제4장 윤활유와 윤활계통 (Lubricants and Lubricating Systems)

1. 윤활유의 특성 1-1. 엔진 윤활유의 기원 1-2. 동물성 윤활제 1-3. 식물성 윤활제 1. 윤활유의 특성 1-1. 엔진 윤활유의 기원 석유는 휘발성 연료인 가솔린의 원천이고 또한 엔진 윤활유의 원천이다. 천연석유는 증류, 밀납 제거(Dewaxing), 화학적 정제와 여과 절 차에 의하여 정제되어 진다. 천연 석유를 증류 하면 비등점에 따라 가솔린으로부터 무거운 윤활유에 이르기까지 분리된다. 밀납제거 (Dewaxing)절차는 근본적으로 낮은 온도로 냉각시켜 밀랍 성분의 결정을 여과에 의한 방법으로 고체 밀랍을 분리한다. 이렇게 밀랍을 제거한 후에 화학적인 정제법에 의하여 수지와 아스팔트 물질을 제거하면 윤활유가 나온다. 이 오일은 최종적으로 화학적인 정제 법에 의하여 오일 속에 함유된 불순물을 제거 한 후에 등급에 따라 상품으로 만들어진다. 1-2. 동물성 윤활제 동물성 윤활제는 근본적으로 수지, 수지 오일, 돼지기름, 쇠기름, 고래 머릿기름과 돌고래 기름 등이 있다. 이러한 오일은 정상적인 상온 에서는 안정되어 있기 때문에 재봉틀, 시계, 등 에 사용하며, 특히 돌고래 기름은 시계 또는 계기 종류에 광범위하게 사용한다. 1-3. 식물성 윤활제 식물성 윤활제는 아주까리기름(Castor Oil), 올리브기름, 평지기름(Rape Oil), 면실유, 등이 있으며, 식물성 기름은 공기 중에 노출되었을 때 산화되기 쉽다. 식물성과 동물성 기름은 천연 기름 (광물성 윤활유)보다 마찰력에 견디는 성질이 낮기 때문에 금속을 빨리 마모시키는 경향이 있다. 아주까리 기름과 같은 식물성 기름은 가솔린에 용해되지 않기 때문에 회전식 엔진의 크랭크 케이스와 흡입 계통에 이용되나 산화가 쉽게 일어나므로 엔진에 엉겨 붙는 현상 (Gumming)을 초래한다.

1-4. 천연 광물성 윤활제 (Mineral Lubricants) 광유(鑛油)는 항공기용 내연기관에 광범위하게 사용되는 윤활제로 고체, 반고체와 유체 (Fluids) 등으로 구분한다. 󰊱 고체 윤활제 (Solid Lubricants) 고체형 윤활제(Solid Lubricants)는 운모(Mica), 동석(凍石/Slopstone), 흑연/석묵Graphite) 등이 있으며, 이러한 윤활제는 고속으로 회전 하는 기계에는 열을 빨리 발산하지 못하기 때문 에 사용이 불가능하며, 낮은 속도의 기계 장치에는 미세한 가루 형태로 사용한다. 이러한 고 체형 윤활제는 금속표면에 골고루 살포하면 베어링 효과로 미끄럼 막을 형성하여 물체 상호 간의 마모를 막아 준다. 미세한 분말은 그 입자가 딱딱하지 않으므로 표면의 마모를 막아주기에 충분하다. 일부의 고체윤활제는 무거운 하중을 견디는 역할을 하기도 하며, 특정한 유 체로 된 윤활제와 섞어 사용하기도 한다. 분말 흑연(석묵)은 차가운 날씨에 오일이나 그리스 (Grease) 대신에 사용하기도 한다. 그 이유 는 차가운 날씨에는 오일이나 그리스는 점도가 높 아 끈적끈적하게 엉겨붙는 현상이 일어나기 때문이다. 󰊲 반고체 윤활제 (Semi-solid Lubricants) 반고체 윤활제는 무거운 점도의 오일과 그리스가 있으며, 그리스는 오일과 지방산의 알칼리 금속염(Soap)을 혼합한 것으로 연속적으로 작동하는 기계장치와 같은 곳에 사용하기 좋 은 윤활제이다. 일반적으로 기어와 열을 받는 기계장치에는 오일과 나트륨 지방산을 희석한 그리스를 사용하고, 칼슘 지방산과 오일을 희석하여 컵 그리스(Cup Grease)를 만들고, 볼베어링과 높은 압력이 작용하는 기계 장치에 는 알루미늄 지방산과 오일을 희석하여 만든 그 리스를 사용한다. 󰊳 액체 윤활제 (Fluid Lubricants-Oils) 액체로 된 윤활제를 일반적으로 오일(Oils)이라 하며, 오일은 모든 형태의 내연 기관에 널리 사용하는 것은 가압이 용이하고, 분사가 빠르 고, 충격을 흡수하며, 열을 빨리 발산하기 때문이다. 1-5. 광합성 윤활제 (Synthetic Lubricant) 엔진의 발달로 인하여 가스터빈 엔진이 만들어져 고온으로 작동하게 되므로 제작사에서는 높은 온도에 대응할 수 있는 특성을 가진 윤활 유를 개발하게 되었으며 석유계 윤활제를 증발 하고 탄화수소를 분해하여 합성윤활제를 만들게 되었다. 이러한 합성윤활제는 쉽게 분해 되거 나 증발하지 않는다. 합성 윤활제는 Type Ⅰ, Alkyl Diester Oils (MIL-L-7808)과 Type Ⅱ, Polyester Oil(MIL-L-23699)형태가 있다.

2. 윤활용 오일의 특성(Lubricating Oil Properties) 항공기 엔진오일에서 중요한 사항은 오일의 점화점 (Flash point), 점도 (Viscosity), Pour Point 와 화학적 안정이 요구되는 사항이다. 여러 가지 검사를 통해서 현장에 필요한 특정한 오일로 만 들어진다. 또한 이 러한 특정의 검사를 통하여 점도(Gravity), 색(Color), 응고점(Cloud Point), 탄소 잔여량(Carbon Residue), 재 잔여량 (Ash Residue), 산화물 (Oxidation), 침전물(Precipitation), 부식성(Corrosion), 중성화 상태 (Neutralization) 등을 결정하게 된다. 2-1. 중량(Gravity) 석유계 오일은 제작 때 부피를 무게로 계산하여 그 숫자를 표로 만들어 표시한다. 석유 기술자들은 이 숫자를 2가지 눈금으로 사용한다. 하나는 비중 값 (Specific-Gravity Scale) 이고, 다른 하나는 API 중량치 (American Petroleum Institute Gravity Scale) 이다. 검사에 사용하는 액체 비중계에는 온도를 측정할 수 있는 온도계가 함 께 붙어 있으며, [그림]에서는 표준온도 60℉(15.56℃)을 기준으로 하여 측정한다. 물의 비중을 1.000, 무게가 8.328 lb/gal[3.78㎏/gal], 일 때 API 검 사 법에 의하여 항공기 윤활용 오일을 측정하였을 때 표준조건에서 10 이 하를 읽을 수가 있다. 항공기용 윤활유를 측정하여 API Gravity가 20이라 면 비중이 0.9340이고 무게는 7.778 lb/gal[3.53 ㎏ /gal]이다. 만약에 API Gravity가 24이었다면 비중은 0.9042 이고 무게는 7.529 lb/gal [3.42 ㎏ /gal]이다. 위의 예에서 비중과 API Gravity사이의 관계를 알았다. 비중을 측정하기 위하여 사용되는 단위는 표준 온도에서 무게는 lb/gal이고, API Gravity는 도표로 표시된 숫자로 표시되었다는 것을 우리는 알았다.

2-2. 점화 점과 발화점 (Flash Point and Fire Point) 오일의 점화점은 오일이 열을 받아 과포화 상태에 도달하여 순간적으로 일어나는 불꽃 에 의하여 점화되어 조그마한 불꽃이 일어나는 온도(등잔 또는 촛불과 같은 모양)를 말한다. 엔진오일은 이 점화점을 높게 하여 높은 온도에서 작동하더라도 점화되지 않도록 하여야 한다. 󰊲 발화점 (Fire Point) 발화점은 어떤 물질이 열을 받아 충분히 증기 화되어 작은 불꽃에 의하여 점화되 어 증기 가 연속적으로 연소될 수 있는 온도를 발화점이라 한다. 윤활제의 발화점 (Fire Point) 검사는 이미 언급한 바 있지만 점화점(Flash Point)과는 혼돈하지 않 도록 해야 한다. 󰊳 크레브랜드 시험기 (Cleveland Open-Cup Tester) Cleveland 시험기는 ASTM(American Society for Testing and Materials)의 권고방식에 의하여 윤활유 를 검사하기 위해서 사용하는 장치로 [그림 4-2]은 간단한 도해로 오일의 점화점과 발화점을 검사하는 장치이다. 검사를 할 때에는 오일의 량, 가열비, 점화 불꽃의 크기와 시간 등을 주의 깊게 조절하여 정확한 측정치를 얻을 수 있다. 윤활유의 안전성 검사에서 발화점은 점화점보다 약 50℉에서 60℉[28℃에서 33℃]높다. 주; 검사에서 발화점 의 확정은 추가할 수 없으나 오일의 점화점은 물질의 휘 발성 또는 증기화 경향에 따라 지시치가 고르지 못하다.

󰊱 세이볼트 유니버샬 점도계 (Saybolt Universal Viscosimeter) 2-3. 점도(Viscosity) 점도는 기술상으로 오일의 유체마찰력 이라 정의한다. 즉, 오일이 흐를 때 항력을 갖는 것을 점도라 한다. 무거운 오일은 점도가 높다고 하며 흐름이 매우 느리고 끈적끈적한 상태로 일명 점성(Viscous)이라 한다. 점도가 낮은 오일은 흘러 떨어지는 점(Pour Point)이상의 온도에서 흐 름이 빠르고 상태 가 묽다. 즉, 온도가 낮을 때 오일의 유동성이 좋게 나타난다. 오일의 움직임에서 유체의 마찰 력의 합을 나타내는 것은 점 도의 측정단위이다. 󰊱 세이볼트 유니버샬 점도계 (Saybolt Universal Viscosimeter) [그림4-4]은 세이볼트 유니버샬 점도계의 도해로서 석유계 윤활제를 검사하기 위한 표준계기이다. 이 검사는 100. 130과 210℉ [38, 54와 99℃]온도에서 사용하도록 만들어져 있다. 오일의 점도 측정에는 [그림]과 같은 세이볼트 점도계를 사용한다. 이 계기는 특정한 량의 오일을 원통형 용기에 넣고 시험온도로 가열한 후 작은 구멍을 통하여 밑에 있는 용기에 60㎤ 에 도달하는 시간을 측 정하여 그 온도에서의 세이볼트 유니버샬 점도로 나타낸다. 이때의 시 험온도는 210℉[99℃]이다. 이 시간을 세이볼트 유니버샬 점도초 (Second Saybolt Universal Viscosity)라 한다. 상업용 항공용 오일은 일반적으로 210℉ [99 ℃]일 때 세이볼트 유니버샬 점도초가 80, 100, 120과 140을 사용한다.

3. 윤활의 필요성 4. 윤활제의 필요성과 기능 4-1. 항공기 윤활유의 특성 4-2. 엔진 오일의 기능 항공기 엔진은 수많은 움직이는 부품이 있다. 이 부품이 작동할 때 발생하는 마찰력이나 마모 현상을 막기 위한 윤활작용과 냉각, 방식효과 등을 부여하기 위해서 윤활유가 필요로 한다. 두 개의 물체간에 작용하는 마찰력(Friction)은 다음과 같이 구분한다. ⑴ 미끄럼 마찰(Sliding Friction) ⑵ 구름마찰(Rolling Friction) ⑶ 문지름 마찰(Wiping Friction) 4. 윤활제의 필요성과 기능 4-1. 항공기 윤활유의 특성 항공기 엔진에 윤활유를 이용하여 윤활을 해야 할 특성은 다음과 같다. ⑴ 점도(Viscosity)는 온도 변화에 따라 점성을 일정하게 유지되어야 한다. ⑵ 마찰력 감소작용; 두 개의 물체 표면 사이에 오일 막을 형성하여 물체간의 마찰력을 감소 시킨다. ⑶ 낮은 온도에서도 최대의 유동성을 가져야 한다. ⑷ 온도 변화에 따른 점도 변화의 최소화. ⑸ 높은 마모 방지작용 ⑹ 최대의 냉각효과 ⑺ 최대의 방식효과 ⑻ 최대의 산화방지 4-2. 엔진 오일의 기능 항공기 엔진은 여러 형태의 변화에 적응하여 작동하여야 된다. 이 윤활 시에는 짧은 시간에 최대출력으로 작동해야 하고, 기타의 비행 중 에는 여러 형태의 출력으로 작동하며, 순항출력으로 장시간 작동하게 된다. 항공 엔진은 자동차 엔진과는 다르게 높은 온도에서 작동해야 하는 특성 이외에 여러 가지 추가해야 할 사항이 있으므로 윤활용 오일도 이 특성에 맞는 특성이 추가되어야 한다. 4-3. 순 광물성 오일 순수 광물성 오일은 현재의 항공기 왕복엔진에 사용하는 윤활유의 하나로서 높은 점도 지 수 Ⅵ로 첨가제가 희석되지 않은 오일로서 낮은 온도에서 유동성이 떨어지지 않는다. 이러한 오일은 특별히 정제한 것으로 엔진의 오버홀 후 또는 시운전 기간 중에 사용한다.(엔진에 오 일 소모량이 안정될 때까지만 사용)

4-4. 다점도(Multi-grade) 오일 다점도 오일은 순수 광물성 오일을 고온에 대한 안정성을 향상시키기 위해서 첨가제를 넣은 광물성 오일을 단일점도 오일이라 하고, 규격은 MIL-L-6082B이다. 이 오일에 첨가된 첨가제는 오일의 성질은 개선되었지만 연소실에서 첨가제가 유해 잔여물로 축적하는 경향이 있다. 이러한 유해 물이 새기지 않도록 다른 첨가물을 넣고, 추가하여 낮은 온도에서 점도를 향상시키는 첨가제를 혼합시킨 오일을 다점도 오일이라 하고, 오일의 규격은 MIL-L-22851 이다. 다점도 오일은 고온에서는 순 광물성 오일과 같은 점도를 유지하고 낮은 온도에서는 점도가 낮아져 시동성 및 완속 운전에 적합한 점도를 유지한다. [그림 4-6]의 그래프는 단점도 오일과 다점도 오일을 비교한 것이다.

5. 윤활계통의 구성품과 특성 윤활계통의 목적은 정확한 압력과 용량을 엔진에 공급하여 엔진 구성부품의 윤활, 냉각 및 마 모를 줄여주기 위하여 마련된 계통으 로 오일탱크는 충분한 량을 저장해야 하고, 오일펌프의 용량 과 압 력은 필히 적당해야 하며, 마찰을 최소로 유지해야 하며, 냉각 효 과가 좋아야 한다. 내연기관의 오일계통에서 오일을 분배하여 움 직이는 부분에 공급하는 방법은 압력식, 튕겨 주는 방식, 분사식으 로 구분한다. 5-1. 압력식 윤활계통 [그림 4-8]은 압력식 윤활유 계통의 간단한 도형이다. 오일은 펌프의 입구(Suction)쪽으로 흘러 들어가고 펌프는 오일 섬 프의 밑으로부터 높은 곳 에 위치하고 있으며 펌프로 들어가는 오일 중에 들어 있는 침전물은 펌프로 들어가지 않고 오 일 섬프로 흘러 떨어진다. 펌프는 편심-배인(Eccentric-Vane)형 또는 기어형(Gear Type)중에 하나를 사용되나, 일반적으로 널리 사용하는 것은 기어 형이다. 펌프에서 가압 된 오일은 오일 메니폴드로 들어가 크랭크축 베어링에 분배된다. 압력 릴리프 밸브(Pressure Relief Valve)는 펌 프 출구 쪽에 장착되어 있다. 주 베어링으로부터 흘러나온 오일은 크랭크축에 있는 작은 구멍 을 통하여 아래쪽 컨넥팅 로드의 하부 베어링으로 들어간다. 베어링 끝 또는 주 오일 메니폴드에 연결구를 통하여 캠축 의 구멍에 도달 한다. 이렇게 도달한 오일은 캠축의 구멍으로 흘러나와 여러 개의 캠축 베어링 과 캠을 윤활 시킨다. 왕복엔진의 실린더 헤드에 위치한 밸브 구동장치의 윤활은 밸브 푸쉬 로드를 통하여 압력 에 의하여 공급된다. 오일은 밸브 타팻으 로부터 푸쉬 로드에 공급되어 압력에 의하여 록커암, 록커암 베어링 과 밸브스팀을 윤활 시킨다. 엔진 실린더 표면과 피스톤 핀은 크랭크축으로부터 와 크랭크 핀 베어링으로부터 분사되는 오일을 받는다. 실린더 벽에 분사되기 전에 크랭크 핀의 작은 간극을 통하여 서서히 스며나온 오일은 충분 한 시간을 두고 실린더 벽에 분사된다.

5-2. 분사식 윤활계통과 혼합계통 5-3. 윤활계통의 기본 구성품 5-4. 오일의 용량 압력식 윤활계통은 모든 왕복엔진에 사용하고 있으나 Splash(퉁겨 주는 방식)윤활은 압력 식 윤활계통에 첨가하여 사용하는 방법 이며 결코 독단적으로는 사용하지 못한다. 항공기 엔진 의 윤활 계통은 항상 압력식 윤활계통 또는 압력식, Splash와 분사식을 혼 용하여 사용한다. 앞의 [그림]은 압력식과 Splash식을 혼용한 오일계통의 도해이다. 가스터빈 엔진의 베어링 윤활방식은 베어링 공방을 만들어 압력에 의하여 베어링에 분사하는 방법을 사용한다. 이 압력 분사식에 대한 것은 가스터빈 엔진에서 자세히 취급하겠다. 5-3. 윤활계통의 기본 구성품 항공기엔진 윤활계통의 구성부품은 오일압력펌프, 오일압력 릴리프밸브, 오일 저장탱크, 오 일 압력계기, 오일 온도계기, 오일필터 와 필요한 도관과 연결 기구로 되어 있다. 기타 많은 윤활유 계통에는 오일냉각기와 온도조절장치 등이 포함되어 있다. 또한 차가 운 날씨에 시동을 위 하여 오일 희석 계통을 마련되어 있다. 5-4. 오일의 용량 윤활계통의 용량은 엔진이 작동 중에 필요한 충분한 량을 엔진에 공급할 수 있는 량에 온도 에 의하여 팽창될 수 있는 량을 합한 총 량을 확보해야 한다. 다발 엔진의 오일 계통은 각 엔진 마다 독립적으로 마련되어 있어야 한다. 오일 탱크의 용량은 임계 작동 조건 에서 필요한 오일 의 량과 최대 소모량에 순환, 윤활과 냉각에 필요한 충분한 공간을 가져야 한다.

5-5. 오일계통의 배관 오일계통의 배관은 연료계통이나 유압계통과 같이 동일한 방법에 의하여 구조되어 진동에 견딜 수 있도록 장착되어 있다. 관의 재질은 알루미늄 합금으로 제작되어 있고, 피팅은 AN 또는 MS 타입이다. 엔진부근이나 또는 엔진과 방화벽 사이 에는 진동이 심하므로 합성고 무 호스를 사용하여 연결되어 있다. 오일호스는 고온에 견디기 위해서 [그림 4-6]과 같은 방화용 덮개(Fire Sleeve) 를 이용하여 보호되 어 있다.

5-6. 오일 온도조절기(Temperature Regulator/Oil Cooler) 오일 온도조절기는 엔진이 작동 중에 오일의 온도를 일정하게 유지시키기 위한 장치로 일명 오일 냉각기 (Oil Cooler)라 한다. 좌측 [그림 4-10]은 오일 냉각기의 여러 가지 형태 중에 하나로 모양은 여러 가지 종류가 있으나 그 작동 원리 는 동일하다. 우측 [그림 4-11]은 오일 온도조절기의 한가지 형태의 도해로서 바깥쪽 실린더는 특수한 단위부분으로 안쪽 실린더보다 직경이 약 1인치 (2.54 ㎝)크게 제작되어 있다. 오일이 교정 작동 온도보다 낮으면 오일은 코어(Core)를 거치지 안고 바이패스 하여 실린 더 사이를 통하여 출구로 빠져나가고, 엔진 작동 중에 오일의 온도가 뜨거워지면 점도 밸브에 의하여 냉각 관(Cooling Tube)을 거쳐 흐른다. 오일이 코어를 통과하여 지나는 것은 배플에 의하여 유도되어 여러 개의 관 사이를 통과여 냉각된다. 온도 조절기의 냉각 구를 통하여 흐르는 오일은 자동 온도 조절밸브에 의하여 제 어된다. 이 밸브는 자동 온도조절밸브 또는 간단 히 오일냉각 바이패스밸브라 한다. 이 밸브는 오일의 온도에 의하여 열리고 닫친다. 오일 의 온도에 따라 열리는 량이 변화한다. 만약에 조절 밸브가 작동하지 않거나 또는 다른 이유로 고장나면 냉각기의 설명 중 냉각방식에 의 하여 오일은 흐른다.

5-7. 오일점도밸브 (Oil Viscosity Valve) 로 그 구성은 알루미늄 합금 하우싱과 자동온도조절 엘러먼트 되어 있다. 이 밸브는 오일 냉각밸브에 장착되어 있고 오일냉각밸브와 오 일 밀도밸브가 함께 온도를 감지하여 오일의 온도와 밀도를 일정하게 유지하기 위하여 작동한다. 자동 온도조절은 오일이 뜨거울 때는 냉각기의 점도밸브를 통하여 냉각 코어를 통하여 흐르도록 하고, 오일이 작동온도보다 낮을 때에 는 오일을 바이패스 시킨다. 오일 이 차가우면 밸브는 시트로부터 떨어져 [그림4-9]의 좌측에 열려있는 통로를 통하여 냉각기 의 바깥 쪽 주위를 통하여 흐르게 된다. 오일이 뜨거워지면 밸브는 닫치고 오일은 그림의 우측 에 열려 있는 곳을 통하여 냉각기의 냉각 코어 (Core)를 통하여 흐르게 된다.

5-8. 오일압력 릴리프밸브(Oil Pressure Relief Valves) 오일의 압력은 엔진과 엔진 부품을 충분히 윤활 시킬 수 있는 압력을 유지해야 하며 만약 에 오일압력이 과도하게 높아지면 오일계통 및 다른 부품을 파손하게 된다. 이러한 과도한 압력을 조절하여 작동에 필요한 압력을 유지시켜 주는 장치를 오일압력 릴리프 밸브라 한다. 󰊱 릴리프밸브의 일반적 형태 현대의 경 항공기 엔진의 오일압력 릴리프밸브는 [그림4-10]과 같이 단순하고 구조가 간단하며, 밸브의 구조는 플런져와 스프링으 로 되어 있으며 펌프의 출구 쪽에 연결되어 있다. 만약에 펌프 출구의 압력이 과도 하게 높아지면 플런져가 압력에 의하 여 스프링 힘을 이기고 뒤로 밀려 과 도한 오일압력을 펌프의 입구 쪽으로 되돌아가게 하여 압력을 일정하게 유지시킨다. 대형 왕복엔진을 위한 오일압력 릴리프밸브는 보상형으로 이 릴리프밸브는 엔진이 시동시에 는 오일압력을 높게 유지하여 충분히 윤 활이 되게 하고, 오일의 온도가 충분히 올라가면 압력이 내려간다. 압력조절밸브는 조절 나사를 이용하여 스프링의 힘을 조절하여 릴리프 되는 오일압력을 조 절한다. 만약에 릴리프 밸브의 압력 세팅이 부적절하 면 스프링을 환하던가 또는 스프링 뒤에 왓셔를 삽 입 하여 조절할 수 있다.

󰊲 간단한 압력 릴리프밸브 간단한 압력릴리프밸브 (Single Pressure Relief Valve)는 [그림 ]에 도해 되어 있고, 스프링 힘을 받고 있는 플런져 (Plunger)의 한쪽 끝 에 Tapered 밸브가 있다. 조절 스크류로 스프링의 장력을 조절하여 밸브의 열림과 닫침을 조절할 수 있다.

5-9. 항공기 엔진 오일필터 일반적으로 새로운 모델의 엔진에는 전량흐름(Full flow)오일필터계통을 장치하고 있다 5-9. 항공기 엔진 오일필터 일반적으로 새로운 모델의 엔진에는 전량흐름(Full flow)오일필터계통을 장치하고 있다. 과거의 구 모델에는 바이패스계통이 없는 필터 계 통이 장착되어 있으며 이러한 필터를 Partial-Flow 계통이라 한다. 바이패스 계통 필터는 약 10%의 오일만 필터 엘러먼트를 통과하고, 걸 러진 오일은 직접 섬프로 귀유 된다. 좌측 [그림 4-15]은 거르지 않은 오일이 베어링에 공급되는 도해이다. 새로운 형의 오일필터는 전량흐름(Full-Flow)오일계통으로 설계되 어 있다. 우측[그림 4-16]은 오일펌프와 엔진 베어링 사이에 위치한 전량흐름(Full-Flow)오일계통의 도해 이다. 필터를 통해 걸러진 모든 오일은 베어링을 거쳐 순환된다. 또한 모든 전량 흐름오일계통에는 릴리프 밸브가 마련되어 계통이 작동하지 않으면 오일의 차압 에 의하여 열린 다. 만약에 필터가 오물에 의해서 막히면 릴리프 밸브가 열려 필터를 거치지 않은 오일을 계통 내로 보내 베어링을 윤활 시키고 섬프로 귀유 된다. 어떠한 필터이건 그 목적은 오일이 엔진으로 들어가기 전에 오일 속에 섞여 있는 외부 물질을 걸러 내는데 있다.

󰊱 스트레이너 형 필터 (Strainer-Type Filter) 스트레이너 형의 필터는 좌측[그림]과 같이 원통에 가느다란 망을 둘러 제작되어 있다. 스크린이나 필터 어느 것이던지 막혔을 때 정상적 으로 오일을 공급할 수 있도록 하기 위하여 우측[그림]과 같은 차압에 의하여 작동되는 릴리프 밸브가 마련되어 있다

󰊲 Disposable Cartridge Filter 현대의 경 항공기의 오일 필터에 많이 사용되는 처리용 필터 엘러먼트가 포함된 필터 통으로 구성되어 있다. 아래 [그림]은 디스포샬 필터 (Disposable Filter) 모두개의 도해로 서 어댑터 (Adapter)를 포함하여 엔진 마운트에 장착되어 있다. 어댑터에는 장착에 필요한 용기와 피팅 및 오일 온도감지기를 포함되어 있다. 또한 필터 어댑터에는 온도 감지용 밸브 (Thermostatic Valve)가 포함되어 있어 온도가 허용치에 도달 할 때까지 오일냉각기를 바이패스 시키는 역할을 한다

󰊳 스핀-온 오일필터(Spin-On Oil Filter) 오일 필터의 최신형 스핀-온 필터는 [그림]에 도해되어 있으며, 이 필터는 렌치 패 드(Wrench Pad) 금속제 케이스, 수 지가 흡수용수지 섬유질 종이를 장착을 하기 위하여 나사산이 있는 마운트로 구성되어 있다. 필터의 심장부에는 흡수용 섬유질 종이가 있어 오일은 케이스와 섬유질 종이 사이로 흘러 들어와 삼투성 섬유질 종이를 통과하며 여과되어 지지용 관 (Support Tube)을 통하여 장착 마운트 중앙에 있는 구멍을 통하여 엔진 계통으로 보내진다. 이 필터는 Full-Flow Type 필터이다.

󰊴 구노 오일필터 (Cuno Oil Filter) 구노 오일 필터는 아래 [그림]과 같이 망으로 된 얇은 판 또는 디스크(Disk) 와 스페이셔를 겹으로 쌓아 놓고, 이 판 사이에 회 전판을 놓아 조립된 것으 로 오일은 판의 밖으로부터 디스크와 스페이셔 사이를 통과하면서 걸러져 안 쪽 통로를 통하여 엔진 으로 이송된다. 외부 물질 큰 분자는 디스크 사이에서 걸러지고 미세한 물질은 디스크의 미세 한 망을 오일이 통과할 때 걸러지 게 된다. 큰 분자의 물질이 쌓이게 되면 회전용 디스크를 밖에 있는 손잡이를 이용하여 회전시키면 디스크 사이에 쌓인 물질은 제거되어 필터 케이스 밑에 있는 섬프(Sump)에 모이게 된다. 이 렇게 모인 물질은 정기 점검시간에 필터를 장탈 하여 제거시킨다.

5-10. 오일분리기(Oil Separator) 오일분리기는 오일이 작동 중에 오일에 함유되는 공기의 입자를 분리하는 장치로 배플 프레 이트가 마련되어 계통 내를 윤활시킨 오일이 귀유 할 때에 이 배플 플레이트를 통과할 때 소용돌이를 일으켜 원심력에 의하여 공기와 오일을 분리시킨다. 이렇게 분리된 공기는 축적 되어 엔진 오일 저유기의 유면을 눌러 주는 역할을 하고 여분의 공기는 밴트계통(Vent System)을 통하여 엔진 밖으로 배출된다. 5-11. 오일 압력계기 오일 압력계기는 일반적으로 버든-튜브(Bourdon-Tube)형을 제일 많이 사용하며 측정 범위 가 넓다. 오일 압력계기 관은 오일압력 펌프 출구 쪽에 연결되어 있으며, 이 관에는 제한 오리피스 장착되어 펌프에서 나오는 압력의 파동에 의하여 계기의 파손을 방지한다. 5-12. 오일 온도계기 오일 온도계기는 오일 입력 관 또는 압력펌프와 엔진계통 사이에 장착된 오일 온도감지 기로부터 온도를 감지하여 전기적인 신호로 바꾸 어 계기에 보내 오일의 온도를 지시하게 한다. 어떤 엔진에는 온도감지기가 필터 하우싱에 장착된 것도 있으며, 오일 온도계는 전기형 또는 전자 형이 있으며 상세한 설명은 장비과목에서 다루게 된다.

5-13. 오일 압력펌프 오일펌프는 일반적으로 기어타입과 베인-타입 중에 하나를 사용한다 5-13. 오일 압력펌프 오일펌프는 일반적으로 기어타입과 베인-타입 중에 하나를 사용한다. 기어타입 펌프는 특수 하게 제작된 2개의 기어가 물려 있으며, 하나의 기어축이 엔진에 의하여 구동되어 기어의 치 차와 펌프 케이스 사이의 간극을 최소로 하여 이 사이로 오일을 통과시켜 압력을 만 들어낸 다. 좌측 [그림 4-22]은 기어펌프의 구조이며, 우측 [그림]은 기어 펌프의 작동을 보여주고 있다. 기 어 형 펌프는 왕복엔진에 일반적으로 광범위하게 사용된다. 어떤 엔진에서 요구하는 오일 압력보다 높은 압력을 가압 시키도록 구조되어 있으며 만약에 설계 압 력보다 높은 압력이 만들어지며, 과도한 압력은 릴리프 밸브를 통하여 펌프의 입구로 다시 되돌려 보낸다. 만약에 엔 진이 시동 후에도 오일압력이 30초 동안 올라가지 않으면 엔진 오일계기에 그 상태를 지시하도록 계통이 설계되어 있다. 5-14. 배유펌프(Scavenge Pump) 배유 펌프는 드라이 섬프(Dry-Sump) 윤활계통에 사용되는 펌프로서 그 용량이 압력펌프보 다 크게 설계되어 있다. 일부 엔진에는 압력 펌프와 같은 케이스에 동일한 축에 물려 있으므로 용량을 크게 하기 위해서는 2개 또는 그 이상의 기어 펌프를 나란히 배열하여 놓았다. 배유 펌프가 용량이 큰 것은 오일이 작동 중에 오일 속에 공기의 함유와 온도의 상승으로 인하여 그 체적이 커지기 때문이다.

5-15. 오일 희석계통(Oil Dilution System) 좌측 [그림 4-24]은 오일희석계통(Oil Dilution Sys.) 에 대한 도해로서 엔진 연료계통과 오일계통 사이 에 연결되어 있다. 그림에서 연료 계통은 엔진구동 연료펌프의 압력 선에서 갈라져 오일희석 솔레노이드 밸브에 연결되어 있고 이 솔레노이드 밸브를 거 친 연료 선은 “Y” 배유밸브(Drain Valve)에 연결되 어 있다. “Y”형 배유 밸브에는 오일 계통의 엔진오일입구 라인과 배유 라인으로 구분되어 있다. 우측 [그림 4-25]의 오일희석 솔레노이드 밸브는 조종실 에서 조종사에 의하여 스위치로 작동하며 비행을 마치고 엔진을 정지하기 직 전에 작동시켜 오일에 연료를 희석시켜 오일의 점도를 묽게 만들어 준다. 이것을 차기 시동 시에 오일의 온도가 충 분히 올라가기 전에 엔진윤활을 용이하게 하 기 위한 것이다. 오일에 희석된 연료는 오일의 온도가 상승하면 휘발하여 엔진 브리드(Breath) 계통을 통하여 엔진 밖으로 배출된다.

6-3. 역 (Inverted) 엔진과 성형 (Radial)엔진의 오일조절 엔진설계에 따른 윤활계통 이 장에서는 왕복엔진과 일반적으로 엔진 윤활계통과 직접 관 계 있는 중요한 특징을 몇 가지를 다루겠다. 6-1. 불순물 공방 어떤 엔진의 크랭크축에 작은 공방을 만들어 컨넥팅 로드 저널에서 생성되는 탄소 찌꺼기 또는 이물질을 모아 저장하는 곳을 불순물 공방(Sludge Chamber)라 한다. 이렇게 고인 이물질 은 엔진 오버홀 시에 제거되어야만 한다. 6-2. 실린더내부 배유 많은 성형엔진의 밸브 작동 기계 장치를 윤활시키는 밸브 로커 암 박스(Rocker Arm Box) 에 연결된 구멍이 있는 오일 튜브를 내부 실린더 배유장치(Inter- cylinder Drain)라 한다. 이 배유 구멍은 밸브 작동기구를 윤활시킨 오일을 섬프로 귀유 시키는 역할을 한다. 6-3. 역 (Inverted) 엔진과 성형 (Radial)엔진의 오일조절 성형엔진의 일부 실린더와 베인형 엔진의 실린더는 엔진의 밑에 장착되어 있음으로 오일 이 실린더 내부로 흘러 들어가게 된다. 이러한 현상을 방지하기 위해서 실린더의 스커트 부분 을 길게 하여 배유계통 효 율을 좋게 한다. 엔진이 작동중에 하부 실린더에서 떨어지는 오일은 실린더 스커트밖에 고여 크랭크 케이스로 들어간다. [그림 4-23]은 성형엔진의 윤활 계통의 도해이다. 오일은 크랭크축이 작동 중에 안개 처럼 분사되어 실린더 벽과 피스톤, 피스톤 핀을 윤활 시킨다. 이렇게 윤활 시키 고 남은 과도한 오일은 실린더의 헤드 쪽으로 흘러가 지 않도록 피스톤에 장착된 오일 조절 링에 의하여 조절 된다. 즉, 오일 조절링 뒤에 있는 작은 배유 구멍을 통 하여 컨넥팅 로드와 피스톤 핀을 윤활 시키고 크랭크 케이스로 들어가게 된다.

7. 윤활계통의 유형 7-1. 습식 오일계통의 엔진 [그림 4-27]은 Continental IO-470-D엔진의 윤활계통의 도해로서 윤활유는 엔진 자체에 장착되어 있는 섬프에 저장하고 있다. 오일은 섬프로부터 흡입 오일 스크린을 통하여 섬프의 밑바닥에 위치하고 있는 기어-타입 펌프에서 가압 되어 필터 스크린을 통과 하여 직접 엔진 전방에 있는 오일 냉각기로 보내진다. 바이패스 체 크밸브는 필터 스크린이 막혀 오일 공급이 되지 않을 때 필터를 거 치지 않고 오일냉각기로 거르지 않은 오일을 보낸다. 조절하지 못 하는 압력 릴리프 밸브는 과도한 압력을 펌프의 입구로 되돌려 보낸다. 오일온도는 온도에 의하여 작동되는 밸브에 의하여 오일 냉각기 의 안쪽으로 흐르던가 또는 밖으로 흐르는가에 따라 조절된다. 오일 냉각기의 코어에는 오일이 통과할 수 있는 는 작은 통로가 마련되어 있고 이 통로를 지난 오일은 요구되는 부분품을 윤활 시 킨다. 또한 계통으로부터 오일은 프로펠러 조속기 (Governor)를 통하여 크랭크축 과 프로펠러 피치 각과 엔진 회전 속도를 조정하 기 위하여 공급된다. 오일 온도 감지기는 오일냉각기를 지난 지점 에 오일의 온도를 감지하여 오일온도계기에 지시한다. 즉 엔진의 뜨거운 부분을 지나기 전의 온도를 지시한다. 오일압력계기계통은 실린더 2번과 4번 사이의 크랭크 케이스 좌 측에 아래 피팅에 의 하여 오일압력스위치가 장착되어 있으며 압 력 스위치로부터 날개를 거쳐 조종실의 오일 압력 계기까지 튜브 가 연결되어 있다. 엔진 쪽 연결 피팅에는 제한기가 장착되어 튜브 의 파손으로 인한 오일의 누설을 막아 주고 오일 압력의 유동을 흡 수하여 지시 눈금의 흔들림을 방지하고 계기의 파손을 방지한다.

7-2. 건식 오일계통(Dry-Sump Oil System)의 엔진 오일의 흐름은 탱크로부터 엔진 구동형 압력 펌프로 공급되고 오일의 온도는 펌프로부터 엔 진으로 들어가기 전에 감지된다. 감지된 오일의 온도는 오일 온도계기에 지시된다. 오일압력 은 엔진에서 필요한 량보다 충분하게 가압된다. 릴리프 밸브가 마 련되어 과도한 압력을 펌프 의 입구로 보낸다. 오일압력필터는 압력펌프와 엔진 사이에 위치하고 있으며 필터가 막혔을 때에 압력을 바이패스 시켜 거르지 않은 오일을 엔진으로 보낸다. 엔진을 윤활 시킨 오일은 배유펌프(Scavenge Pump)를 통하여 오일 냉각기를 통하여 오일탱크로 되돌아간다. 배유펌프 는 압 력펌프보다 용량이 크게 설계되어 있다. 이것은 오일이 엔진을 윤활 시킬 때 오일 속에 거품과 공기가 함유되고 온도가 상승하 여 체적이 커지기 때문이다. 오일 냉각기에는 온도 감지 장치와 바이패스 밸브가 마련되어 오일의 온도에 따라 작동한 다. 오일탱크의 과도한 압력 증가를 방지 하기 위해서 Vent(통기)계통이 마련되어 있다.

7-3. 오일탱크 건식(Dry-sump) 엔진 오일 계통에는 외부에 오일 탱크를 마련하고 있다. 오일 탱크는 알루미늄 판을 용접, 판금 하여 제작하던가 또는 내식강으로 제작한다. 어떤 항공기에는 연료탱크와 동일하게 합 성 고무로 만들어지기 도 한다. 오일탱크의 하부에는 엔진펌프로 공급 하기 위한 출구가 마련되어 있고 이 렇게 밑 부분에 위치한 것은 지상이나 비행 중 에 엔진펌프로 오일을 원활 하게 공급하기 위한 것이다. 어떤 오일탱크에는 많은 량 의 오일을 공급하 기 위해서 후퍼가 마련 되어 있다. 이 호퍼는 오일탱크 몸체로부터 일부분 이 분리되어 있으며 엔진으로 들어가는 오일은 밑 부분으로부터 들어가 고 엔진을 윤활시킨 오일은 후퍼의 위쪽으로 들어간다. 이 호퍼의 목적은 엔진이 작동될 때 작은 량을 순환시키므로 빠른 시간 내 에 요구하는 온도로 올리기 위한 것이다. 호퍼의 밑 부분에 열려있 는 구멍 을 통하여 오일은 채워지고 소모되는 량만큼 채워진다. 일명 이 호퍼를 온 도 가속 공간이라 한다. 오일탱크 출구에는 스크린을 장착하여 외부 물질이 엔진으로 들어가지 못 하도록 한다. 또 한 탱크의 구조는 전체 용량의 약 10% 또는 ½gal(1.89ℓ)의 팽창 공간을 만들어 엔진 작동 중에 부피의 증가로 탱크가 파손되는 것을 방지한다. 즉, 탱크의 오일 보급구를 최 상부로부터 약간 밑에 만들어 공간을 유지한 다. 탱크의 상부에는 공기를 밴트계통이 마련되어 오일로부터 분리된 공 기가 탱크 밖으로 배출되게 한 다.