KR100831451B1

KR100831451B1 - 피스톤 측력 감소용 ｖ형 엔진

Info

Publication number: KR100831451B1
Application number: KR1020060115358A
Authority: KR
Inventors: 조명래
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2006-11-21
Filing date: 2006-11-21
Publication date: 2008-05-21

Abstract

본 발명은 피스톤 측력 감소용 V형 엔진에 관한 것으로서, V형 엔진의 경우, 좌,우측 뱅크의 동일 오프셋(offset) 구현이 불가능하므로 기존의 크랭크축의 오프셋 구조를 배제하고, 대신에 커넥팅 로드 및 크랭크축의 공용화가 가능하도록 실린더를 반 트러스트 방향으로 오프셋 시킴으로써, 좌,우측 뱅크의 동일 오프셋 구현이 가능한 피스톤 측력 감소용 V형 엔진에 관한 것이다.

자동차, V형 엔진, 오프셋. 실린더

Description

피스톤 측력 감소용 Ｖ형 엔진{Offset structure of cylinder liner V-type engine for automobile}

도 1은 본 발명에 따른 자동차용 V형 엔진의 실린더 오프셋 구조를 나타내는 도면,

도 2는 종래의 자동차용 엔진의 크랭크축 오프셋 구조의 작동 구성을 나타내는 도면,

도 3은 종래의 자동차용 V형 엔진의 피스톤 오프셋 구조를 나타내는 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 엔진 11 : 좌측 뱅크

12 : 우측 뱅크 13 : 실린더

14 : 피스톤 15 : 커넥팅 로드

16 : 크랭크축

본 발명은 피스톤 측력 감소용 V형 엔진에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 V형 엔진의 경우, 커넥팅 로드 및 크랭크축의 공용화가 가능하도록 실린더를 반 트러스트 방향으로 오프셋 시킨 피스톤 측력 감소용 V형 엔진에 관한 것이다.

일반적으로 자동차의 엔진에 적용되는 피스톤은 상사점에서 트러스트(thrust)면이 바뀌고 이때 피스톤 클리어런스(실린더 보어와의 틈새)만큼 피스톤이 가로방향으로 이동하여 실린더를 때리는 피스톤 슬랩이라고 부르는 타격음을 발생시키게 된다.

이와 같은 피스톤 슬랩을 방지하기 위해서는 피스톤의 중심에 대해서 피스톤핀의 중심을 트러스트(trust) 방향으로 10 ~ 15mm 정도 오프셋(offset, 편심)시키는 오프셋 피스톤을 사용한다.

또한, 상기와 같은 피스톤 슬랩을 방지하기 위한 또 다른 방안은 피스톤 대신 크랭크 축을 실린더 보어의 중심에서 일정량 오프셋 시키는 것으로서, 일반적으로 크랭크축의 중심은 실린더 중심을 기준으로 실린더 아래에 위치하나 폭발 행정후 팽창 행정 시 가해지는 피스톤 측력, 즉 마찰을 줄이기 위해 실린더의 트러스트 방향으로 크랭크축을 오프셋 시키게 되는 것이다.

도 2는 종래 오프셋 크랭크축을 적용한 엔진의 작동 구성을 도시하였는바, 피스톤(14), 커넥팅 로드(15) 및 크랭크축(16)은 도시한 바와 같이 구성되어 실린더(13)안에서 수직 왕복 운동을 하는 피스톤(14)이 커넥팅 로드(15) 소단부에 연결되고 커넥팅 로드(15) 대단부는 다시 크랭크축(16)에 연결되어 피스톤(14)의 왕복 운동이 크랭크축(16)의 회전운동으로 변환된다.

이와 같이 오프셋 크랭크축을 적용한 엔진은 크랭크축(16)을 트러스트 방향으로 이동하여 오프셋(e) 시키면 팽창 행정시 가해지는 피스톤(14)의 트러스트 방향의 측력이 감소하여 피스톤(14) 마찰 손실 감소에 의한 연비 향상을 도모하고, 작용력 감소에 의한 슬랩이 저감된다.

또한, 팽창 행정시 피스톤(14) 하강 속도가 감소되어 연소 속도가 증대되는 한편, 동일 배기량일 경우, 실린더 블록의 높이 및 크랭크축(16) 반경이 감소되어 엔진의 전고가 감소되는 효과가 있다.

그런데, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기와 같이 크랭크축(16)의 중심(CC1)에서 트러스트 방향으로 편심량 e만큼 상기 크랭크축(16)의 중심을 CC2로 이동시 도면에서 왼쪽인 우측 뱅크(12)의 행정 높이는 H1(우측 뱅크(12)의 크랭크축(16) 반경+커넥팅 로드(15)의 길이)이 되고 좌측 뱅크(11)의 행정 높이는 H2(좌측 뱅크(12)의 크랭크축(16) 반경+커넥팅 로드(15)의 길이)가 되는데, 중심 변경 전 높이 H1과 H2가 동일하여 양 뱅크(11,12)의 배기량이 동일하나, 크랭크축(16)의 중심 이동시(CC1→CC2), 즉 크랭크축(16)을 트러스트 방향으로 이동시 H1과 H2가 달라지므로 양 뱅크(11,12)의 배기량을 동일하게 맞추기 위해서는 양 뱅크(11,12)의 크랭크축(16)의 반경이나 커넥팅 로드(15)의 길이를 조정해야 된다.
즉, 상기 크랭크축(16) 중심의 이동시 H1과 H2의 길이가 달라지게 되므로 결국은 양 뱅크(11,12)의 크랭크축(16) 또는 커넥팅 로드(15)의 길이 변화가 발생하여 팽창 행정시 가해지는 피스톤(14)의 트러스트 방향의 측력은 감소하나, 반 트러스트(anti-trust)면에 가해지는 피스톤(14) 측력이 증대되는 문제점이 있으며, 이 문제점으로 인하여 크랭크축(16)의 오프셋(e)양은 한정될 수 밖에 없어 대략 커넥팅 로드(15) 길이의 13% 정도로 제한된다.
특히, V계열의 엔진일 경우, 뱅크(11,12)에 형성된 각각의 실린더(13)는 피스톤(14)과 연결된 커넥팅 로드(15)가 하나의 크랭크축(16)으로 집중됨에 따라, 우측 뱅크가 (-)오프셋으로 우측 뱅크(12)에서 마찰이 발생하여 NVH가 악화될 우려가 있다.

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상기와 같이 좌,우측 뱅크(11,12)의 동일 오프셋이 불가능함에 따라 실린더(13)의 공용화시 좌,우 커넥팅 로드(15) 및 크랭크축(16)의 반경을 변경할 필요가 있으며, 좌측 뱅크(11)의 높이가 H1과 H2의 차이 만큼 낮아져야 하므로 워터 재킷(water jacket) 등의 장착시 비대칭으로 장착되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 커넥팅 로드 및 크랭크축의 공용화가 가능하도록 실린더를 반 트러스트 방향으로 오프셋 시킴으로써, 좌,우측 뱅크의 동일 오프셋 구현이 가능한 피스톤 측력 감소용 V형 엔진을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 인접하는 2개의 뱅크(11,12)에 교대로 배열되는 복수의 실린더(13)와, 상기 실린더(13)에 수용 장착되는 피스톤(14)과, 크랭크축(16)과, 상기 피스톤(14) 및 상기 크랭크축(16)을 연결하는 커넥팅 로드(15)를 포함하는 자동차용 V형 엔진에 있어서,

2개의 뱅크(11,12)에 서로 배열되는 복수개의 실린더(13) 위치를 반 트러스트 방향으로 오프셋 시키는 구조로 이루어진 것을 특징으로 한다.

바람직한 구현예로서, 상기 실린더(13)의 오프셋 량은 10 ~ 15mm인 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구성에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다.

첨부한 도 1은 본 발명에 따른 자동차용 V형 엔진의 실린더 오프셋 구조를 나타내는 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 2개의 뱅크(11,12)에 서로 배열되는 복수의 실린더(13)를 갖는 자동차용 V형 엔진(10)의 경우, 실린더 블록의 좌,우 뱅크(11,12)에는 각각 실린더 블록 상면에 개구되는 복수의 실린더(13)가 엔진(10)의 길이 방향으로 나란히 복수 형성되어 있고, 각 실린더(13)에는 각각 피스톤(14)이 미끄럼 이동 가능하게 수용 장착되어 있다.

상기 피스톤(14)은 커넥팅 로드(15)의 상단부에 피스톤 핀을 거쳐서 요동 가능하게 연결되어 있고, 커넥팅 로드(15)의 하부는 크랭크 핀을 거쳐서 크랭크축(16)에 연결되어 있다.

상기 피스톤(14)의 왕복 운동은 크랭크축(16)에 의해 회전 운동으로 변환되고, 도시하지 않은 변속기, 종감속 장치, 구동축을 거쳐서 구동 륜에 전달된다.

첨부도면에 도시된 바와 같이, 상기 좌측 뱅크(11)의 실린더(13)의 중심선과 우측 뱅크(12)의 실린더(13)의 중심선이 교차하는 위치(Oc)에서 좌측 뱅크(11)의 실린더(13)의 중심선과 우측 뱅크(12)의 실린더(13)의 중심선이 반 트러스트 방향으로 편심량 e만큼 이동, 즉 오프셋 시키면 양 뱅크(11,12)의 높이 H1과 H2가 변화없이 종래의 좌,우측 뱅크(11,12)에 동일한 크랭크 오프셋(offset)을 시킨 것과 동일한 효과를 갖게 된다.

이때, 상기 실린더(13)의 오프셋 량은 10 ~ 15mm인 것이 바람직하다.

즉, 상기 피스톤(14) 하단부에 위치하는 커넥팅 로드(15) 및 크랭크축(16)의 반경 위치의 변동없이 크랭크 오프셋과 동일한 효과를 발휘할 수 있게 된다.

이는 기존의 V형 엔진(10)의 경우, 우측 뱅크(12)를 기준으로 하여 트러스트 방향으로 오프셋 시킬 경우, 뱅크(11,12)의 설정 위치로 인하여 좌,우측 뱅크(11,12)의 각각에서 동일한 오프셋의 구현이 불가능하게 되므로 실린더 블록의 공용화 시 좌,우측의 커넥팅 로드(15) 및 크랭크축(16)의 반경 위치가 변경되어야 하는 경우가 발생하게 된다.

즉, 2분할된 실린더 블록을 갖는 V형 엔진(10)의 경우, 좌,우측 뱅크(11,12)에 형성된 각각의 실린더(13)는 피스톤(14)과 연결된 커넥팅 로드(15)가 하나의 크랭크축(16)에 집중됨에 따라 그 배열상 서로 어긋나도록 배치되어야 하는바 공간상의 제약으로 인하여 불가능하다.

따라서, 본 발명은 V형 엔진(10)이 아닌, 기존의 일반 직렬형 엔진에서의 크랭크 오프셋 구조를 배제하고, 대신에 커넥팅 로드(15) 및 크랭크축(16)의 변화없이 상기 크랭크 오프셋 구조와 동일한 효과를 이룰 수 있는 실린더 오프셋 구조, 즉 실린더(13)의 위치를 반 트러스트 방향으로 오프셋 시킴에 따라 좌,우측 뱅크(11,12)의 동일한 오프셋 구현이 가능하게 되며, 이로 인하여 크랭크축(16) 및 커넥팅 로드(15)의 변화없이 실린더(13)의 이동만으로 양 뱅크(11,12)에 동일한 오프셋을 줄 수 있게 된다.

또한, 이러한 실린더 오프셋 구조는 커넥팅 로드(15) 및 크랭크축(16)을 기존과 동일하게 함께 사용 가능하므로 V형 엔진(10)의 제작시 비용 측면에서 유리한 효과가 있다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 피스톤 측력 감소용 V형 엔진에 의하면, 실린더에 오프셋을 구현함으로써, 크랭크 오프셋과 동일한 효과를 발휘할 수 있으며, 마찰 평가 결과 6 ~ 8%가 저감되어 엔진 연비 1 ~ 1.5%의 개선을 도모할 수 있으며, 피스톤의 측력 감소에 따라 피스톤 슬랩 소음을 저감시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims

인접하는 2개의 뱅크(11,12)에 교대로 배열되는 복수의 실린더(13)와, 상기 실린더(13)에 수용 장착되는 피스톤(14)과, 크랭크축(16)과, 상기 피스톤(14) 및 상기 크랭크축(16)을 연결하는 커넥팅 로드(15)를 포함하는 자동차용 V형 엔진에 있어서,

2개의 뱅크(11,12)에 서로 배열되는 복수개의 실린더(13) 위치를 반 트러스트 방향으로 오프셋 시키는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 피스톤 측력 감소용 V형 엔진.
제1항에 있어서,

상기 실린더(13)의 오프셋 량은 10 ~ 15mm인 것을 특징으로 하는 피스톤 측력 감소용 V형 엔진.