자동차공학과, 자동차정비기능사 등 내연기관 필수과목 자동차기관 요점 15. 엔진 베어링
15. 엔진 베어링
크랭크축에서 사용하는 베어링은 평면 베어링(plain bearing)이다. 평면 베어링에는
분할형과 스러스트형, 부시형(bushing)이 있다.
가. 크랭크축 베어링 재료
베어링의 재료에는 구리(Cu), 납(Pb), 아연(Zn), 은(Ag), 카드뮴(Cd), 알루미늄(Al)
등의 합금인 배빗메탈, 켈밋합금, 알루미늄합금 등이 있으며, 어느 것이나 저널의 재질
보다 융점이 낮고 연하므로 한계 윤활상태가 되면 자체가 소모되어 저널의 마멸을 방지한다.
(1) 배빗메탈(babbit metal)
배빗메탈은 주석(Sn) 80~90%, 안티몬(Sb) 3~12%, 구리(Cu) 3~7%가 표준조성이다.
특성은 취급이 쉽고 매입성능, 길들임 성능, 내부식성 등은 크나 고온강도가 낮으며, 피
로 강도, 열전도성이 좋지 못하다. 현재는 주로 켈밋합금이나 트리메탈의 코팅(coating)
용으로 사용된다. 배빗메탈은 경도 HB 20~30, 부하능력 50~100kgf/cm2, 최고 사용온
도 150℃에서의 경도는 HB 6~12이다.
(2) 켈밋합금(kelmet alloy)
켈밋합금은 구리(Cu) 60~70%, 납(Pb) 30~40%가 표준조성이다. 특징은 열전도성이
양호하고, 녹아 붙지 않아 고속·높은 온도 및 큰 하중에 잘 견디나 경도가 커 매입성능,
길들임 성능, 내부식성 등이 낮다. 켈밋합금은 경도 HB 20~30(150℃에서는 20~23),
최고 사용온도 250℃, 부하능력 200~300kgf/cm2, 주 속도는 10~12m/sec이다.
(3) 알루미늄합금(aluminium alloy)
알루미늄과 주석의 합금이며, 배빗메탈과 켈밋메탈이 지니는 각각의 장점을 구비한
베어링이다. 그러나 길들임 성능과 매입성능은 배빗메탈로 표면층을 만들어서 개선하
고 있다.
나. 크랭크축 베어링의 윤활
크랭크축 베어링은 윤활 장치에서 공급되는 윤활유에 의
하여 윤활된다. 베어링의 오일구멍은 실린더 블록의 오일구
멍과 일치되어 있어 이 구멍을 통해 들어온 윤활유가 베어링
바깥둘레 방향에 파져 있는 홈을 거쳐 베어링 모서리 부분으
로 흐르면서 저널과 베어링 면 사이의 윤활을 한다.
오일간극이 커지면 소음이 나며, 윤활유의유출량이 커지
고, 윤활 장치의 유압 저하, 실린더 벽에 과잉 오일이 뿌
려져 연소실에 상승하여 연소된다. 반대로 오일간극이 너
무 작으면 저널과 베어링 사이에 오일 막이 충분하지 못
하여 금속사이의 직접적인 접촉이 일어나기 쉽고, 실린더
벽에 충분한 윤활을 하지 못한다. 오일간극은 일반적으로
0.02~0.04mm(한계 0.1mm) 정도이다.
다. 크랭크축 베어링의 구비조건
① 폭발압력에 견딜 수 있는 하중부담 능력이 있을 것
② 내피로 성능이 클 것
③ 매입성능이 있을 것
④ 추종 유동성이 있을 것
⑤ 내부식성 및 내마모성이 클 것
⑥ 고온 강도가 크고, 길들임 성능이 좋을 것
⑦ 마찰저항이 적을 것