금속재질 부품들의 클리어런스 때문 아닌가요? 특히나 고성능 차량일수록 클리어런스가 적으니 예열 차이가 크니.....

가열해서 팽창하면 클리어런스가 커지나요 작아지나요? 피스톤과 블럭 사이의 예로 생각해보시면.

흠... 사실 저도 깊게는 생각 안하고 그냥 그러더라~ 정도로 생각하고 있었는데, 리플을 보고 생각해보니... 블럭이나 헤드 피스톤 등등의 구동부위들이 다 재질이나 구성 성분이 조금씩 다를거 같은데 그에 따라 열팽창하는게 다 다르지 않을까요? 저야 뭐 공학도도 아니고 그냥 수학이나 공학에 몽매한 일반인이라 이정도 생각이 다네요;;; 여튼 괜히 온도가 다 오르기 전에 밟은 차들이 맛이 가는게 이유가 없지는 않겠죠....

저도 그게 궁금해서요. ^^

기계공학을 전공하면서 배운 기억을 말씀드리면..

일반적인 주철 실린더블럭의 경우 알미늄 재질의 피스톤 대비 열 팽창율이 적어 예열이 되면 실린더와 피스톤의 클리어런스는 작아진다고 합니다. 알미늄 블럭인 경우도 재질의 두께와 면적으로 인해 피스톤에 비해 적은 열 팽창율을 보입니다.

즉, 충분히 예열되지 않은 상태로 회전수가 많이 상승하게 되면 피스톤 슬랩현상이 발생할 수 있으며, 블로바이 가스도 좀 더 많이 발생하게 됩니다. 또한 연소실 표면(헤드면, 피스톤 상부, 블럭)이 차가운 상태이므로 혼합기가 충분히 무화되지 못해(인젝터에서 분사되어 연소실 내에서도 충분히 mix되게 됩니다.)  완전연소가 일어나지 않습니다. 연료가 연소실 표면에 액적상태로 잔류하게 됩니다.

따라서 연소가 원할히 일어날 정도의 연소실 온도가 되기 전 또는 피스톤이 충분히 팽창될 정도의 시간 동안에는 혼합기 또는 연료를 연소실내에 과도하게 집어넣는 작동(예열되지 않은 상태에서 출발..)은 하지 않는 것이 좋다고 생각됩니다.

그래서 제 개인적인 생각에 필요최소한의 예열시간은, 요즘 겨울철을 기준으로 가솔린의 경우 적어도 1분, 디젤의 경우에는 적어도 3~5분정도 되어야하지 않나 생각됩니다;;;;

예열하는 동안도 블로바이와 리치한 혼합기가 들어가니까 결국 비슷한 것 아닌가 싶은 생각이 듭니다.

과도한 회전...과 부하...가 어디까지(?)인가가 문제인데, 저부하 저회전 주행이라면 오히려 빨리 온도를 올리는 것이 저 조건에서 벗어나는 것이 아닌가 싶기도 해서, 적절한 중간점(임계점/타협점/등등)이 있을 듯 한데요.

네.. ^^

예열하는 동안에 리치한 혼합기가 들어가게 되죠.. 각종 센서에서 감지하고 연료 분사량을 늘려주기 때문이죠..

그러나, (전공은 했으나, 저도 짧은 지식이라;;;) 제 생각엔 저부하 저회전이던 아니던, 차량이 출발하는 등의 상황에선 클리어런스가 작아지지 않은 상태에서 엔진에 부하가 걸린 채 작동하게 되므로(중립, 정지상태와 비교하여 일을 하게 되는 것이므로 더 큰 압력과 부하가 걸리겠지요?..) 블로바이 가스가 크랭크 실로 넘어갈 확률이 더 많아지지 않나 싶습니다. 당연히 일을 하는 엔진에서는 피스톤의 측압도 많이 발생하게되어 슬랩은 더 심해지지 않을까 싶습니다..

김순익 회원님께서 말씀하신대로, 적절한 중간점이 어느부분인지 저도 그게 궁금합니다...;;;

더 많이 공부하신 회원님께서 알려주시면 감사하겠네요... ^0^

오일레벨 딥스틱을 뽑고 나오는 블로바이를 느껴(?)보면 아이들일때보다 회전수가 올라갈때 블로바이가 더 줄어드는데, 그건 왜 그럴까요? 

역시 엔진설계하신 분들이 답을 알고 있을 것입니다만 나와주시질 않네요. -_-+

제 경험에 비추어 말씀드리면;;;;

대학교 다닐 때 소형 저배기량 모터사이클 엔진(당연히 4행정 기관으로 비교를 해야겠죠?..)을 이용하여 경주차를 만들었던 적이 있었습니다. - 저희가 제작한 경주차의 경우 특수한 목적으로 사용되기에, 블로바이 가스를 다시 연소실로 되돌리지 않고 대기중으로 방출시키게 되어있었습니다. 물론 환경오염이 생기겠지만, 어차피 125cc 엔진이므로 경주때만 사용한다면 최소화된다고 스스로 위안삼고 싶습니다;;;

그 때 엔진이 시동된 경우 크랭크실에 오픈된 상태로 연결되어 있는 호스에서는 육안상 하얀 가스가 피스톤의 움직임에 맞춰 "뽁뽁뽁뽁 " 나오고 있었습니다.

그런데, 테스트를 위해 알피엠을 올리는 경우엔 더 많은 양의 블로바이 가스가 나오는 것을 경험했었습니다.

헌데, 김순익 회언님께서 딥스틱을 뽑고 관찰하였을 때 회전수가 올라가면서 오히려 블로바이 가스가 적게 나온다는 것은 발생량 자체가 감소된다기 보다는 아마 연소실로 연결된 호스로 인해 회전수 상승에 맞춰 블로바이 가스를 빨아들이는 힘이 강해져 딥스틱쪽으로 나오는 양이 감소한 것이 아닌가 추측해 봅니다... ^0^;;

상식적으로도 연소실에서 더 많은 공기와 연료가 연소되어 더 높은 압력이 형성되는데, 연소실 압력에 의해 피스톤 링 사이나, 실린더와 피스톤 사이의 클리어런스 등으로 빠져 나오는 블로바이가스가 오히려 감소한다면 좀 이해가 안가지 싶습니다..;;

정상작동온도는 어느 정도이며, 어떤 수준으로 차이가 날까요? 혹시 참조할만한 수치 데이터가 있을까요?

그냥 든 생각인데 온도를 빨리 올리려면 주행하는게 더 낫겠네요. ^^

추가) 통상 마찰(friction)은 점도(viscosity)에 반비례하고 점도는 온도에 반비례하니까 마찰과 온도는 비례해서 온도가 낮으면 마찰도 낮은데 말입니다. 뭐가 잘못된걸까요?

잘못 알고 계십니다. ^^

부하가 클 때에는 viscosity와 friction이 반비례한다고 합니다. 로드가 낮아지면 그냥 점성이 저항으로 작용해서 비례관계로 바뀌는데 ... 엔진 설계할 때 그렇게 간극을 크게 하지는 않을듯 싶습니다 - 이건 엔진윤활설계하시는 분들이 좀 답을 주시면 좋겠네요.

만약 비례하면 grease 쓰는 곳들은 모조리 망가져나가야죠.

참고로 이런 그래프가 있네요. wear (with anti-wear additive) 부분을 보시면 될듯.

순익님이 저보다는 훨씬 많이 아실텐데... (댓글도 안달려다가..^^;;;)

위에서 순익님이 질문 하신 내용을 보고 온도(엔진오일의 특성이 온도에 따라 달라지고, 부하에 영향을 미치는 클리어런스도 달라지니..)가 끼어야 이야기가 되는 질문이지 않을까 하는 생각을 잠깐 했습니다.

온도에 따른 엔진오일의 점도는 반비례 할 것으로 추정되구요..

따라서 다음과 같은 상황으로 극단적으로 표현하면...

1. 엔진(오일) 고온 상태  ==> 저점도 & 고부하 (클리어런스도 엔진이 열간시에 맞추어 지는게 일반적일테고... 물리적으로 볼때... 엔진이 뜨거워지면 클리어런스가 작아질테고...부하가 커지는 요건이 되겠지요...뜨거울때 점도 유지가 엔진오일이 충족시켜야 하는 것일테구요.)

이때 고알피엠까지 더해지면... 진짜 고부하??

이 상태에서는 고온에서 점도 유지가 되어야만... wearness나 friction 측면에서 유리할 것 같구요..

2. 엔진(오일)저온 상태 ==> (상대적)고점도 & 저부하(클리어런스 측면에서는 저부하인데... 충격면에서는 ???)

여기는 완전히... 1번 때문에 끼워 맞추기 입니다만, --;;;

(어디까지나 상대적으로 저부하라서..잘은 모르겠습니다만...)

저온에서 저점도를 유지하는 오일이... 뭐 비싼 이유가 있지 않을까? 하는 생각이 잠깐 드네요...

(추가)

2번은 다시 읽어봐도... 거의 정보가 없네요...

냉간시 클리어런스를 제외 하더라도 확실히 저부하라는 믿음도 없고...

저온에서 엔진오일 점도는 올라가지만,

저온 저점도 엔진오일이 필요한 이유가 부하 때문이 아니라...

실린더 유막을 형성하기 위해서 뿌려지는 과정에 유리해서 일수도 있겠고...

괜히 댓글 달았다 싶습니다..ㅋㅋ

뭐 어디까지나... 데이터는 없는 댓글이니..ㅋㅋ

순익님께서...곧 서치 결과를 올려 주실 것으로 생각하면서~이만 줄이옵니다.

잘 읽었습니다. 저온저점도를 제공하는 이유는 대체로 저온시동성때문이더라구요. -_-;

저온에서 유막을 형성하기 위해 뿌려질 수 있는 flow를 얻을 수 있는 온도를 pour temp라고 하는 모양인데 일반적인 오일은 보통 영하 20~30도 정도였습니다. -_-;;

저도 좀전에  찾아 보니... 생각보다 온도가 많이 낮네요.^^;;;

음... 제가 아는 것과 조금 달라서 말씀드려봅니다. 

pour point는 오일이 흘러내릴 수 있는 온도이며 이 것이 낮을수록 저온 시동성이 우수합니다만, 

pour point 에서는 유막이 원활하게 형성되지는 않을 것입니다. 

저온 시동성은 오일의 pumpability와 관계가 있습니다. 

단순히 흐를 수 있는 점도로는 크랭킹이 어렵겠지요. 

오일의 성질이나 윤활 시스템의 디자인과도 관련이 있겠지만요. 

그리고, 엔진 구석 구석 스며들 수 있는 flow를 얻기까지는 크랭킹 후 조금 시간이 필요할 것입니다. 

그러네요. ^^

정확한 의미에서 friction을 말씀하신 거로군요.- -; 

저는 물리적인 resistance( 용어는 정확하지 않을 수 있음.- -;)를 의미하고 말씀드린 것이고 위 그래프처럼 동적 상태가 아닌 정적인 상태에서 단순히 온도와 저항, 점도를 뜻한 것이고요.

그러나 이 것도 엔진의 clearance와 결합이 된다면 뭔가 달라질 것 같습니다. 

전문적으로 공부하신 분께서 말씀해주시면 좋겠습니다. 

김순익 님께서 올려주신 그래프를 보니 아마도 특정 부하 조건 하에서 anti-wear additive의 효능과 관련한 그래프 같습니다. 

왕복 운동을 하는 실린더 보다는 아마도 회전운동에 국한하는 기어쪽이 아닐까 생각되는데, 아마도 기어 오일인가 봅니다. 

여기서 wear, fricton, viscosity, rpm이 상관관계를 갖고 있다는 것을 보여주고 있고..

내마모제를 넣으면 특히 Boundary lubrication에서 wear가 현저하게 감소하는군요.

( 바로 이러한 이유로 오일에 내마모제가 첨가되어 있는 것으로 알고 있고요. 

종류와 비율은 윤활유 회사의 노하우라고 합니다. 

엔진오일은 촉매의 영향도 생각해야하고 지나치게 많은 양의 내마모제는 성능을 저하시킨다고 합니다. )

그래프에서 보시다시피 rpm이 높아지면 film thickness가 증가하면서 full hydrodynamic lubrication으로 들어가면서 마모가 줄어들지요. 

이는 metal-to-metal contact이 감소하기 때문일 것입니다. 

저건 일정한 클리어런스에 부하도 일정한 상태에서 측정한 것 같고요. 

단순히 load만 증가시키더라도, 또는 치합에 따라  metal-to-metal contact이 발생할 수 있습니다. 

이렇게 되면 오일 온도도 올라갑니다. 심한 경우 오일의 기능을 잃고 타버리겠지요. 

( 고온 고부하에서 견디는 성질은 기유의 특성보다는 첨가제의 역할이고, 이른바 좋은 오일은 기유와 다양한 첨가제가 조화를 이루고 있음.)

엔진 오일은 기어오일과는 작동 환경이 다르므로 똑같진 않겠지만, 

비슷한 이유(오일이 계면에 충분히 개재되지 않거나 wipe-out되어 metal-to-metal contact 발생)이 발생하므로 냉간 시동시 마모가 많다고 알고 있습니다.

좋은 엔진오일에는 이 때 마모를 막아주는 anti-wear additive가 들어 있습니다만, 되도록이면 빨리 오일이 표면을 커버해 주어야 하겠지요. 

피스톤과 블록의 클리어런스의 결정은 이미 엔진 설계시에 정한 오일에 따라서 정해지고, 

또, 엔진 오일 회사에서 엔진을 위해 특별히 오일을 개발하기도 합니다. ( 자동차 메이커와 윤활유 메이커 사이의 co-engineering)

그래서 예민한 차량일수록 메이커에서 권하는 스펙의 오일이 좋다고 알고 있습니다. 

엔진 보호뿐 아니라 촉매 보호, 연비와 환경적 영향도 고려해야 합니다. 

엔진의 정상 작동 온도에 도달해야 엔진 오일의 점도는 물론, 엔진 부품들의 형상이 열팽창율에 따라 원래 크기로 정확하게 재현되고, 연소실 온도와 촉매 등 모든 것이 설계시 의도한 최적의 상태로 작동할 것입니다. 

엔진에서 마모와 관련해 고려해야할 마찰은 기어보다 광범위할 것입니다. 

피스톤과 블럭 사이의 왕복운동,  저널 베이링쪽의 회전운동, 타이밍 체인과 체인 가이드, 벨브 가이드, 컨넥팅로드, 캠샤프트 등 등.. 

제 지식으론 이 정도까지가 한계네요. 

저도 엔진쪽에 문외한이라 제 차 고치느라 고생중입니다. 

자세한 것은 전문가분께 패스합니다. 

네, anti-wear additive가 들어있는 오일의 경우 wear 그래프(초록색 점선)를 보시면 x축이 올라가도 별로 높아지지 않습니다. 로드와 회전수가 일정하다고 가정하면 점도가 임계점 아래(첫번째 구간)로 떨어지지 않는 한 wear가 늘어나지 않고 임계점 아래로 떨어지면 wear가 올라간다는 이야기 되겠습니다.

이래저래 찾아보다보니 점점 비전공자의 한계를 느끼는데, 이럴때 전공자=구세주가 나서주셨으면 싶어요. ㅜㅠ

저도 궁금하여 stribeck curve에 대해서 조금 찾아보았는데, 일정한 로드가 정해진 저널 베어링을 실험 대상으로 하였네요.

샤프트에 로드를 가하고 오일로 윤활을 하면서 회전시키며 실험한 것이지요. 

http://en.wikipedia.org/wiki/Tribology

( 본문중 - These operating conditions were related to railway wagon journal bearings)

위에서 말씀드렸듯이, stibeck curve는  viscosity와 rpm, load와 friction의 상관관계를 나타내는 것같습니다.

그러나 실험 조건을 배제한채로 위 4가지 함수의 관계를 단정적으로 말하는 것은 오류를 범할 수 있을 것 같습니다.

실험에서 회전수가 증가하면 엔진오일의 점도 자체가 증가하는 것이 아니라( 온도가 오르면 점도를 변화시켜주는 viscosity modifier- <ex.> LSD 기어오일 첨가제- 가 있지만 여기서는  제외해야 함.), cohesion과 adhesion으로 유막이 두꺼워지면서 상대적으로 점도가 증가하는 것입니다. 

즉, 계면에서의 점도가 증가하는 것이지 오일 자체의 점도는 변화가 없습니다. ( 온도변화 없다고 가정시)

또한 제가 말씀드린 fricton은  resistance 또는 drag를 의미했지만, 일정( 임계) 회전수 이상이 되면 friction이 viscosity에 비례하는 것도 맞습니다. 

 점도 (Viscosity)  점도가 높을수록 주어진 부하에서 유체윤활을 이루기 위한 회전속도는 낮아진다.  유체윤활을 이루기 위하여 필요한 점도보다 높은 점도는 축의 회전시 오일막을 전단하는데 필요한 힘을 증가시키므로 마찰을 증가시킨다.

http://www.tribology.co.kr/tribology/tribology_lubrication.htm  

여기 링크도 참고하시면 좋겠습니다.

중요한 포인트는, 

오일의 성능과 유막의 유지 정도에 따라 다르다고는 하더라도

냉간 시동시엔 오일이 적절하게 공급되기 전까지 마모가 상대적으로 많이 일어난다는 것이고, 

엔진은 적절히 예열하는 것이 아예 안하는 것 보다는 좋다는 것 환경적인 측면 배제), 

예열보다 중요할 수 있는 것은 운행 조건( 조작 방법과 운행 환경)인 것 같습니다. 

엔진의 회전부에는 모두 베어링이 들어있고, 오일의 주요한 역할은 이 베어링을 보호하는 것 아닌가요? 스타이벡 커브를 적용하는 것에 무리가 없어보입니다만.

엔진 동작이 스타이벡 커브의 thin film 영역에서 이루어지게 설계되는지 아니면 하이드로 영역인지 중간 영역인지만 명확하면 되는 문제 같습니다. 바보가 아닌 이상 시동걸때 빼고 윤활유가 돌기 시작하는데 thin film 영역에서 동작하도록 설계하지는 않을 거라고 봅니다.

또하나 그래프에서 명백히 이야기하는 것은, thin film 영역 아니면 로드나 점도 변화에 따른 wear-friction의 변화는 '무시할 정도로 미미하다'는 것입니다.

그나저나 숫자 없이 이야기하니 계속 뜬구름잡는 이야기가 되네요. 실제 점도, 실제 회전수, 실제 로드와 실제 온도 및 실제 작동 구간에서 어떠하게 적용될 수 있는지 볼 수 있어야겠어요.

PS) x축은 점도*회전수/로드의 프로덕트입니다. 그래서 'OOO가 일정하다고 가정'했던 것인데 그 부분을 잘못이해하신거같네요.

스트라이벡 커브의 처음( thin film)부터 시작하는 것이 맞지 않을까요. 

피스톤과 블럭 사이의 오일은 시동 끄면 내려갑니다.

그 지속 시간과 정도의 차이가 있겠으나 엔진은 시동시 boundary lubrication을 경험하게 되겠지요.

그리고, 스트라이벡 커브에서 변수 중 하나인 점도에 대한 해석에서 김순익 님과 제가 의견의 차이가 있는 것 같습니다.

저 그래프는 하나의 오일을 사용해서 테스트한 것이지요.

회전수가 올라간다고 오일의 절대 점도가 올라갈 수 있겠습니까. 

회전수가 올라가면 heat가 발생하지요.

(이는 실험에서 통제할 수 없음.)

엔진오일의 점도는 기본적으로 온도가 올라갈수록 묽어지지요.

(수치는 엔진오일의 스펙 sheet를 보시면 정확히 아실 수 있습니다. )

회전수가 증가할 때 점도가 증가한다면 냉간시의 오일이 가장 점도가 낮아야하지만 실제론 반대가 아니겠습니까.

스트라이벡 커브에서 회전수에 비례하여 점도가 상대적으로 상승하는 것은 작동부에서의 상대적 점도 변화를 의미하는 것일 겁니다. 

회전수가 높아지면 열이 발생하므로 오일의 실제 점도는 낮아지만,  클리어런스로 오일이 밀려들어가면서 작동부에서 점도는 높아져서 샤프트를 리프트 시키기에 점도가 상대적으로 상승하였다고 봐도 무방하겠지요. 

압력 때문에 상승하기도 하겠고요. 

metal-to-metal contact이 사라질 때 비로소 full hydrodynamic lubrication이 성립되는 것이고 이 때부터 어느 정도까지는 계속 low frictoin을 유지할 수 있겠지요. 

이에 관해서 저도 전공자의 답변을 기다려봅니다.

역시... 인공지능 서치엔진 이시라는...ㅋㅋ

그런데, 조금만 읽어서 그런지... 로드에 대한 좀 더 실용적인 이해만 되면 아주 좋겠다는 생각이 드네요.

좋은 자료 감사드려요~~

AI 아니고 NI 입니다. 내추럴 인텔리전쓰... -_-;;;

인텔리전쓰 수치가 낮아서 그렇지 ;;;;

ㅋㅋㅋ 쓰고나니 순익님을 사이보그로 보내 버린거네요...ㅋㅋ

지능 검색을 생각했던 것 같은데, 거기에 떡하니 '인공'이...