테스트 드라이브 내부 마찰 II

다양한 엔진 부품의 윤활 유형 및 윤활 방법

윤활 유형

마찰, 윤활 및 마모를 포함한 움직이는 표면의 상호 작용은 마찰 학이라는 과학의 결과이며, 연소 엔진과 관련된 마찰 유형과 관련하여 설계자는 여러 유형의 윤활유를 정의합니다. 유체 역학 윤활은이 공정에서 가장 요구되는 형태이며, 이것이 발생하는 전형적인 장소는 훨씬 더 높은 부하를받는 크랭크 샤프트의 메인 및 커넥팅로드 베어링에 있습니다. 베어링과 V- 샤프트 사이의 소형 공간에 나타나며 오일 펌프에 의해 가져옵니다. 그러면 베어링의 이동 표면이 자체 펌프 역할을하여 오일을 더 많이 펌핑 및 분배하고 궁극적으로 전체 베어링 공간에 걸쳐 충분히 두꺼운 필름을 생성합니다. 이러한 이유로 설계자는 볼 베어링의 최소 접촉 면적이 오일 층에 극도로 높은 부하를 생성하기 때문에 이러한 엔진 구성 요소에 슬리브 베어링을 사용합니다. 더욱이이 유막의 압력은 펌프 자체에서 생성되는 압력보다 거의 XNUMX 배 더 높을 수 있습니다! 실제로 이러한 부품의 힘은 오일 층을 통해 전달됩니다. 물론 유체 역학적 인 윤활 상태를 유지하기 위해서는 엔진의 윤활 시스템이 항상 충분한 오일을 공급해야합니다.

특정 부분의 고압의 영향으로 어떤 시점에서 윤활막이 윤활하는 금속 부분보다 더 안정되고 단단해지며 금속 표면의 변형을 초래할 수도 있습니다. 개발자는 이러한 유형의 윤활유를 탄성 유체 역학이라고 부르며 위에서 언급 한 볼 베어링, 기어 휠 또는 밸브 리프터에서 나타날 수 있습니다. 서로에 대한 움직이는 부품의 속도가 매우 낮아지면 부하가 크게 증가하거나 오일 공급이 충분하지 않은 경우 소위 경계 윤활이 자주 발생합니다. 이 경우 윤활은 오일 분자가지지면에 부착되어 상대적으로 얇지 만 여전히 접근 가능한 오일 필름으로 분리됩니다. 안타깝게도 이러한 경우에는 항상 얇은 막이 요철의 날카로운 부분에 의해 "구멍이 뚫릴"위험이 있으므로 적절한 내 마모 첨가제가 오일에 첨가되어 오랫동안 금속을 덮고 직접 접촉에 의한 파괴를 방지합니다. 부하가 급격히 방향을 바꾸고 움직이는 부품의 속도가 매우 낮을 때 박막 형태로 수압 윤활이 발생합니다. Federal-Mogul과 같은 주요 커넥팅로드와 같은 베어링 회사는 빈번한 시작시 베어링 마모, 부분 건조와 같은 시작-정지 시스템의 문제를 해결할 수 있도록 코팅하는 새로운 기술을 개발했습니다. 새로 출시 될 때마다 적용됩니다. 이것은 나중에 논의 될 것입니다. 이 빈번한 시동은 차례로 한 형태의 윤활제에서 다른 형태로의 전환으로 이어지며 "혼합 필름 윤활제"로 정의됩니다.

윤활 시스템

가장 초기의 자동차 및 오토바이 내연 기관, 그리고 심지어 이후의 설계에는 오일이 중력에 의해 일종의 "자동" 그리스 니플에서 엔진으로 유입되어 통과한 후 흘러나오거나 연소되는 점적 "윤활"이 있었습니다. 오늘날 설계자들은 이러한 윤활 시스템과 오일이 연료와 혼합되는 XNUMX행정 엔진용 윤활 시스템을 "총 손실 윤활 시스템"으로 정의합니다. 나중에 이러한 시스템은 엔진 내부와 (종종 발견되는) 밸브 트레인에 오일을 공급하기 위해 오일 펌프를 추가하여 개선되었습니다. 그러나 이러한 펌핑 시스템은 오늘날에도 여전히 사용되는 후대의 강제 윤활 기술과 아무 관련이 없습니다. 펌프는 외부에 설치되어 크랭크 케이스에 오일을 공급한 다음 튀면서 마찰 부분에 도달했습니다. 커넥팅로드의 바닥에있는 특수 블레이드는 크랭크 케이스와 실린더 블록에 오일을 분사하여 여분의 오일이 미니 욕조 및 채널에 수집되고 중력의 작용에 따라 메인 및 커넥팅로드 베어링으로 ​​흘러 들어갔습니다. 캠축 베어링. 압력 하에서 강제 윤활되는 시스템으로의 일종의 전환은 포드 모델 T 엔진입니다. 이 엔진에는 플라이휠이 오일을 들어 올려 크랭크 케이스(그리고 변속기 참고)로 파이프하기 위한 물레방아 휠과 같은 것이 있었습니다. 하부 크랭크 샤프트와 커넥팅 로드는 오일을 긁어내고 부품을 문지르기 위한 오일 배스를 만들었습니다. 캠축도 크랭크 케이스에 있고 밸브가 고정되어 있다는 점을 감안할 때 이것은 특별히 어렵지 않았습니다. XNUMX차 세계 대전과 단순히 이러한 종류의 윤활유로 작동하지 않는 항공기 엔진은 이 방향으로 강력한 추진력을 주었습니다. 이것이 내부 펌프와 혼합 압력 및 스프레이 윤활을 사용하는 시스템이 탄생한 방법으로, 이후 새롭고 더 무거운 하중을 가하는 자동차 엔진에 적용되었습니다.

이 시스템의 주요 구성 요소는 압력 하에서 오일을 메인 베어링에만 펌핑하는 엔진 구동 오일 펌프였으며 다른 부품은 스프레이 윤활에 의존했습니다. 따라서 완전 강제 윤활 시스템에 필요한 크랭크 샤프트에 홈을 형성 할 필요가 없었습니다. 후자는 속도와 부하를 증가시키는 모터의 개발로 인해 필요하게되었습니다. 이것은 또한 베어링이 윤활 처리 될뿐만 아니라 냉각되어야 함을 의미합니다.

이 시스템에서 가압 오일은 메인 및 하부 커넥팅 로드 베어링(후자는 크랭크샤프트의 홈을 통해 오일을 받음)과 캠샤프트 베어링에 공급됩니다. 이 시스템의 가장 큰 장점은 오일이 이러한 베어링을 통해 실질적으로 순환한다는 것입니다. 그것들을 통과하여 크랭크 케이스로 들어갑니다. 따라서 시스템은 윤활에 필요한 것보다 훨씬 더 많은 오일을 제공하므로 집중적으로 냉각됩니다. 예를 들어, 60년대에 Harry Ricardo는 시간당 3리터의 오일 순환, 즉 XNUMXhp 엔진을 제공하는 규칙을 처음 도입했습니다. – 분당 XNUMX 리터의 오일 순환. 오늘날의 자전거는 여러 번 복제됩니다.

윤활 시스템의 오일 순환에는 본체 및 엔진 메커니즘에 내장 된 채널 네트워크가 포함되며, 그 복잡성은 실린더의 수와 위치 및 타이밍 메커니즘에 따라 달라집니다. 엔진의 안정성과 내구성을 위해 설계자들은 파이프 라인 대신 채널 형태의 채널을 오랫동안 선호 해 왔습니다.

엔진 구동 펌프는 크랭크 케이스에서 오일을 끌어와 하우징 외부에 장착 된 인라인 필터로 보냅니다. 그런 다음 하나 (인라인 용) 또는 한 쌍의 채널 (박서 또는 V 자형 엔진 용)을 사용하여 엔진의 거의 전체 길이를 확장합니다. 그런 다음 작은 가로 홈을 사용하여 메인 베어링으로 ​​향하여 상부 베어링 쉘의 입구를 통해 들어갑니다. 베어링의 주변 슬롯을 통해 오일의 일부가 냉각 및 윤활을 위해 베어링에 균등하게 분배되고 다른 부분은 동일한 슬롯에 연결된 크랭크 샤프트의 사선 구멍을 통해 하부 커넥팅로드 베어링으로 ​​향합니다. 상부 커넥팅로드 베어링을 윤활하는 것은 실제로 더 어렵 기 때문에 커넥팅로드의 상부는 종종 피스톤 아래에 기름이 튀는 것을 포함하도록 설계된 저장소입니다. 일부 시스템에서 오일은 커넥팅로드 자체의 보어를 통해 베어링에 도달합니다. 피스톤 볼트 베어링은 차례로 스플래시 윤활됩니다.

순환계와 유사

캠샤프트 또는 체인 드라이브가 크랭크케이스에 설치된 경우 이 드라이브는 직통 오일로 윤활되고 샤프트가 헤드에 설치된 경우 유압 확장 시스템에서 제어된 오일 누출로 드라이브 체인이 윤활됩니다. Ford 1.0 Ecoboost 엔진에서 캠축 구동 벨트도 윤활 처리됩니다. 이 경우 오일 팬에 담그면 됩니다. 윤활유가 캠축 베어링에 공급되는 방식은 엔진에 하단 또는 상단 샤프트가 있는지 여부에 따라 다릅니다. 전자는 일반적으로 크랭크축 메인 베어링에서 홈이 있는 윤활유를 받고 메인 하단 홈에 연결된 홈은 홈이 있습니다. 또는 간접적으로 헤드 또는 캠축 자체에 별도의 공통 채널이 있고 두 개의 축이 있으면 여기에 XNUMX를 곱합니다.

설계자들은 실린더의 밸브 가이드를 통해 범람 및 오일 누출을 방지하기 위해 밸브가 정밀하게 제어 된 유량으로 윤활되는 시스템을 개발하려고합니다. 유압 리프트의 존재로 인해 복잡성이 추가됩니다. 암석, 요철은 오일 배스 나 소형 배스에 분사하거나 오일이 메인 채널을 통과하는 채널을 통해 윤활됩니다.

원통형 벽과 피스톤 스커트의 경우, 하부 커넥팅로드 베어링에서 나오는 오일이 크랭크 케이스로 퍼지면서 전체 또는 부분적으로 윤활됩니다. 더 짧은 엔진은 직경이 더 크고 크랭크 샤프트에 더 가깝기 때문에 실린더가이 소스에서 더 많은 오일을 얻도록 설계되었습니다. 일부 엔진에서 실린더 벽은 커넥팅로드 하우징의 측면 구멍에서 추가 오일을 끌어옵니다.이 구멍은 일반적으로 피스톤이 실린더에 더 많은 측면 압력을 가하는 쪽 (작동 중 피스톤이 연소 중에 압력을 가하는 쪽)으로 향합니다. ... V- 엔진에서는 반대쪽 실린더로 이동하는 커넥팅로드에서 실린더 벽면에 오일을 주입하여 윗면이 윤활 된 다음 바닥으로 당겨지는 것이 일반적입니다. 터보 차저 엔진의 경우 오일이 메인 오일 채널과 파이프 라인을 통해 후자의 베어링으로 ​​들어간다는 점은 주목할 가치가 있습니다. 그러나 그들은 종종 오일 흐름을 피스톤을 냉각하도록 설계된 특수 노즐로 보내는 두 번째 채널을 사용합니다. 이 경우 오일 펌프가 훨씬 더 강력합니다.

건식 섬프 시스템에서 오일 펌프는 별도의 오일 탱크에서 오일을 받아 같은 방식으로 분배합니다. 보조 펌프는 크랭크 케이스에서 오일 / 공기 혼합물을 빨아 들여 (따라서 용량이 커야 함) 장치를 통해 흐르면서 후자를 분리하고 저장소로 되돌립니다.

윤활 시스템은 또한 무거운 엔진의 오일을 냉각하기위한 라디에이터 (간단한 미네랄 오일을 사용하는 구형 엔진의 일반적인 관행) 또는 냉각 시스템에 연결된 열교환기를 포함 할 수 있습니다. 이것은 나중에 논의 될 것입니다.

오일 펌프 및 릴리프 밸브

기어 쌍을 포함하는 오일 펌프는 오일 시스템 작동에 매우 적합하므로 윤활 시스템에 널리 사용되며 대부분의 경우 크랭크축에서 직접 구동됩니다. 또 다른 옵션은 로터리 펌프입니다. 최근에는 작동을 최적화하여 속도와 관련하여 성능을 최적화하고 에너지 소비를 줄이는 가변 변위 버전을 포함하여 슬라이딩 베인 펌프도 사용되었습니다.

오일 시스템은 고속에서 오일 펌프가 공급하는 양의 증가가 베어링을 통과 할 수있는 양과 일치하지 않기 때문에 릴리프 밸브가 필요합니다. 이는 이러한 경우 베어링 오일에 강한 원심력이 형성되어 새로운 양의 오일이 베어링에 공급되지 못하기 때문입니다. 또한 낮은 외부 온도에서 엔진을 시동하면 점도가 증가하고 메커니즘의 백래시가 감소하여 오일 저항이 증가하여 종종 유압의 임계 값으로 이어집니다. 대부분의 스포츠카는 오일 압력 센서와 오일 온도 센서를 사용합니다.

(따라)

텍스트 : Georgy Kolev