디젤 엔진의 윤활장치

디젤엔진의 윤활장치

 

윤활장치는 가솔린엔진의 경우와 같이 엔진의 각 접동부나 회전부에 오일을 공급, 오일의 작용에 의해 융착을 방지하고 또한 각부의 마찰저항을 저감시켜서 엔진의 기능을 충분히 발휘하도록 하기 위한 장치이다. 디젤엔진의 경우 급유방식에는 통상 오일펌프에 의한 압송식이 쓰여지며 여과 방식에는 전류식(full flow type)및 분류식(bypass type)및 양자의 병용식이 사용된다. 그러나 소형 디젤엔진의 경우는 전류식이 사용되고, 대형 디젤엔진의 경우는 압송의 경로가 길고 또한 접동부분에 걸리는 하중이 커서 윤활유가 혼탁해지지 쉽기 때문에 여과능력이 큰 병용식이 사용되고 있다. 디젤엔진은 가솔린엔진에 비해 운전조건이 가혹하다. 따라서 윤활유의 온도 또한 높아지기 쉽기 때문에 유온의 상승을 억제하고 항상 오일의 온도가 적절하게 유지되도록 하기 위한 오일 쿨러가 장착되어 있는 경우가 많다. 오일팬 내의 오일은 오일펌프의 의해 오일 쿨러에 압송되고 이때 오일 스트레이너에서 비교적 큰 이물질은 걸러지며 이렇게 걸러진 오일은 오일 쿨러에서 적정한 온도로 냉각된다. 냉각된 대부분의 오일은 전류용 오일필터에서 여과되어 오일갤러리를 통해 각 윤활부로 압송, 각부를 윤활한 오일은 다시 오일팬으로 되돌아간다. 각 윤활부로 압송되는 오일의 압력은 릴리프밸브, 바이패스밸브 및 레귤레이터밸브에 의해 조정된다. 릴리프밸브는 오일펌프에 부착되어 있어서 오일펌프로 압송되는 오일의 유압이 규정의 값보다 높을 때에는 밸브를 열어서 오일의 일부를 펌프의 흡입쪽으로 리턴시켜서 오일펌프에서 압송되는 유압을 조정한다.

바이패스밸브는 오일쿨러부와 전류용 오일필터부에 마련되어 오일쿨러나 오일필터가 막히거나 또는 유온이 저하되어 유동저항이 커졌을 때 열려서 오일을 직접 윤활부로 송유하는 역할을 하는 밸브 이다. 레귤레이터밸브는 오일갤러리부에 마련되어 오일갤러리의 유압이 규정의 값보다 높아졌을 때 열려서 오일을 오일팬으로 바이패스 시킨다. 이렇게 하여 오일갤러리의 유압을 조정하고 엔진의 운전 중 고온, 고압에 노출된 피스톤의 냉각을 위해 오일제트를 통해 오일을 피스톤의 안쪽에 뿜어서 냉각에 도움을 준다.

 

오일펌프

오일펌프는 오일팬 내의 오일을 각 윤활부로 압송하는 역할을 한다. 일반적으로 대형엔진의 경우는 기어식, 소형엔진은 트로코이드식 등이 사용되고 있다.

1) 기어식 – 기어식 오일펌프는 구조가 간단하고 토출효율이 높으며 작용이 확실하다. 크랭크샤프트 또는 캠샤프트로부터 구동기어를 거쳐서 드라이브 기어가 회전하면 이것과 물려져 있는 드리븐 기어는 반대방향으로 회전한다. 양 기어와 펌프바디의 사이에 갇혀있는 공기가 토출구로 운반되기 때문에 흡입구에 부압이 생기면서 오일이 흡입된다. 흡입된 오일은 기어와 펌프바디 사이에 갇혀서 토출구로 운반, 압송된다.

2) 트로코이드식 – 트로코이드식 오일펌프는 소형, 경량등의 장점이 있고 그 구조는 이의 수가 다른 이너로터와 아우터로터가 편심으로 조립되어 캠샤프트 등에 의해 회전된다. 펌프의 회전에 따라 아우터로터와 이너로터와의 이(tooth)사이에 형성되는 공간이 로터의 회전과 더불어 그 체적이 증대되고 이에 따라 부압이 생기면서 오일을 흡입한다. 로터가 다시 회전하면 공간의 체적은 서서히 작아지게 되면서 오일이 송출된다.

 

오일필터

엔진의 오일에는 연소실로부터 혼입되는 연소생성물, 오일의 열화에 의한 불용성 물질, 부품의 마멸에 의한 금속분말, 흡기계로부터 흡입되는 먼지등이 포함되어 있어서 오일필터는 이것들을 여과하여 청정한 오일로 만드는 역할을 한다. 오일의 여과방식은 풀 플로(full flow)방식과 바이패스(bypass)방식 그리고 양쪽을 조합시킨 콤비네이션(combination)식이 있다. 풀 플로방식은 윤활계에 직렬로 배치된 필터이고 윤활부에 직접적으로 침입되는 입자의 지름이 계략 15μm이상의 더스트, 카본을 여과한다. 이 풀 플로식은 여과되는 입자의 지름을 작게 하면 큰 용량의 오일이 흐를 때에는 유동저항이 커지기 때문에 포촉입자의 지름이 큰 메쉬로 되어 있다.

1) 여지식 – 바이패스식은 윤활계와 병렬로 필터가 배치되고 윤활계의 저항이 커지지 않도록 적은 양의 오일을 순환시켜서 여과될 입자가 작은 카본이나 불용성 물질을 여과한다. 또한 콤비네이션식은 이 양자의 특징을 살려서 엔진의 마멸방지와 오일의 열화방지로 오일의 수명 연장을 도모한다.

2) 디프스식 – 엘리먼트는 0.5-1mm의 두께에 틈새와 물리적 강도를 얻기 위해 페놀(phenol), 멜라민(melamine)등의 수지로 처리하여 만들어진다. 이 엘리먼트는 국화모양으로 접어서 여과면적을 크게 하는 방법이 통상 쓰여지고 있다. 바이패스식의 경우에는 여러 종류의 것이 사용되고 여과지 엘리먼트는 여과 정확도를 높이기 위해 국화모양의 엘리먼트, 펄프를 주된 원료로 하는 여과지를 둥근모양으로 감은 롤디쉬페이퍼식, 원형 여지를 겹쳐서 만든 적충식 등이 사용되고 있다. 이 여과지를 장착하는 방법으로는 케이스와 여지엘리먼트를 일체로 하여 교환할 때에는 케이스마다 교환하는 스핀온형(spin on type)과 엘리먼트만을 교환하는 엘리먼트 교환형(element replace type)이 있다.

 

오일쿨러

공랭식 – 엔진 오일은 온도가 지나치게 높거나 낮아도 그 성능을 충분히 발휘 할 수 없다. 열 부하가 큰 디젤엔진의 경우는 유온의 상승을 방지하기 위해 일반적으로 오일쿨러가 장착되어 있다. 오일쿨러에는 공랭식과 수냉식이 있고 외기에 의해 냉각되는 공랭식은 핀(Pin)에 의해 열을 대기 중으로 방산하는 방식이고 디젤엔진의 경우는 대체로 엔진의 냉각수를 이용하는 수냉식이 사용된다.

수냉식 – 수냉식의 오일쿨러에는 다판식(multi plate)인 외수식과 다관식(내수식)이 있다. 다판식은 편평한 오일튜브를 여러 단으로 적측한 쿨러엘리먼트 내를 오일이 통과되고 바깥쪽으로부터 엔진의 냉각수에 의해 냉각되는 방식이다. 바이패스 밸브가 있어서 쿨러엘리먼트의 오일 통로가 막히거나 또는 저온시 유동 저항이 커졌을 때에는 오일의 유압에 의해 밀고 열리면서 오일이 오일쿨러를 통하지 않고 직접 오일갤러리로 들어가도록 되어 있다. 다관식은 다수의 동파이프가 쿨러엘리먼트를 형성하고 있고 그 속을 냉각수가 흐르면서 쿨러엘리먼트의 바깥쪽을 냉각하도록 되어 있다.

Oil Cooler