엔진 이론: 오일

(이 기사는 원래 Kitplanes Magazine. Ed.의 2016년 4월호에 게재되었습니다.) 이번 달 엔진 기술에 대한 지속적인 소개에서는 펌핑하는 요소인 오일을 고려하여 윤활 시스템에 대한 조사를 시작합니다. 윤활은 일반 조종사의 기본 관심사이지만, 윤활이 없으면 금속 대 금속 마모로 인해 모든 엔진이 녹은 베어링과 보기 흉한 금속 부스러기로 인해 쓸모없게 엉망이 되기 때문에 필수입니다. 실제로 정확한 오일 온도를 유지하는 것은 대부분의 실험용 항공기 제작자와 조종사에게 직접적인 과제입니다.

내연 기관의 생명 재료인 오일은 공랭식 항공기 동력 장치에서 이중으로 존재합니다. 이는 윤활 시스템의 확실한 작동 유체인 동시에 냉각 시스템의 주요 역할이지만 종종 간과되기도 합니다. 제어 가능한 피치 프로펠러 시스템의 대체 유압유로 때때로 달빛을 받기도 합니다.

윤활유로서 오일은 주로 엔진의 움직이는 부품 사이의 마찰을 줄이는 역할을 하지만 불순물을 부유하게 하고 엔진의 도금되지 않은 금속에 부식 방지 기능을 제공하며 피스톤 링을 실린더에 밀봉하는 데 도움을 줍니다.

냉각수로서 오일은 취약하고 끔찍할 정도로 뜨거운 피스톤과 피스톤 핀의 연소열을 오일 쿨러로 전달하여 대기 중으로 배출됩니다. 이는 또한 엔진 하단 전체, 즉 크랭크샤프트, 커넥팅 로드, 특히 메인 베어링, 로드 베어링, 스러스트 베어링 등의 주요 냉각원이기도 합니다. 또한 밸브 트레인의 주요 냉각수이기도 합니다. 밸브 스프링이 특히 필요합니다. 실제로 일반적인 항공기 엔진에는 공냉식이라고 표시되어 있지만 주로 공냉식인 유일한 부품은 실린더 헤드입니다. 힘들긴 하지만 공랭식 엔진과 오일 냉각식 엔진이라고 말하는 것이 더 적절할 것입니다. 수냉식 엔진의 경우에도 마찬가지이지만 물의 밀도가 높을수록 일반적으로 엔진 폐열의 더 큰 비율을 처리합니다.

우리의 목적을 위해 광유(전통적인 물질)는 원유에서 정제되고 합성유는 동일한 물질이 더 고도로 정제되거나 비원유에서 합성된 완전히 다른 물질이라는 점에 주목해 보겠습니다. 합성유는 분자 구조가 더 균일하며 윤활 엔진과 관련이 없는 광유(왁스 등)에서 발견되는 외부 물질이 훨씬 적습니다. 합성유는 더 높은 비용을 상쇄할 수 있는 몇 가지 바람직한 특성을 가지고 있습니다. 특히 고온에서도 안정적으로 유지됩니다(점착성 잔류물로 분해되지 않음). 광유는 화씨 240도 부근에서 눈에 띄게 분해되기 시작하는 반면, 합성유는 수백도 더 높은 온도를 견디는 경우가 많습니다. 실제로 높은 오일 온도는 광유에 대한 첫 번째 위협이지만 일부 합성 오일의 경우 가장 먼저 제공하는 것은 엔진의 베어링 재료입니다.

처음 비행사에게 판매된 합성유의 한 가지 단점은 용액에 있는 100LL 가솔린의 외부 납을 운반하는 능력이 미미하다는 점이었습니다. 첨가물 문제로 알려진 슬러지 형성은 100% 합성 오일에서 문제가 된 것으로 알려져 있으며, 현재 합성 오일은 주로 반합성 오일을 형성하기 위해 30% 합성/70% 미네랄 혼합물로 제공됩니다. 슬러지 생성에는 문제가 없습니다.

오일은 또한 주어진 온도에서 쏟아지는 저항력으로 측정되는 액체의 두께인 점도에 따라 분류됩니다. 점도는 금속 간 접촉에 대한 완충 기능을 제공하는 "본체"를 제공하므로 중요합니다. 자동차 주변의 오일 점도는 "30 중량"과 같이 "중량"이라고 하며 SAE(Society of Automotive Engineers)가 정한 기준에 따라 설정됩니다. 항공 분야에서 이 속성은 공식적으로 "등급"으로 알려져 있으며 그 수치는 SAE 중량의 대략 두 배로 나타납니다. 예를 들어 등급 100은 가중치 50에 해당합니다. 당연히 요즘 공항 주변에서는 '등급'보다 '무게'라는 말을 더 자주 듣게 됩니다.

오일 중량이나 등급은 주로 오일의 작동 온도 범위에 따라 결정되지만 내부 엔진 간격(크랭크샤프트 저널과 베어링 사이 또는 피스톤 링과 실린더 벽 사이)도 중요한 역할을 합니다. 따라서 자동차 엔진의 가벼운 듀티 사이클은 상대적으로 낮은 오일 온도를 의미하며, 이렇게 견고하게 제작된 엔진은 오일 간극이 작아 최대 20~30 중량 오일을 사용합니다. 당사의 오일/공랭식 항공기 엔진은 단단하고 오래 작동하며 오일에 넉넉한 열을 가하므로 두꺼운 50 중량이 일반적이며 일부 레거시 레이디얼은 동굴 같은 오일 간극 덕분에 60 중량을 사용합니다.