드라이 섬프

3. 장단점

드라이 섬프 방식은 엔진 컨디션의 안정을 위해 오일 압력을 안정시키는 것을 목적으로 하며, 주로 안전 마진이 적은 고성능차에 사용된다. 이 방식은 웻 섬프 방식과 마찬가지로 오일 팬으로 돌아온 오일을 스캐빈지 펌프(회수 펌프)로 강제 회수하여 전용 리저버 탱크에 저장한 후, 피드 펌프(공급 펌프)로 오일을 공급한다. 스캐빈지 펌프는 피드 펌프 용량 이상으로 설계되어 리저버 탱크에 안정된 유량을 확보하고, 피드 펌프의 안정된 유압을 보증한다.

하지만 드라이 섬프 방식은 구성이 복잡하고 부품 수가 많아 비용이 증가하고, 외부에 노출된 오일 라인 및 피팅부에서 오일 누출 등의 문제가 발생할 확률이 높아지는 단점이 있다.

3. 1. 장점

• 안정적인 오일 공급: 급격한 코너링이나 극한 주행 시에도 오일이 쏠리는 현상을 방지하여 엔진에 안정적으로 오일을 공급한다. 이는 엔진의 신뢰성과 내구성을 향상시킨다. 특히 레이싱 자동차, 고성능 스포츠카, 곡예 비행기와 같이 높은 G 부하를 받는 환경에서 유용하다.
• 오일 용량 증대: 습식 섬프 시스템에서는 실용적이지 않은 대형 외부 저장소를 사용하여 오일 용량을 늘릴 수 있다.
• 낮은 무게 중심: 얕은 오일 팬 덕분에 엔진을 섀시 내에서 더 낮게 장착할 수 있어 차량의 무게 중심을 낮추고, 핸들링과 안정성을 향상시킨다.
• 효율적인 오일 온도 제어: 오일 저장소를 뜨거운 엔진에서 멀리 떨어뜨려 배치하고, 냉각 기능을 추가하여 오일 온도를 효과적으로 제어할 수 있다. 이는 증가된 오일 부피가 열 포화에 대한 저항을 제공하기 때문이다.
• 향상된 오일 품질: 오일이 크랭크축 등에 쏠려 공기와 섞이는 현상을 최소화하여 오일의 윤활 성능을 유지한다. 드라이 섬프 시스템은 오일을 원격 저장소로 펌핑하여 공기를 제거하므로 오일 품질이 향상된다.^[5]
• 엔진 출력 증가: 습식 섬프 엔진에서 발생하는 오일 쏠림으로 인한 점성 항력과 기생 동력 손실을 줄여 엔진 출력을 높인다.^[5][6] 크랭크케이스 내에 진공을 생성하도록 설계된 경우, 움직이는 부품에 대한 공기 저항(풍압)을 줄여 동력을 더욱 증가시킬 수 있다.
• 펌프 효율성 향상: 스캐빈지 펌프는 엔진의 가장 낮은 지점에 장착되어 중력에 의해 오일이 펌프 흡입구로 흐르므로 펌프 효율성이 향상된다. 또한, 스캐빈지 펌프는 갇힌 가스에 더 관대한 설계를 가질 수 있어, 공기 혼입으로 인한 흡입력 손실을 줄일 수 있다. 압력 펌프는 외부 오일 탱크보다 낮게 위치하여 코너링 힘에 관계없이 흡입구에 항상 양압이 걸린다.^[7]
• 쉬운 유지 보수: 펌프가 엔진 외부에 있어 유지 보수 및 교체가 용이하다.

3. 2. 단점

• 웨트 섬프 시스템에 비해 가격이 비싸고 구조가 복잡하다.^{[1][8][9][10]}
• 더 많은 호스와 부품이 필요하여 웨트 섬프보다 유지 보수 비용이 더 많이 들어간다.^{[1][8][9][10]}
• 고성능 주행에는 적합하지만, 일상적인 주행에서는 엔진에 무리가 갈 수 있다. 메르세데스-벤츠 300SL이 그 예시인데, 원래 레이스카로 개발된 이 차는 양산 과정에서 드라이 섬프 엔진 윤활 시스템을 적용했다. 이 때문에 일상적인 주행에서는 오일 온도가 충분히 올라가지 않아 엔진에 영향을 주었다.
• 추가적인 펌프와 라인 때문에 더 많은 오일과 유지 보수가 필요하다.^{[1][8][9][10]}
• 대형 외부 저장소와 펌프는 크기 때문에 엔진 주변과 엔진 베이에 배치하기 어려울 수 있다.
• 피스톤 핀과 피스톤은 크랭크 케이스에서 튀는 오일에 의해 윤활 및 냉각되는데, 펌프가 너무 많은 오일을 제거하면 이 부품들에 오일 공급이 부족해질 수 있다. 피스톤 오일러를 설치하면 해결되지만, 엔진 비용과 복잡성이 증가한다.^[10]
• 다단 펌프의 경우, 너무 많은 오일 증기가 배출되면 상부 밸브트레인 윤활이 부적절해질 수 있다.^[10]
• 부품 수가 늘어나고 구조가 복잡해짐에 따라, 외부 오일 라인 및 피팅부에서 오일 누출 등의 문제가 발생할 확률이 높아진다.

4. 디자인

드라이 섬프 시스템에서 엔진 오일은 엔진 하부의 얕은 섬프로 떨어진 후, 스캐빈지 펌프에 의해 외부 저장소로 옮겨진다.^[13] 이 저장소는 오일이 요동치는(sloshing) 상황에서도 원활하게 오일을 공급할 수 있도록 특별히 설계되는데, 일반적으로 키가 크고 좁으며 내부에 배플(baffle)이 설치되어 있다.

드라이 섬프 시스템에는 최소 두 개의 펌프가 필요하다.^[1] 하나는 압력 펌프이고, 다른 하나는 스캐빈지 펌프이다. 엔진 내 오일의 양을 최소화하기 위해 4~5개의 스캐빈지 펌프가 사용되기도 한다. 압력 펌프와 스캐빈지 펌프는 종종 공통 크랭크축에 장착되어 단일 풀리로 여러 펌프를 작동시킬 수 있다. 크랭크케이스 섹션당 하나의 스캐빈지 펌프를 사용하는 것이 일반적이지만, 역방향 엔진(항공기 엔진)의 경우 각 실린더 뱅크에 대해 별도의 스캐빈지 펌프를 사용해야 한다. 따라서 역방향 V형 엔진은 최소 두 개의 스캐빈지 펌프와 하나의 압력 펌프를 가진다.

드라이 섬프 시스템은 크랭크케이스를 밀봉하고 스캐빈지 펌프가 오일과 가스를 모두 빼내도록 하여 엔진의 크랭크케이스를 대기압보다 낮은 압력(진공)으로 유지하도록 설계할 수 있다.^[1][2]

5. 응용 분야

드라이 섬프는 신뢰성과 정비 용이성이 높아 선박 추진 등에 사용되는 대형 디젤 엔진에서 흔히 사용된다. 또한 G-포스 문제, 안정적인 오일 공급, 출력 및 차량 핸들링 문제로 인해 레이싱 자동차와 곡예 비행기에서도 일반적으로 사용된다. 곡예 비행에 사용되는 비행기 엔진에도 드라이 섬프 방식이 채용된다.

웻 섬프 방식에서는 베어링 등에 공급된 오일(윤활유)이 엔진 하부의 오일 팬으로 자중에 의해 돌아가고, 피드 펌프(공급 펌프)가 이를 다시 마찰부에 공급한다. 오일 팬은 보통 수직 방향으로 얕은 접시 형태여서 운전 중 횡G에 의한 오일 기울어짐 등으로 인해 피드 펌프가 공기를 빨아들여 오일 압송이 불안정해질 수 있다.

드라이 섬프 방식은 구성이 복잡하고 부품 수가 많아 비용이 증가하며, 외부에 노출된 오일 라인 및 피팅부에서 오일 누출 등의 문제가 발생할 확률이 높다는 단점이 있다.

5. 1. 자동차

6. 세미 드라이 섬프

오일 팬 부분에 탱크를 설치하고, 자유 낙하에 의한 오일 회수와 스캐빈지 펌프(회수 펌프)에 의한 강제 오일 회수를 병존시킨 세미 드라이 섬프라고 불리는 방식도 있다. 수냉화 이후의 포르쉐 911, 포르쉐 박스터, 포르쉐 카이맨, 닛산 GT-R, 렉서스 IS F 등에 채용되고 있다.

참조

_[1] 웹사이트 Technical Description - The Dry Sump System http://drysump.com/d[...] Armstrong Race Engineering, Gary Armstrong, DrySump.com 2016-08-03
_[2] 웹사이트 Dry Sump https://www.torqueca[...] 2015-05-06
_[3] 서적 Race Car Engineering and Mechanics Dodd, Mead & Company 1976
_[4] 웹사이트 Dry Sump Oil System - Camaro Performers Magazine http://www.superchev[...] Super Chevy 2011-09-01
_[5] 웹사이트 Tech Talk #84 – Dry Sumps Save Lives http://rehermorrison[...] Reher Morrison Racing Engines 2013-06-25
_[6] 웹사이트 Wet sumps {{!}} High Power Media https://www.highpowe[...]
_[7] 웹사이트 Wet Sump Vs Dry Sump - Engine Oil Systems https://www.youtube.[...] 2017-01-04
_[8] 웹사이트 Why do some engines use a dry sump oil system? http://auto.howstuff[...] HowStuffWorks 2000-04-01
_[9] 웹사이트 Dry sumps https://www.torqueca[...] TorqueCars 2015-05-06
_[10] 웹사이트 Dry Sump Oiling Systems http://www.enginebui[...] Babcox 2012-11-14
_[11] 웹사이트 XT660Z {{!}} Yamaha Motor Australia https://www.yamaha-m[...]
_[12] 웹사이트 The iconic SR400, 35 years heritage http://www.yamaha-mo[...] Suzuki Press Release, MCNews.com
_[13] 서적 윤활계 골든벨