 인한 고착을 방지하고, 윤활유의 온도를 일정하게 유지하며 마찰, 마모를 방지한다. 수냉식 기관에서는 기관의 온도(냉각수 온도)를 80~90도로 유지한다. 기관의 온도가 과냉할 때 다음과 같은 피해를 초래한다.

- 연소를 나쁘게 하여 열효율이 저하된다.

- 불완전 연소에 의해 발생되는 COx, SO2 등의 부식성이 강한 산성가스가 응축수와 화합하여 HCOOH, H2SO4로 되어 실린더 내면에 침식하거나, 혹은 윤활유 중에 섞여 화학적인 이상 마모를 일으킨다.

1) 냉각장치의 종류

(1) 공랭식 : 실린더 및 실린더 헤드에 냉각핀을 설치하여 직접 공기의 유동으로 냉각하는 방식이다.

냉각 방식

- 자연 통풍식 : 진행 중의 주행풍에 의해 냉각하는 방식이다.

- 강제 통풍식 : 냉각 팬을 이용하여 통풍시켜 냉각한다.

냉각 기구

- 냉각핀 : 방열면을 넓히기 위하여 설치하는 것으로, 열복사 효율을 개선시킬 목적으로 냉각핀을 흑생으로 칠하는 경우도 있다.

- 도풍판 : 냉각 효과를 높이기 위해서 냉각 팬으로부터 냉각핀까지 바람을 유도하는 판이다.

- 냉각 공기 팬 : 강제 통풍식에 쓰이는 송풍장치를 말한다.

(2) 수랭식 : 실린더 헤드와 실린더 주위에 물 통로를 만들고 실린더 하부에서 실린더 헤드로 순환시켜 가열된 물을 방열기로 보내서 냉각하는 방식이다.

- 냉각 순환 경로

 기준온도 미달 시 : 냉각수 통로 -> 냉각수 펌프 -> 냉각수 통로

 기준온도 과열 시 : 냉각수 통료 -> 수온 조절기 -> 방열기 -> 냉각수 펌프

- 수랭식 냉각 방식의 주요 구성 부품

물펌프 : 냉각수를 강제로 유동시키는 것으로 원심펌프가 사용되며, 크랭크 축으로부터 벨트로 구동된다.

수온 조절기 : 냉각수의 온도가 적절히 유지되도록 조절하는 밸브로 실린더 헤드와 방열기 사이에 설치된다.

작업온도 : 열리기 시작 : 약 65도, 완전 열림 : 약 85도, 닫히기 시작 : 약 85도, 완전 닫힘 : 약 65도

종류 : 왁스 펠릿형, 벨로우즈형, 바이메탈형 등이 있으며 자동차용으로는 왁스 펠릿형이 주로 사용된다.

- 방열기 : 물 통로에서 보내온 냉각수의 열을 방출하여 식히는 역할을 하며, 위 물탱크, 아래 물탱크, 코어로 구성되어 있다. 코어의 모양은 수평형, 파상형, 벌집형, 원관형 등이 있다.

- 냉각 팬 : 주행품에 의한 냉각이 충분치 않을 경우, 즉 차량이 서행 중이거나 정차 시에 방열기와 기관실을 냉각시킬 수 있는 충분한 양의 공기가 부족할 때 강제로 공기를 공급시키기 위한 장치로, 기관의 동력을 이용하거나 모터를 이용하여 팬으로 구동시킨다.

(3) 부동액 : 냉각수가 동결되는 것을 방지하기 위하여 냉각수와 혼합하여 사용하는 액체로 에틸렌글리콜이 주로 사용된다.