KR100802841B1 - 차량 엔진의 로우 크랭크 케이스 베어링 인서트 및 이것을포함하는 로우 크랭크 케이스 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 표면에 돌기가 형성된 타입의 베어링 인서트를 구현하여 로우 크랭크 케이스와의 접합성을 향상시킴으로써, 엔진 작동시 폭발하중에 대한 강성을 높일 수 있고, 이에 따라 크랭크 저널 부위의 크랙 발생 등 내구적인 문제를 해결할 수 있는 차량 엔진의 로우 크랭크 케이스 베어링 인서트 및 이것을 포함하는 로우 크랭크 케이스 제조방법에 관한 것이다.

본 발명은 내구적인 문제를 해결하기 위한 인서트의 구조변화를 단순히 외각형상을 굴곡을 가진 복잡한 형상으로 변화하는 것에 두는 것이 아니라, 보다 밀착성이 향상되어 내구문제를 해결할 수 있도록 표면 자체의 구조를 변화시키는 것이며, 우선적으로는 알루미늄 로우 크랭크 케이스에 적용할 수 있도록 하고, 추후에 추가적인 경량화를 위해 마그네슘 로우 크랭크 케이스에 적용할 수 있도록 한 로우 크랭크 케이스 베어링 인서트 및 이것을 포함하는 로우 크랭크 케이스 제조방법을 제공한다.

로우 크랭크 케이스, 베어링 인서트, 돌기면, 경량화

Description

차량 엔진의 로우 크랭크 케이스 베어링 인서트 및 이것을 포함하는 로우 크랭크 케이스 제조방법{Low crank case bearing insert for engine and method for manufacturing low crank case using bearing insert}

도 1은 일반적인 로우 크랭크 케이스와 베어링 인서트 간의 내구문제를 보여주는 사진

도 2는 종래의 베어링 인서트를 보여주는 사진

도 3은 본 발명에 따른 베어링 인서트의 일 구현예를 보여주는 사시도

도 4는 본 발명에 따른 베어링 인서트의 다른 구현예를 보여주는 사시도

도 5는 본 발명에 따른 베어링 인서트를 포함하여 제조한 로우 크랭크 케이스의 사진

도 6은 표면구조에 따른 접합성 비교평가를 보여주는 그래프

도 7은 본 발명에 따른 베어링 인서트의 표면구조와 접합단면을 보여주는 사진

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 베어링 인서트 20 : 로우 크랭크 케이스

30 : 돌기면

본 발명은 차량 엔진의 로우 크랭크 케이스 베어링 인서트 및 이것을 포함하는 로우 크랭크 케이스 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 표면에 돌기가 형성된 타입의 베어링 인서트를 구현하여 로우 크랭크 케이스와의 접합성을 향상시킴으로써, 엔진 작동시 폭발하중에 대한 강성을 높일 수 있고, 이에 따라 크랭크 저널 부위의 크랙 발생 등 내구적인 문제를 해결할 수 있는 차량 엔진의 로우 크랭크 케이스 베어링 인서트 및 이것을 포함하는 로우 크랭크 케이스 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 차량 엔진의 로우 크랭크 케이스는 엔진 블록의 하단에 위치하여 엔진 작동시 폭발하중을 분담하는 역할을 하는 주요 부품이다.

최근 연비 및 환경개선, 차량 전후 무게비의 최적화에 의한 주행성능 개선 등이 요구되면서 로우 크랭크 케이스의 경우도 경량화 및 엔진 고출력화에 대응하기 위하여 강성 확보 및 소형화(콤팩트화)되어가고 있는 추세이다.

로우 크랭크 케이스의 재질로는 전체가 주철재인 단일 재질로 적용된 것이 주류를 이루고 있으나, 위에서 언급한 엔진의 경량화 요구에 따라 알루미늄 및 마그네슘 재질로 적용 및 개발하는 사례가 크게 증가하고 있다.

이러한 경우에도 크랭크 저널 부위는 엔진의 폭발하중을 직접적으로 분담하는 역할을 하기 때문에 주철재 인서트를 적용하는 것이 필요하다.

기존의 베어링 인서트는 주로 주철재 또는 소결재로 제작하여 금형에 세팅한 후 중력주조 또는 고압주조의 주조공정에 의해 알루미늄 또는 마그네슘 재질의 로우 크랭크 케이스와 일체 성형하고 있는 추세이다.

그러나, 도 1에 도시된 바와 같이, 베어링 인서트(10)와 로우 크랭크 케이스(20)의 이종 재질 간의 계면에 발생되는 틈새(gap)와 접합성의 결여로 엔진 폭발하중 작용시 응력집중에 의해 크랙발생 등의 내구적인 문제가 야기되므로, 엔진의 경량화 및 내구성을 함께 달성할 수 있는 기술의 정립이 필요한 실정이다.

특히, 점차 증가하는 엔진의 폭발하중에 대응하기 위해서는 모재와 베어링 인서트 간의 접합성 향상이 더욱더 필요한 실정이다.

이에 따라, 현재 자동차 부품 메이커에서는, 도 2에 도시된 바와 같이, 기존의 단순한 베어링 인서트(10)의 형상을 굴곡을 가진 복잡한 형상으로 제작하여 베어링 저널 부위의 하중분담과 접합성에 대응하고 있다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 베어링 인서트 자체의 형상변화는 최소화하면서 베어링 인서트의 표면에 접합성을 향상시키기 위한 새로운 구조를 적용함으로써, 크랭크 저널 부위의 안정된 하중분담과 향상된 접합성을 구현할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

즉, 본 발명의 목적은 내구적인 문제를 해결하기 위한 인서트의 구조변화를 단순히 외각형상을 굴곡을 가진 복잡한 형상으로 변화하는 것에 두는 것이 아니라, 보다 밀착성이 향상되어 내구문제를 해결할 수 있도록 표면 자체의 구조를 변화시키는 것이며, 우선적으로는 알루미늄 로우 크랭크 케이스에 적용할 수 있도록 하고, 추후에 추가적인 경량화를 위해 마그네슘 로우 크랭크 케이스에 적용할 수 있도록 하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 베어링 인서트는 그 표면을 돌기면으로 형성하여 접합성을 높이고 안정된 하중분담을 이루도록 한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 돌기면의 형성은 실리카 샌드와 벤토나이트 그리고 수분 및 계면활성제의 혼합재를 돌기형성이 요구되는 부위에 도형(塗型)함으로써 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 돌기면은 베어링 인서트의 전체 표면 또는 일부 표면에 형성하는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 베어링 인서트를 포함하는 로우 크랭크 케이스 제조방법은 주철 사형주조에 의해 표면에 돌기면을 가지는 베어링 인서트를 성형하는 단계와, 상기 돌기면을 가지는 베어링 인서트를 금형에 세팅한 후 알루미늄/마그네슘 중력주조 또는 고압주조에 의해 로우 크랭크 케이스를 성형하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 베어링 인서트를 성형하는 단계는 실리카 샌드와 벤토나이트 그리고 수분 및 계면활성제의 혼합재를 돌기형성이 요구되는 부위에 도형하여 표면에 돌기면을 형성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 베어링 인서트를 성형하는 단계는 베어링 인서트의 전체 표면 또는 일부 표면에 돌기면을 형성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 구현예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에서 제공하는 베어링 인서트는 도 7에 도시된 바와 같이 베어링 인서트 표면에 작은 돌기를 형성하여 인서트 표면이 돌기면으로 이루어지도록 한 것이다.

이때의 돌기면의 형성은 베어링 인서트 제조를 위한 주철 사형주조시에 이루어지며, 베어링 인서트의 주철 사형주조는 현재 인서트 제조시 적용하고 있는 일반적인 주철 사형주조공법을 채택할 수 있다.

또한, 베어링 인서트의 돌기면 형성은 현재 주철재 주물 주조시 보편적으로 사용되는 실리카 샌드와 벤토나이트 그리고 수분 및 계면활성제의 혼합재를 돌기면 형성이 요구되는 부위에 도형함으로써 이루어지며, 기존 주철재 주물 제조공정과 크게 다름이 없이 대체 적용될 수 있다.

또한, 도 3과 도 4에 도시된 바와 같이 베어링 인서트(10)의 돌기면(30)은 베어링 인서트의 전체 표면에 걸쳐 형성될 수 있거나, 또는 일부 표면에만 형성될 수 있다.

즉, 일반적인 경우라면 주형재의 표면조도에 의해 전체 주조 표면이 동일한 주방상태의 조도를 갖는 것에 비해, 본 발명에서 제공하는 돌기면 형성 방법은 돌 기면 형성을 위한 도형제를 필요부위에 도포함으로써 원하는 부위에 돌기면을 얻는 방법으로서, 도 3에 도시된 바와 같이 주물 전체 표면에 도포하여 전체적으로 돌기면을 형성하는 방법과 도 4에 도시된 바와 같이 인서트의 측면에 국부적으로 도포하여 돌기면을 형성하는 방법이 가능하므로, 원하는 부위에 돌기면을 형성할 수 있는 유리함이 있다.

이렇게 제조된 베어링 인서트는 현재 로우 크랭크 케이스의 주요 제조공정인 중력주조 또는 고압주조 공정을 통해 도 5에 도시된 바와 같이 로우 크랭크 케이스에 일체형으로 제조될 수 있으며, 이때의 제조공정은 기존의 베어링 인서트를 로우 크랭크 케이스에 일체형으로 제조하는 공정과 크게 다름이 없이 대체 적용될 수 있다.
예를 들면, 금형 내의 베어링 인서트 자리에 베어링 인서트를 설치(세팅)한 후, 금형 합형→용탕 주입→응고→제품 취출 공정으로 이루어지는 공지의 고압주조 공정으로 베어링 인서트 일체형의 로우 크랭크 케이스를 제조할 수 있다.

즉, 위의 베어링 인서트를 포함하는 크랭크 케이스 제조공정은 금형에 세팅되는 베어링 인서트가 돌기면을 가지는 베어링 인서트로 바뀌었을 뿐, 그 제조공정은 현재 적용되고 있는 공지의 로우 크랭크 케이스 제조공정과 동일하다.

본 발명에서 제공된 표면구조를 채택하였을 경우 지금까지 주로 사용하고 있는 일반 주조재 인서트에 비해 접합성이 대폭 향상되고, 모재와 인서트와의 틈새도 줄어들게 되어, 도 6에 도시한 바와 같이 엔진폭발시의 하중분담에 유리할 뿐만 아니라 향후 지속적인 엔진출력의 향상에 따른 폭발하중 증가에도 적극 대응할 수 있으며, 결국 본 발명에서 제공하는 베어링 인서트 표면구조는 내구품질면에서 대폭 향상된 구조로 할 수 있다.

이상에서와 같이 본 발명은 베어링 인서트 표면에 형성된 작은 돌기들에 의해 모재와 인서트가 견고하게 접합될 수 있고, 이에 따라 폭발하중이 로우 크랭크 케이스에 골고루 분담되어 적절히 하중을 분산시킬 수 있는 효과가 있다.

이는 베어링 인서트를 크게 하거나 복잡한 외각형상으로 설계 변경하는 것에 의해 하중부담을 줄이는 것이 아니고, 베어링 인서트 표면의 구조를 변경함으로써 안정된 하중 분산을 이룰 수 있는 것을 의미하므로, 추가적인 무게 증가나 설계적인 변경없이 기존에 사용중인 양산 주조공정과 설비에 큰 부하를 주지 않고 적용이 가능한 장점이 있다.

Claims (6)

1. 차량 엔진의 로우 크랭크 케이스 베어링 인서트에 있어서,

   상기 베어링 인서트의 표면에 돌기면을 형성하여 접합성을 높이고 안정된 하중분담을 이루도록 한 것을 특징으로 하는 차량 엔진의 로우 크랭크 케이스 베어링 인서트.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 돌기면의 형성은 실리카 샌드와 벤토나이트 그리고 수분 및 계면활성제의 혼합재를 돌기형성이 요구되는 부위에 도형함으로써 이루어진 것을 특징으로 하는 차량 엔진의 로우 크랭크 케이스 베어링 인서트.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 돌기면은 베어링 인서트의 전체 표면 또는 일부 표면에 형성하는 것을 특징으로 하는 차량 엔진의 로우 크랭크 케이스 베어링 인서트.
4. 차량 엔진의 로우 크랭크 케이스 베어링 인서트를 포함하는 로우 크랭크 케이스 제조방법에 있어서,

   주철 사형주조에 의해 표면에 돌기면을 가지는 베어링 인서트를 성형하는 단계와, 상기 돌기면을 가지는 베어링 인서트를 금형에 세팅한 후 알루미늄/마그네슘 중력주조 또는 고압주조에 의해 로우 크랭크 케이스를 성형하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 엔진의 로우 크랭크 케이스 베어링 인서트를 포함하는 로우 크랭크 케이스 제조방법.
5. 청구항 4에 있어서, 상기 베어링 인서트를 성형하는 단계는 실리카 샌드와 벤토나이트 그리고 수분 및 계면활성제의 혼합재를 돌기형성이 요구되는 부위에 도형하여 표면에 돌기면을 형성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 엔진의 로우 크랭크 케이스 베어링 인서트를 포함하는 로우 크랭크 케이스 제조방법.
6. 청구항 4 또는 청구항 5에 있어서, 상기 베어링 인서트를 성형하는 단계는 베어링 인서트의 전체 표면 또는 일부 표면에 돌기면을 형성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 엔진의 로우 크랭크 케이스 베어링 인서트를 포함하는 로우 크랭크 케이스 제조방법.

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