자동차공학과, 자동차정비기능사 등 내연기관 필수과목 자동차기관 요점 18. 엔진오일의 구비조건과 작용

18. 엔진오일의 구비조건과 작용

 

가. 윤활유의 구비조건
(1) 점도가 적당할 것
점도는 윤활유 성질 중 가장 중요한 성질이며, 윤활유는 어느 경우의 윤활에서든지
윤활 상태를 유지하려면 온도와 압력에 알맞은 한계 점도를 유지하여야 한다. 한계 점
도에는 2가지가 있는데 그 하나는 실린더의 최고 온도에서 필요한 최저 점도이며, 또 다
른 하나는 한랭 상태에서 오일펌프 작동이 가능한 최고 점도이다.

(2) 점도지수가 커 온도와 점도와의 관계가 적당할 것
윤활유의 점도는 온도가 상승하면 점도가 낮아지고, 온도가 낮아지면 점도가 높아지
는 성질이 있는데 이 변화정도를 표시하는 것을 점도지수라 한다.

점도지수가 높은 윤활유일수록 점도 변화가 작다. 윤활유는 점도지수가 120~140 정도이다.

(3) 인화점 및 자연 발화점이 높을 것
윤활유의 인화점 및 발화점이 낮으면 기관의 작동 중 열을 받으며, 또 마찰열이 발생
하므로 윤활유의 증발 손실이 커지므로 윤활유 소비량이 증가하는 원인이 된다.

(4) 강인한 오일 막을 형성할 것(유성이 좋을 것)
윤활유는 오일 막을 형성하는 힘이 좋아야만 금속 상호간의 직접 접촉을 피하고, 오일
막에 의하여 운동부분을 지지하여 원활한 작용을 할 수 있다. 오일 막 형성이 파괴되면
금속 상호간에 고체마찰이 발생하여 마멸이 증가하며 고착이 일어나기 쉽다.

(5) 응고점이 낮을 것
윤활유의 응고점은 윤활유를 냉각시킨 경우에 응고하여 유동성을 잃기 시작할 때의
온도를 말하며, 이것보다 2.5℃ 높은 온도를 유동점이라 한다. 점도가 높은 윤활유는 응
고점이 높으며, 같은 점도의 경우에서도 원유의 종류에 따라서 다르나 응고점이 낮으면
유동점도 낮기 때문에 저온에서 유동성이 좋아진다.

(6) 비중이 적당할 것
윤활유의 비중은 정제한 윤활유의 종류, 증류 온도에 따라서 다르나 일반적으로 0.86
~0.91 정도이다.

(7) 기포발생 및 카본생성에 대한 저항력이 클 것
윤활유가 실린더 내에서 연소하여 카본을 생성한다. 카본 생성은 실린더 내 또는 윤활
계통의 슬러지(sludge)를 만드는 주요 원인이 되며, 이 카본이 피스톤 링 홈에 들어가면
링의 고착을 일으킨다. 또 가스 블로바이 발생, 압축압력 저하, 윤활유의 과잉소비, 실
린더 벽 등의 손상을 일으킨다. 카본은 점화플러그를 오손하고, 연소실에 퇴적되어 조
기점화나 노크의 원인이 되며 기관의 과열을 초래하므로 출력을 저하시킨다.

(8) 열과 산에 대하여 안정성이 있을 것
윤활유는 높은 온도에서 사용되므로 가열되며, 또 많은 양의 공기와 접촉하기 때문에
공기 중의 산소와 결합하여 산화되는 경향과 그밖에 산성물질에 의하여 산화되어 슬러 지 등을 형성하는 작용이 없어야 한다.
윤활유의 산화 및 연소에 의하여 발생한 산화 생성물은 베어링을 침식하여 부식시키
고, 윤활유의 원활한 순환을 방해하므로 열과 산에 대해 충분한 안정성이 있어야 한다.

나. 윤활유의 작용
(1) 마찰감소 및 마멸방지 작용
이 작용은 윤활유 본래의 기능이며, 기관 미끄럼 운동부분에 오일 막을 형성하여 마찰
운동부분 및 베어링에 윤활하여 표면마찰을 감소시켜서 마멸을 감소시키는 작용을 한다.

 

(2) 실린더 내의 가스누출 방지(밀봉, 기밀유지)작용
이 작용은 실린더와 피스톤 사이에 오일 막을 형성하여 블로바이가 발생하지 않도록
기밀을 유지시켜 주는 작용을 한다.

(3) 열 전도작용(냉각작용)
이 작용은 각 미끄럼 운동부분에서 마찰로 인하여 발생한 열을 오일 팬이나 오일 냉
각기를 통하여 방출시키는 작용을 한다.

(4) 세척(청정)작용
이 작용은 기관 각 부분을 순환하는 윤활유는 먼저, 카본 및 금속분말 등의 불순물을
흡수하여 오일 팬으로 운반한다. 오일 팬에서 다시 윤활부분으로 공급될 때 오일 스트
레이너, 오일 여과기를 거쳐 공급되므로 깨끗한 오일이 공급된다.

(5) 완충(응력 분산)작용
이 작용은 폭발행정 또는 노크로 인하여 순간적으로 큰 충격이 가해질 때 오일막이
파손되어 고착을 일으키게 된다. 윤활유는 액체의 성질로서 부분적인 압력을 액체 전체
에 분산시켜 평균화시키는 작용을 한다.

(6) 부식 방지(방청)작용
이 작용은 오일 막을 형성하여 외부의 공기나 수분의 침투를 막아 금속이 부식되는
것을 방지하는 작용을 한다.

(7) 소음 완화작용
이 작용은 기관이 작동할 때 각 부에서 발생되는 충격 및 오일간극에서 발생하는 소
음을 흡수하는 작용을 한다.

다. 기관의 마찰과 마멸
(1) 마찰의 분류
마찰이란 접촉하는 2개의 물체가 상태 운동을 할 때 작용하는 저항력을 말하며, 그
기본형태는 건조마찰, 경계마찰, 유체마찰 등으로 나눌 수 있다.

(가) 건조마찰
이 마찰은 고체마찰이라고도 부르며, 고체 표면사이의 마찰이다. 여기서 건조 면이
란 고체의 표면에 부착된 산화 막이나 오물의 막을 제거한 표면을 의미하며 일반적으
로 대기 중에서 가능한 한 깨끗하게 한 고체의 표면이라고 해석한다.
(나) 경계마찰
이 마찰은 고체 표면에 단일분자 층부터 수 1000Å(angstrom : 10-8cm)까지 이르
는 액체 및 기체의 막이 부착된 상태(경계 윤활)이다. 이때 고체 표면의 마찰이나 마
멸을 충분히 저하시킬 수는 없으나 건조마찰에 비해서는 매우 양호한 편이다.
(다) 유체마찰
이 마찰은 고체 표면 사이의 상대운동에 의한 유체 막이 형성되어 있으므로 두 면
이 분리되어 그 유체 막으로 하중을 지지하는 상태(유체윤활)를 의미한다. 이때 고체
마찰은 전혀 없으므로 마찰이나 마멸에 대하여 가장 이상적인 상태가 된다.
(2) 마찰작용
건조마찰은 직접적으로 하중을 전달하는 미시적(微視的)인 실제 접촉부분의 전단저항
에 의한 것이 대부분이며, 이때의 마찰은 거의 쿨롱(coulomb)의 법칙에 따른다. 즉 마
찰력 Fd는 마찰 속도나 외견상의 접촉면적에 관계없이 수직하중 P에만 비례하며 이것
은 다음 공식으로 나타낸다.

(3) 기관에서의 마찰
기관의 마찰은 일반적으로 마찰손실은 기관의 기계효율을 좌우한다. 이 마찰손실은
도시마력에서 제동마력을 뺀 값으로 나타내며, 기관 각 부분의 기계적인 손실과 부속장
치의 구동손실 및 펌프손실로 구성된다. 기관의 회전운동 및 왕복운동을 하는 미끄럼
운동부분의 마찰은 기계손실과 부속장치 구동손실의 일부에 포함되며, 기계손실은 크
랭크축, 피스톤 및 밸브개폐 기구로 나눌 수 있다.
다급(multi grade) 윤활유를 사용한 경우에 마찰저항에 의한 프라이머(primer)가 전단을 받아 점도가 저하되므로 기본 윤활유 점도의 영향을 받는다. 윤활유의 점도가 증
가함에 따라 마찰손실 회전력이 증가하는 미끄럼 운동부분은 유체마찰이고, 반대로 감
소하는 부분은 경계마찰이라 할 수 있다.