내연기관

(Internal Combustion Engine)

2012년도 1학기(제 14주)

기계자동차공학부

박 승 운

by www.google.co.kr

◈ 학습목표

o 윤활유의 역할과 특성에 대한 이론적 정립 o 기관별 윤활 방법에 대한 이해

◈ 학습성과

o 윤활유의 역할과 특성에 대해 설명할 수 있어야 함.

o 기관별 적합한 윤활방법에 대해 설명할 수 있어야 함.

강의 내용 및 순서

■ 윤활 이론

■ 윤활유의 성질 및 첨가제

■ 윤활유의 종류 및 분류

■ 기관의 윤활 방법

■ 윤활계통

■ 윤활 이론

o 마찰력 : 두 물체 사이에 상대운동에 따른 저항력

o 마찰계수 : 마찰력의 작용형태에 따른 비례상수. 두 물체의 재질, 접촉면, 형상 등에 따라 다름.

o 마찰열 : 마찰에 따른 손실 열에너지.

o 윤활(lubrication) : 마찰면의 마찰계수를 감소시키는 조치.

o 윤활유(lubricant) : 윤활을 목적으로 마찰면에 공급하는 물질. 고체, 반고체, 액체, 기체

▶ 윤활유의 역할

① 윤활작용 : 마찰면에 윤활유를 공급하여 마찰계수를 감소시킴.

② 냉각작용 : 마찰면에서 발생하는 마찰열을 제거함.

③ 청정작용 : 마찰로 인해 발생된 이물질을 제거. 오일필터, 윤활유탱크 내에 침전 ④ 기밀작용 : 실린더와 피스톤 사이에서의 가스누설 방지 역할.

⑤ 방청작용 : 유막을 형성하여 부식 방지

⑥ 소음방지작용(응력분산작용) : 유막을 형성하여 응력분산 및 충돌음 흡수

■ 윤활 이론

■ 윤활 이론

by www.gearsolutions.com

■ 윤활의 성질 및 첨가제 1) 점성(viscosity)

by www.bizol.com Viscosity strongly depends on temperature. The indication of the viscosity range for a multigrade oil (e.g. 10W-40) specifies the oil performance at high and low temperatures. The number

before the W (10) stands for the viscosity at low temperatures (40°C), whereas the number after the W (40) indicates the viscosity at high temperatures (100°C).

■ 윤활의 성질 및 첨가제 1) 점성(viscosity)

; 유체가 흐를 때 나타나는 내부저항의 크기.

- 온도에 따라 변함.

* 점도계 : Saybolt 점도계(미), Redwood 점도계(영), Engler 점도계(독)

Saybolt 점도계

■ 윤활의 성질 및 첨가제 2) 유성(oiliness)

; 윤활유가 금속표면에 부착하는 친화력.

- 유성이 클 수록 금속표면에 잘 부착됨.

* OH기, COOH기는 유성이 강함.

* 식물성유는 광물성유보다 유성이 강함.

3) 유동점(pour point)

; 흐를 수 있는 최저온도. [ 유동점 = 빙점 + 2.5℃]

- 유동점이 낮을 수록 양호한 윤활유.

4) 점도계수(viscosity index)

; 점성이 온도에 따라 변화하는 정도를 수치로 나타낸것.

※ 점도지수가 클수록 좋은 윤활유 임.

⇒ 점도지수가 클수록 온도변화에 대한 점성변화가 작음.

■ 윤활의 성질 및 첨가제 5) 탄화성(carbonization)

; 고온에서 윤활유가 부분적으로 분해되거나 고분자 탄화수소를 형성하여 슬러지화 하는 성질.

- 마찰열을 흡수할 수 없음.

- 피스톤 링에 슬러지가 쌓이면 링을 고착시켜 링의 기능을 손상시킴.

6) 산화 안정도(oxidation stability)

; 윤활유가 고온에 노출되었을 때 연소되지 않는 성질.

- 연소된 윤활유는 슬러지화하여 윤활유를 노화시킴.

- 연소실에 쌓여 조기점화 현상이나 플러그에서 브리지 현상 유발.

7) 안정성(stability)

; 다른 물질과 접촉시 윤활유가 변화하지 않는 성질.

- 이물질과 섞여도 변질이 되지 않을 것.

■ 윤활의 성질 및 첨가제

8) 기포성(forming character)

; 점성유체에서 발생하는 거품현상.

- 거품이 형성되면 유량이 불규칙하고 유동 장애 발생. ⇒ 消泡劑 사용

※ 윤활유의 구비조건

① 적당한 점성을 가질 것.

② 유성이 양호할 것.

③ 온도 변화에 따른 점성 변화가 적을 것.

④ 열이나 산에 강할 것.

⑤ 슬러지 형성이 적을 것.

⑥ 금속의 부식성이 적을 것.

⑦ 내하중성이 크고 기포발생이 없을 것.

■ 윤활의 성질 및 첨가제

9) 윤활유 첨가제(lubricant additives)

; 사용 목적에 알맞은 특성을 갖도록 윤활유에 첨가하는 특정 화학물질.

① 산화방지제(antioxidant)

- 유기아민류, 황화합물, 수산화 유기물등을 0.2 ~3% 첨가

② 점도지수 향상제 :

- 중합 올레핀, 섬유 에스테르, 수산화 고무 등을 0.5 ~ 1% 첨가

③ 유성 향상제

- 에스테르, 비누류 파라핀, 산화물 등을 0.1 ~1% 첨가

④ 유동점 강하제

- 메타크릴염의 중합체 등을 0.1 ~1% 첨가

⑤ 청정제

- 칼슘, 바륨, 아연, 알루미늄 등을 2~10% 첨가

⑥ 부식 방지제

- 인의 유기화합물을 0.4 ~ 2% 첨가

⑦ 소포제

- 규소유 등을 0.0002 ~ 0.07% 첨가

■ 윤활의 종류 및 분류 1) 윤활유의 종류 - 상태에 따라

* 고체윤활유

* 반고체 윤활유 : 그리스 * 액체윤활유

* 기체 윤활유.

- 제조원에 따라

* 식물성 윤활유 : 피마자유, 해바라기 유

⇒ 점도가 높고 내압성 양호, 고온에서 유성과 점성이 변함.

⇒ 정밀기계에 사용.

* 광물성 윤활유 : 석유 정제공정 중 중유와 아스팔트 사이에서 얻음.

⇒ 내연기관에 사용

■ 윤활의 종류 및 분류 2) 윤활유의 분류

▶ SAE의 분류 : 점성의 크기에 따라 분류

① SAE 등급

5W, 10W, 20W, 20, 30, 40, 50 ⇒ 엔진오일 75, 80, 90, 140, 250 ⇒ 기어오일

* W는 겨울용을 표시함 ② 다등급 ; 사계절용

10W-20, 10W-30, 20W-20, 20W-30, 20W-40

* 10W-20 : 40℃에서의 점도가 10이고, 100℃에서의 점도가 20임을 의미함.

▶ API의 분류 : 사용조건에 따라 분류

* 가솔린기관 : ML, MM, MS * 디젤기관 : DG, DM, DS

① ML(Motor Light) : 가장 좋은 조건에서 운전하는 가솔린차량. 자가용용

② MM(Motor Moderate) : 좋자 않은 조건에서 운전하는 차량. 승용차, 버스, 트럭 등 ③ MS(Motor Service) : 가혹한 조건에서 운전하는 차량용. 택시, 용달 등

④ DG(Diesel General) : 경부하 운전 기관용. 장거리 노선 버스, 트럭 등 ⑤ DM(Diesel Moderate) : 중부하 운전 차량용. 시내버스 및 시내운행 트럭 등 ⑥ DS(Diesel Service) : 가혹조건에서 운행하는 차량용. 산업용 트럭 및 건설기계용

▶ SAE 신 분류 : SAE, API, ASTM 공동 분류

■ 윤활의 종류 및 분류 2) 윤활유의 분류

▶ SAE 신 분류 : SAE, API, ASTM 공동 분류

- 가솔린기관 : SA, SB, SC, SD, SE, SF, SG - 디젤기관 : CA, CB, CC, CD, CE

※ API 분류와 비교

ML→ SA, MM→ SB & SC, MS→ SD DG→ CA, DM→ CB & CC, DS→ CD

▶ 첨가제 함유량에 따른 분류

① 보통급(regular type) : 광물성 윤활유에 첨가제가 없는 것. 보통운전 조건에 사용 ② 프리미엄급(premium type) : 광물성 윤활유 + (산화방지제+방부제). 가혹조건 운전용

③ 특급(heavy duty type) : 광물성 윤활유 + (산화방지제+방부제+청정제). 가혹조건 고속운전용

3) 윤활유의 교환 시기

- 가솔린 기관 : 12,000 ~ 15,000 km - 디젤 기관 : 5,000 km

- LPG 차량 : 전용 윤활유 사용, 15,000 km ※ 윤활유의 색깔에 따른 상태

- 우유색 : 냉각수 혼입 - 회색 : 4에틸 납 혼입 - 검은색 : 심하게 오염 - 검붉은 색 : 휘발유 혼입 - 백색 배기가스 : 윤활유 연소

■ 기관의 윤활 방법

※ 기관 내에서 윤활유가 필요한 부분

- 실린더와 피스톤 링, 크랭크축 베어링, 커넥팅로드의 소단부와 대단부, 밸브 가이드, 로커 암, 캠축 등

1) 비산식(飛散式, splash lubrication)

- 윤활유실의 윤활유를 켄넥팅로드 대단부에 설치된 오일디퍼(oil dipper)의 회전에 의해 비산시킴.

- 구조가 간단, 급유가 불균일 ⇒ 불완전 윤활

2) 강제식(强制式, 壓送式 , forced lubrication)

- 윤활유 펌프에 의해 강제로 순환시키는 방식.

- 전류식(full flow system)과 분류식(by pass flow system)

3) 혼기식(混氣式)

- 연료에 윤활유를 5~7%(15~20 : 1) 혼합하여 연소실로 급유하는 방식.

- 2 사이클 가솔린 기관에 사용

4) 중력식(重力式)

- 횡형 석유기관에서 중력에 의해 급유되는 방식.

■ 윤활 계통

- 윤활유 탱크, 펌프, 여과기, 유압계, 파이프 등

1) 윤활유 게이지 및 유압계

o 윤활유 게이지(oil level gauge)

: 윤활유 탱크 내의 윤활유 양을 측정하는 게이지.

- 상한계(F)와 하한계(L)로 표시됨

- 윤활유 소비율은 연료 소비율에 비례함

o 윤활유 압력계

: 윤활유 파이프의 압력 표시

- 윤활유의 압력 : 보통 2.0 ~ 3.5 kg/cm²

- 압력이 규정보다 낮을 경우 윤활 부분에 윤활유가 불충분 함을 나타냄

■ 윤활 계통

) 윤활유 펌프

- 일명 오일펌프, 윤활유 탱크에서 윤활부분으로 송출하는 펌프 - 트로코이드 펌프, 기어펌프, 플런저 펌프, 베인펌프 사용

■ 윤활 계통

2) 윤활유 펌프

o 기어 펌프(gear pump)

3) 윤활유 여과기(oil filter)

; 윤활유에 함유된 불순물, 수분, 금속분말, 슬러지 등을 제거

* 공냉식 기관 * 수냉식 기관

- 대기오염과 그 방지책