KR100590938B1 - Cylinder block for vehicle engine - Google Patents

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Abstract

본 발명은 실린더블록과 라이너 사이에 액체금속층(수은층)을 삽입하여 기존의 억지끼움 체결방식에 기인한 실린더블록과 라이너 접촉면 사이의 접촉열저항을 없앰으로써, 라이너에서 블록으로의 열전도율을 높여 실린더블록의 냉각성능을 높이고, 라이너의 열팽창에 의해 블록에 가해지는 압력을 액체금속층(수은층)에서 흡수 분산함으로써, 블록부의 균열을 방지할 수 있는 액체금속층(수은층)을 포함하는 실린더블록을 제공한다. The present invention eliminates contact thermal resistance between the cylinder block and the liner contact surface due to the conventional interference fitting method by inserting a liquid metal layer (mercury layer) between the cylinder block and the liner, thereby increasing the thermal conductivity of the liner to the block to increase the cylinder. Providing a cylinder block including a liquid metal layer (mercury layer) which can prevent the crack of the block portion by improving the cooling performance of the block and absorbing and dispersing the pressure applied to the block by thermal expansion of the liner in the liquid metal layer (mercury layer). do.

실린더블록, 라이너, 냉각성능, 열팽창, 수은층Cylinder Block, Liner, Cooling Performance, Thermal Expansion, Mercury Layer

Description

자동차 엔진의 실린더블록{Cylinder block for vehicle engine} Cylinder block for vehicle engine             

도 1은 일반적인 자동차 엔진의 실린더블록을 보여주는 사시도1 is a perspective view showing a cylinder block of a typical automobile engine

도 2는 종래 실린더블록의 보어부 구조에서 건식라이너 타입을 보여주는 도 1의 A-A 선 단면도2 is a cross-sectional view taken along line A-A of FIG. 1 showing a dry liner type in a bore structure of a conventional cylinder block.

도 3은 종래 실린더블록의 보어부 구조에서 습식라이너 타입을 보여주는 도 1의 A-A 선 단면도3 is a cross-sectional view taken along line A-A of FIG. 1 showing a wet liner type in a bore structure of a conventional cylinder block.

도 4는 본 발명에 따른 실린더블록의 보어부 구조에 대한 일 실시예를 보여주는 도 1의 A-A 선 단면도4 is a cross-sectional view taken along line A-A of FIG. 1 showing an embodiment of a bore portion structure of a cylinder block according to the present invention.

도 5는 본 발명에 따른 실린더블록의 보어부 구조에 대한 다른 실시예를 보여주는 도 1의 A-A 선 단면도5 is a cross-sectional view taken along the line A-A of Figure 1 showing another embodiment of the bore portion structure of the cylinder block according to the present invention;

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>

10 : 실린더블록 20 : 라이너10: cylinder block 20: liner

30 : 냉각수통로 40 : 실링30: cooling water passage 40: sealing

50 : 액체금속층 60 : 스프링50: liquid metal layer 60: spring

70 : 실링 플레이트 80 : 마감부재70 sealing plate 80 finish member

본 발명은 실린더블록의 라이너 주변에 액체금속, 예를 들면 수은을 주입하여 블록과 라이너 간의 열전도율을 높여줌으로써, 실린더블록부의 냉각성능을 향상시킬 수 있고, 또한 라이너의 열팽창에 의해 블록부에 작용하는 압력을 수은층에서 흡수 분산시켜줌으로써, 블록부의 균열 발생과 냉각수 누설을 방지할 수 있는 자동차 엔진의 실린더블록에 관한 것이다.The present invention improves the cooling performance of the cylinder block portion by injecting a liquid metal, for example, mercury, around the liner of the cylinder block to increase the thermal conductivity between the block and the liner, and also acts on the block portion by thermal expansion of the liner. By absorbing and dispersing the pressure in the mercury layer, the present invention relates to a cylinder block of an automobile engine capable of preventing cracks in the block portion and cooling water leakage.

일반적으로 자동차 엔진의 실린더블록(10)은, 도 1에 도시한 바와 같이, 엔진 본체를 구성하는 기초가 되는 부분으로서, 윗쪽으로는 실린더헤드가 조립되고, 아래쪽으로는 크랭크샤프트 등을 포함하는 오일팬이 조립되는 구조로 이루어져 있다. Generally, as shown in FIG. 1, the cylinder block 10 of an automobile engine is a part of the engine main body. The cylinder block 10 is assembled with an upper cylinder head and an oil including a crank shaft downward. The fan is assembled.

한편, 실린더블록의 실린더는 작동 중 2,000℃ 이상의 고온 연소가스에 노출되는 부분으로서, 그 기능이 저하되는 것을 방지하기 위하여 실린더 온도가 일정 온도 이상으로 과열되지 않도록 하는 조건을 필요로 한다. On the other hand, the cylinder of the cylinder block is a portion exposed to hot combustion gas of 2,000 ° C or higher during operation, and in order to prevent its function from deteriorating, the cylinder block requires a condition such that the cylinder temperature is not overheated above a certain temperature.

이를 위하여, 실린더의 외측 둘레에 냉각핀(공랭식)을 설치하거나, 내측 둘레에 워터재킷(수냉식)을 설치하는 냉각구조가 제공된다. To this end, there is provided a cooling structure in which a cooling fin (air cooling type) is installed at the outer circumference of the cylinder, or a water jacket (water cooling) is provided at the inner circumference.

한편, 실린더블록에는 실린더의 구조적 강성을 위한 라이너가 구비되며, 주철 소재의 실린더블록인 경우에는 특수 주철의 라이너가 조립되고, 알루미늄 소재의 실린더블록인 경우에는 일반 주철의 라이너가 조립된다. On the other hand, the cylinder block is provided with a liner for structural rigidity of the cylinder, a special cast iron liner is assembled in the case of a cylinder block of cast iron material, a liner of ordinary cast iron is assembled in the case of a cylinder block of aluminum material.

최근에는 경량화 및 열전도성 등이 우수한 알루미늄 소재의 실린더블록을 많이 적용함에 따라 대부분 라이너를 조합한 것들을 많이 사용하고 있는 추세이다.In recent years, as the cylinder block made of aluminum, which is excellent in weight and thermal conductivity, is applied to a lot, a combination of most liners is used.

이러한 라이너는 간접 냉각방식의 건식 라이너와 직접 냉각방식의 습식 라이너가 있다. These liners include indirect cooling dry liners and direct cooling wet liners.

상기 건식 라이너는, 도 2에 도시한 바와 같이, 냉각수가 라이너(20)에 직접적으로 접촉하지 않는 구조이고, 상기 습식 라이너는, 도 3에 도시한 바와 같이, 냉각수가 라이너(20)에 직접적으로 접촉하는 구조이다. As shown in FIG. 2, the dry liner has a structure in which the coolant does not directly contact the liner 20, and the wet liner has a coolant directly in the liner 20 as shown in FIG. 3. It is a structure to contact.

여기서, 미설명 부호 30은 냉각수통로이고, 40은 실링을 나타낸다.Here, reference numeral 30 denotes a cooling water passage, and 40 denotes a sealing.

이러한 라이너는 실린더블록에 압입하는 방법으로 삽입되는데, 건식 라이너의 경우 라이너의 외면과 실린더블록의 내면을 모두 기계가공하여 억지 끼움방식으로 라이너를 실린더블록에 끼워 넣게 되고, 습식 라이너의 경우 상부에는 플랜지, 하부에는 2∼3개의 실링용 링을 끼워서 냉각수의 누출을 방지하게 된다.Such a liner is inserted by press-fitting into the cylinder block. In the case of the dry liner, the outer surface of the liner and the inner surface of the cylinder block are machined to fit the liner into the cylinder block by a fitting method. In the lower part, two or three sealing rings are fitted to prevent leakage of the cooling water.

그러나, 라이너의 억지끼움 압입방법의 경우 라이너 외면과 블록 내면의 접촉면 사이에 에어갭이 존재하여 열전달 측면에서의 접촉열저항(Contact thermal resistance)이 발생하게 된다.However, in the case of an interference fit press-fit method of the liner, an air gap exists between the contact surface of the liner outer surface and the inner surface of the block to generate contact thermal resistance on the heat transfer side.

이는 실린더 보어면의 냉각성능을 저하시키는 요인이 되며, 또한 운전시에 라이너와 블록의 재질 차이에 의한 열팽창율 차이에 의해 라이너가 열팽창하면서 블록면을 압박하면 실린더블록에 균열이 발생할 수 있으며, 실린더블록 상면과 라이너 상면의 단차에 의해 실린더헤드 가스켓에서 냉각수가 누설될 염려가 있다. This causes a decrease in the cooling performance of the cylinder bore surface. Also, if the block surface is pressed while the liner is thermally expanded due to the difference in thermal expansion rate due to the difference in the material of the liner and the block, the cylinder block may be cracked. Cooling water may leak from the cylinder head gasket due to the step difference between the upper surface of the block and the upper surface of the liner.

그리고, 습식 라이너의 경우 냉각수와 라이너의 직접 접촉에 의하여 보어부 의 과냉각이 발생할 수 있고, 또한 실링하는 부분에서 물과의 접촉으로 발생하는 부식에 의한 냉각수 누설 등이 발생할 수 있다. In the case of the wet liner, the supercooling of the bore portion may occur due to the direct contact between the coolant and the liner, and the leakage of the coolant due to corrosion generated by contact with water in the sealing portion may occur.

따라서, 본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 실린더블록의 라이너 주변에 수은 등과 같은 액체금속을 주입한 층을 조성하여 블록과 라이너 간의 열전도율을 높여주고 라이너 열팽창에 의한 압력을 흡수 분산시킬 수 있도록 함으로써, 실린더블록부의 냉각성능을 향상시킬 수 있으며, 실린더블록부의 균열 발생과 냉각수 누설을 방지할 수 있는 자동차 엔진의 실린더블록을 제공하는데 그 목적이 있다. Accordingly, the present invention has been made in view of the above, and by forming a layer injecting a liquid metal such as mercury around the liner of the cylinder block to increase the thermal conductivity between the block and the liner and absorb and disperse the pressure due to the thermal expansion of the liner It is possible to improve the cooling performance of the cylinder block portion, and to provide a cylinder block of an automobile engine that can prevent the occurrence of cracks and leakage of the cooling water in the cylinder block portion.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 냉각수통로 및 라이너를 포함하는 실린더블록에 있어서, 상기 라이너의 둘레에 라이너 외면과 직접 접하는 액체금속층을 조성하여 블록과 라이너 간의 열전도율을 높이고 라이너 팽창압력을 수용할 수 있도록 한 구조로 이루어진 것을 특징으로 한다. In order to achieve the above object, the present invention provides a cylinder block including a coolant passage and a liner, wherein a liquid metal layer is formed in direct contact with the outer surface of the liner to increase thermal conductivity between the block and the liner and accommodate the liner inflation pressure. It is characterized by consisting of a structure so that.

또한, 상기 액체금속층의 일측에는 스프링과 실링 플레이트로 구성되는 압력조절장치가 갖추어져 있는 것을 특징으로 한다. In addition, one side of the liquid metal layer is characterized in that the pressure control device consisting of a spring and a sealing plate is provided.

또한, 상기 액체금속층은 수은층인 것을 특징으로 한다.
In addition, the liquid metal layer is characterized in that the mercury layer.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 4는 본 발명에 따른 실린더블록의 보어부 구조에 대한 일 실시예를 보여주는 도 1의 A-A 선 단면도이다. Figure 4 is a cross-sectional view taken along line A-A of Figure 1 showing an embodiment of the bore structure of the cylinder block according to the present invention.

도 4에 도시한 바와 같이, 실린더를 조성하는 라이너(20)와 그 주변의 냉각수통로(30)를 갖는 실린더블록(10), 특히 건식 라이너 타입의 실린더블록에는 라이너(20)의 둘레를 따라 서로 통하는 액체금속층(50)이 형성된다. As shown in FIG. 4, a cylinder block 10 having a liner 20 forming a cylinder and a cooling water passage 30 around the cylinder block 10, in particular, a cylinder block of a dry liner type, is arranged along the circumference of the liner 20. The liquid metal layer 50 is formed.

상기 액체금속층(50)은 라이너(20)의 외면과 직접 접하면서 라이너와 블록 사이의 열전달을 위한 매개체로서의 역할을 하게 되며, 액체금속층(50)의 상단부와 하단부는 실링(40)에 의해 기밀이 유지될 수 있고, 블록 상측에는 액체금속의 주입을 위한 입구가 형성되는데, 액체금속 주입 후 이때의 입구는 스크류형 마감부재(80)로 실링과 함께 마감 처리된다. The liquid metal layer 50 is in direct contact with the outer surface of the liner 20 and serves as a medium for heat transfer between the liner and the block, and the upper and lower ends of the liquid metal layer 50 are hermetically sealed by the seal 40. It can be maintained, the inlet for the injection of the liquid metal is formed on the upper side of the block, the inlet at this time after the injection of the liquid metal is finished with a sealing with a screw-type closing member (80).

상기 액체금속으로는 공기(0.03W/mK)에 비해 열전도도가 100℃에서 약 330배 정도 큰 수은(10W/mK)을 사용하는 것이 바람직하다. As the liquid metal, mercury (10 W / mK) having a thermal conductivity of about 330 times larger than that of air (0.03 W / mK) at 100 ° C. is preferably used.

이러한 액체금속층(50), 즉 수은층은 높은 열전도도를 발휘하면서 실린더보어면의 냉각성능을 크게 향상시킬 수 있게 되며, 라이너부의 열팽창/수축으로 라이너의 변형이 발생하였을 때 실린더블록측에 작용하는 압력변동을 흡수할 수 있게 된다. The liquid metal layer 50, ie, the mercury layer, exhibits high thermal conductivity and can greatly improve the cooling performance of the cylinder bore surface, and acts on the cylinder block side when deformation of the liner occurs due to thermal expansion / contraction of the liner portion. It can absorb pressure fluctuations.

이에 따라, 실린더블록의 변형이나 균열을 원천적으로 방지할 수 있다. Accordingly, deformation or cracking of the cylinder block can be prevented at the source.

도 5는 본 발명에 따른 실린더블록의 보어부 구조에 대한 다른 실시예를 보여주는 도 1의 A-A 선 단면도이다. 5 is a cross-sectional view taken along the line A-A of Figure 1 showing another embodiment of the bore structure of the cylinder block according to the present invention.

도 5에 도시한 바와 같이, 라이너(20)의 온도가 상승하여 라이너(20)가 블록 측에 압력을 가하게 되면, 수은층에서도 열팽창에 의해 라이너측에 압력을 가하게 되는데, 만일 라이너(20)의 열팽창에 의한 압력이 수은층에서 견딜 수 없을 정도로 높아지게 되면, 이때에는 압력조절장치가 작동하여 압력저감작용을 수행할 수 있게 된다. As shown in FIG. 5, when the temperature of the liner 20 rises and the liner 20 pressurizes the block side, the mercury layer also exerts pressure on the liner side due to thermal expansion. When the pressure due to thermal expansion becomes too high to withstand in the mercury layer, the pressure regulator operates to perform the pressure reducing action.

이를 위하여, 액체금속층(50)의 입구측, 예를 들면 마감부재(80)가 장착되는 부위에는 내측으로 스프링(60)과 이것에 의해 탄력적으로 지지되는 실링 플레이트(70)가 장착된다. To this end, at the inlet side of the liquid metal layer 50, for example, the portion where the finishing member 80 is mounted, a spring 60 and a sealing plate 70 elastically supported by the spring 60 are mounted therein.

액체금속층(50) 내의 압력이 과다하게 높아지게 되면, 실링 플레이트(70)가 상승하면서 액체금속층(50) 내의 압력을 일정한 수준으로 유지시킬 수 있다. When the pressure in the liquid metal layer 50 becomes excessively high, the sealing plate 70 may rise while maintaining the pressure in the liquid metal layer 50 at a constant level.

이는 곧 실린더블록으로의 압력을 일정 수준 이하로 계속적으로 유지시킬 수 있는 것을 의미한다. This means that the pressure to the cylinder block can be continuously maintained below a certain level.

본 발명에서 제공하는 액체금속층, 즉 수은층은 넓은 고온범위(-38∼356℃)에서 온도계로 이용할 정도로 일정한 열팽창률을 가지고 있으므로, 위와 같은 압력조절능력을 수행하는데 탁월한 기능을 발휘할 수 있게 된다. The liquid metal layer, that is, the mercury layer provided by the present invention has a constant coefficient of thermal expansion such that it can be used as a thermometer in a wide range of high temperature (-38 to 356 ° C.), thereby making it possible to exert an excellent function in performing the above pressure control capability.

이와 같이, 액체금속층을 이용하여 블록과 라이너 간의 냉각성능을 높일 수 있고, 또 라이너 팽창으로 인한 압력을 수용할 수 있게 되므로서, 라이너와 블록의 재질선택에 있어서 상이한 열팽창률의 제약조건에서 자유로워질 수 있으며, 따라서 각각의 기능에 맞는 최적의 재질을 선택할 수 있는 폭을 넓힐 수 있다. In this way, the liquid metal layer can be used to increase the cooling performance between the block and the liner and to accommodate the pressure due to the liner expansion, freeing the constraints of different thermal expansion coefficients in the material selection of the liner and the block. This allows for a wider range of choices for the best material for each function.

이상에서와 같이 본 발명에서 제공하는 실린더블록은 라이너와 블록 사이의 열전도율을 향상시켜 실린더보어면의 냉각성능을 향상시킬 수 있는 장점과, 라이너의 열팽창 압박에 의한 실린더블록의 변형/균열 발생을 크게 저감할 수 있는 장점이 있다.  As described above, the cylinder block provided in the present invention has an advantage of improving the cooling performance of the cylinder bore surface by improving the thermal conductivity between the liner and the block, and greatly increasing deformation / cracking of the cylinder block due to thermal expansion compression of the liner. There is an advantage that can be reduced.

Claims (3)

삭제delete 냉각수통로(30) 및 라이너(20)를 포함하는 한편, 상기 라이너(20)의 둘레에 라이너 외면과 직접 접하는 액체금속층(50)을 조성하여 블록과 라이너 간의 열전도율을 높이고 라이너 팽창압력을 수용할 수 있도록 한 구조로 이루어진 자동차 엔진의 실린더블록에 있어서, It includes a cooling water passage 30 and the liner 20, while forming a liquid metal layer 50 in direct contact with the outer liner outer surface around the liner 20 to increase the thermal conductivity between the block and the liner and to accommodate the liner inflation pressure In the cylinder block of the vehicle engine made of a structure, 상기 액체금속층(50)의 일측에는 스프링(60)과 실링 플레이트(70)로 구성되는 압력조절장치가 갖추어져 있는 것을 특징으로 하는 자동차 엔진의 실린더블록. One side of the liquid metal layer 50 is a cylinder block of an automobile engine, characterized in that the pressure control device consisting of a spring (60) and the sealing plate (70) is provided. 삭제delete
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