19. 오일공급장치
가. 윤활유 공급방법
윤활유를 각 윤활부분에 공급하는 방법에는 비산방식, 압송방식, 비산 압송방식, 등
이 있다.
(1) 비산방식
이 방식은 오일펌프가 없으며 커넥팅로드 대단부에 부착한 주걱(오일 디퍼)으로 오일
팬 내의 윤활유를 크랭크축이 회전할 때의 원심력으로 퍼 올려 뿌려주는 방식이다. 구
조는 간단하나 윤활유 공급이 고르지 못하여 실린더 수가 많은 기관에서는 부적합하다.
(2) 압송방식(또는 압력방식)
이 방식은 캠축으로 구동되는 오일펌프로 윤활유를 흡입·가압하여 각 윤활부분으로
보내는 것이다. 오일공급은 오일펌프에 의해 흡입된 윤활유가 실린더블록에 마련된 주
윤활유 통로로 들어가 크랭크축, 캠축 베어링 및 밸브개폐 기구에 공급되고, 크랭크축
에는 메인 저널과 핀의 윤활유 구멍을 통하여 공급된다. 순환하는 유압은 가솔린기관이
2~3kg/cm2, 디젤기관이 3~4kg/cm2 정도이며 다음과 같은 특징이 있다.
나. 윤활유 공급장치
윤활유 공급장치에는 윤활유를 저장하는 오일 팬, 윤활유 속에 포함된 굵은 불순물을
제거하고 윤활유를 오일펌프로 유도하는 오일 스트레이너, 오일 팬에 저장된 윤활유를
흡입 가압하여 각 윤활부분으로 공급하는 오일펌프, 윤활유 속에 포함된 미세한 불순물
을 여과하는 오일여과기, 기관의 회전속도와 관계없이 항상 일정한 유압을 유지하도록
하는 유압 조절밸브, 오일 팬 내의 윤활유 양을 점검하기 위한 유면 표시기, 윤활부분
에 이상이 있을 때 이를 운전자에게 알려주는 유압 경고등, 윤활유의 온도를 항상 일정
하게 유지시키는 오일 냉각기 등으로 구성되어 있다.
(1) 오일 팬(oil pan)
오일 팬은 윤활유가 담겨지는 용기이며, 윤활유 냉각작용도 한다. 재질은 강철판이 나 알루미늄 합금을 사용하며 실린더 아래쪽에 개스킷을 사이에 두고 볼트로 고정된다.
오일 팬에는 기관이 기울어졌을 때에도 윤활유가 충분히 고여 있도록 하는 섬프
(sump)를 두며, 앞 기관 뒷바퀴 구동 차량(FR)에서는 급제동을 할 때 윤활유의 유동으
로 인해 윤활유가 비는 것을 방지하는 칸막이(baffle)를 설치하기도 한다. 또 아래쪽에
는 윤활유를 교환할 때 배출시키기 위한 드레인 플러그(drain plug)가 있다.
(2) 오일 스트레이너(oil strainer)
오일 스트레이너는 오일 팬 펌프 내의 윤활유를 오일펌프로 유도해주는 것이며, 윤활
유 속에 포함된 비교적 큰 불순물을 여과하는 스크린이 있다.
(3) 오일펌프(oil pump)
오일펌프는 스트레이너를 거쳐 흡입한 후 압력을 가하여 각 윤활부분으로 압송하는
기구이며, 크랭크축이나 캠축으로 구동된다. 오일펌프의 능력은 송유량과 송유 압력으
로 표시하며 그 종류에는 기어펌프, 로터리 펌프, 플런저 펌프, 베인 펌프 등이 있다.
(가) 기어펌프(gear pump)
1) 외접 기어펌프
외접 기어펌프는 [그림 2-49]에 나타
낸 바와 같이 형상이 같은 2개의 기어를
사용하여 한쪽 기어를 캠축의 구동력으
로 회전시키고, 다른 한쪽 기어는 자유롭
게 구동기어와 물려 있다. 2개의 기어는
흡입구멍 배출구멍 이외에는 거의 틈새가
없이 펌프 케이스에 둘러싸인 구조로 되
어 있으며, 기어가 회전함에 따라 기어와
케이스 사이에 들어 있는 윤활유가 배출
구멍으로 운반되어 기어가 물리면 이(齒)
홈에서 배출구멍으로 빠져나간다.
이 펌프는 구조가 간단하고 작동이 확실해 많이 사용된다. 그리고 체적효율은
기어와 케이스 틈새, 배출압력, 윤활유의 점도 등에 따라 달라지며, 일반적으로
60~95% 정도이다. 그리고 오일펌프는 캐비테이션(cavitation : 공동현상)에 대하
여 고려를 하여야 한다. 캐비테이션이란 펌프의 흡입부분의 압력이 윤활유의 포화
증기압력까지 내려가서 비등하여 기포가 발생하는 현상이다. 캐비테이션이 발생
하면 소음·진동 및 배출압력의 불규칙한 변동, 배출량의 저하, 오일 막의 불안정
등의 고장이 발생한다.
따라서 기관의 실용 회전속도 범위 내에서 캐비테이션을 방지하여야 한다. 또
캐비테이션은 펌프의 흡입계통 형상에 따라서도 큰 영향을 받으므로 윤활유 통로
는 가능한 한 넓게 하여 통로 저항을 감소시키고, 흡입 관속의 평균 흐름속도는
3.5m/s 이하가 되도록 설정하는 것이 좋다.
2) 내접 기어펌프
내접 기어펌프는 [그림 2-50]과 같이 내접으로 물린 방식이며, 그 작동원리는
외접 기어펌프와 같다. 이 펌프는 용량이 같은 다른 펌프에 비하여 얇게 제작을 할
수 있으며, 크랭크축으로 직접 구동할 수 있어 구동장치의 부품이 불필요한 장점이
있으나 고속회전을 하기 때문에 소비마력이 증가하는 단점이 있다.
최근에 승용차용 기관에서 많이 사용된다. 그러나 이 펌프는 크랭크축에 의하
여 직접 구동되는 경우가 대부분이므로 펌프의 최고 회전속도는 6000rpm 부근에
서 운전되므로 캐비테이션에 특히 주의하여야 하고, 흡입구멍 및 배출구멍은 될
수 있는 대로 넓게 하여 저항이 적은 형상으로 하는 것이 바람직하다. 그리고 내접
기어펌프는 이의 간섭을 줄이기 위하여 이의 높이가 낮은 기어를 주로 사용한다.
(나) 로터리펌프(rotary pump)
로터리펌프는 트로코이드 펌프(trochoid
pump)라고도 부르며, 펌프보디 안에 조립
된 아웃 로터(out rotor : 피동 로터)와 이
너 로터(inner rotor : 구동로터)로 구성되
어 있다. 작동은 이너 로터가 회전하면 이
너 로터 중심이 편심되어 있어 이너 로터의
볼록 부분과 아웃 로터의 오목부분이 차례
로 물리면서 아웃 로터를 회전시킨다.
(다) 플런저펌프(plunger pump)
플런저펌프는 펌프보디 속에 플런저를
비롯하여 스프링, 입·출구 체크볼(check
ball) 등으로 구성되어 있으며 플런저는 캠
축과 스프링의 장력에 의해 왕복운동을 한
다. 작동은 스프링이 플런저를 상승시키면
펌프실 내의 체적이 증가하여 부압이 발생
한다. 이때 윤활유가 입구 체크 볼을 거쳐
서 들어오고(흡입), 반대로 캠축이 플런저
를 누르면 체적이 감소하면서 압력이 상승
하여 출구 체크 볼을 열고 윤활 부분으로
공급된다.
(라) 베인펌프(vane pump)
베인펌프는 둥근 하우징과 그 속에 편심
으로 설치된 로터(rotor)로 구성되어 있으
며, 로터에는 2개 이상의 날개(vane)가 있
고, 로터에 있는 홈(slot)에 스프링을 사이
에 두고 끼워져 있다.
작동은 펌프 축이 회전하면 날개는 펌프
실 안쪽 면과 접촉을 유지하면서 로터와 같
이 회전한다. 이에 따라 윤활유가 입구를 거쳐 펌프실로 들어오고, 다음에 오는 날개에 의하여 출구 쪽으로 운반되어 배출되고
윤활유가 출구 쪽으로 운반될 때 압력이 가해진다.
(4) 오일 여과기(oil filter)
(가) 오일 여과기의 기능
윤활장치 내를 순환하는 윤활유는 점차로 수분, 카본, 금속분말, 오일 슬러지 등
을 함유하여 그 기능이 떨어지므로 윤활유 통로에 여과기를 두고 이들 불순물을 제
거하는 여과작용을 한다.
여과작용은 여과기를 들어온 윤활유가 엘리먼트(여과망)를 거쳐 가운데로 들어간
후 출구로 나가게 되며 엘리먼트를 거칠 때 윤활유에 함유된 불순물을 여과한다. 제거
된 불순물은 케이스 밑바닥에 침전된다. 엘리먼트는 여과지나, 면사 등을 사용한다.
(나) 윤활유 여과방식
윤활유를 여과하는 방법에는 전류식, 분류식, 샨트식 등이 있다.
1) 전류식(full-flow filter) 오일여과기
전류식은 오일펌프에서 나온 윤활유 모두를 여과기를 거쳐서 여과된 후 윤활 부
분으로 보내는 방식이다. 특징은 항상 여과된 윤활유를 윤활 부분으로 보낼 수 있는 장점이 있으나, 여과 엘리먼트 등이 막히면 급유 부족이 되기 쉽다. 이러한 경
우에 대비하여 여과기에 바이패스 밸브(by-pass valve)를 두고 있다.
2) 분류식(by-pass filter) 오일여과기
분류식은 오일펌프에 보내온 윤활유의 일부만 여과하여 오일 팬으로 보내고,
나머지는 그대로 윤활 부분으로 보내는 방식이다. 이 방식은 여과기를 거치지 않은
윤활유가 윤활 부분으로 공급되므로 베어링이 손상될 염려가 있다.
3) 샨트식(shunt flow filter) 오일여과기
샨트식은 오일펌프에서 나온 윤활유의 일부만 여과하게 한 방식이다. 그러나
이 방식은 여과된 윤활유가 오일 팬으로 되돌아가지 않고, 나머지 여과되지 않은
윤활유와 윤활 부분에서 합쳐져 공급된다.
(5) 유압 조절밸브(oil pressure relief valve)
이 밸브는 윤활계통 내를 순환하는 유압이 과도하게 상승하는 것을 방지하여 유압이
일정하게 유지되도록 하는 작용을 한다.
작동은 스프링의 장력을 받고 있는 체크 볼(또는 플런저)에 유압이 스프링의 장력보
다 커지면 체크 볼이 열려 과잉 압력의 윤활유를 오일 팬으로 되돌아가도록 한다. 즉,
유압이 규정 값 이상일 경우에는 체크 볼이 열리고, 규정 값 이하로 유압이 내려가면 다
시 닫히도록 되어 있다. 유압 조정은 조정 스크루를 조이면 유압이 상승한다.
(6) 크랭크 실 환기장치 및 오일 냉각기
(가) 크랭크 실 환기장치
기관이 작용할 때 크랭크 실(crank case) 내에는 어느 정도의 연소가스나 미 연소
가스가 블로바이에 의하여 누설되며 이로 인하여 윤활유가 희석되거나 변질되어 오
일 슬러지를 생성하며, 크랭크 실내의 압력이 상승한다. 이를 방지하기 위하여 환기
장치를 두고 있다.
(나) 오일 냉각기(oil cooler)
윤활유는 온도가 상승하면 점도가 낮아져 윤활 성능이 떨어지고, 또 낮은 온도에
서는 점도가 높아져 윤활 부분에 충분한 양의 윤활유가 공급되지 못한다. 이를 방지
하기 위하여 윤활유를 항상 알맞은 온도로 일정하게 유지시켜 주는 장치이다. 오일
냉각기는 주로 라디에이터 아래쪽이나 오일 여과기 앞에 설치되며 윤활유가 이 냉각
기를 거쳐 흐를 때 기관 냉각수로 냉각이 되거나 가열되어 윤활 부분으로 공급된다.
| ▶ 유압이 높아지거나 낮아지는 원인 ① 유압이 높아지는 원인 ㉮ 기관의 온도가 낮아 윤활유의 점도가 높다. ㉯ 윤활회로의 일부가 막혔다(특히 오일 여과기가 막히면 유압이 상승하는 원인이 된다.) ㉰ 유압 조절밸브 스프링의 장력이 과다하다. ② 유압이 낮아지는 원인 ㉮ 크랭크축 베어링의 과다 마멸로 오일간극이 커졌다. ㉯ 오일펌프의 마멸 또는 윤활 회로에서 윤활유가 누출된다. ㉰ 오일 팬의 윤활유 양이 부족하다. ㉱ 유압 조절밸브 스프링 장력이 약하거나 파손되었다. ㉲ 윤활유가 연료 등으로 현저하게 희석되었다. ㉳ 윤활유의 점도가 낮다. |
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