KR101163824B1 - 내연기관의 냉각장치 및 워터재킷용 인서트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 사이어미즈부에 형성된 워터재킷의 하부에 삽입되어 워터재킷의 상부 냉각수 유동을 강화함과 더불어 하부의 냉각수 유동도 강화하여 실린더블록의 사이어미즈부의 냉각효율을 향상시키고, 워터재킷의 하부를 형성하는 실린더블록의 표면에 비산되어 묻는 엔진오일을 효과적으로 냉각시킬 수 있으며, 실린더블록의 피스톤 스트로크 방향으로의 온도를 균일화하여 피스톤의 마찰저감에 따른 연비의 향상을 도모할 수 있도록 한다.

사이어미즈부, 인서트, 실린더블록

Description

내연기관의 냉각장치 및 워터재킷용 인서트{Cooling device and insert for water jacket of internal combustion engine}

본 발명은 내연기관의 냉각장치 및 워터재킷용 인서트에 관한 것으로, 특히 실린더블록의 사이어미즈(siamese) 부분에서 상부의 냉각수유동을 강화하여 내연기관의 냉각효율을 향상시키도록 한 내연기관의 냉각장치 및 워터재킷용 인서트에 관한 것이다.

종래 차량의 다기통 엔진에서 소형 및 경량화와 전장의 축소를 목적으로 실린더와 실린더 사이의 간격(보어 피치)이 좁은 사이어미즈 실린더블록이 채용되고 있는 데, 이 사이어미즈 실린더블록은 여러 개의 실린더 라이너를 합쳐서 알루미늄으로 주조하여 실린더 라이너 사이의 워터재킷(냉각수 통로)을 제거해서 실린더 보어의 피치를 짧게 형성하고 있다.

상기와 같은 사이어미즈 실린더블록에서는 실린더 보어와 보어 사이의 부분(사이어미즈부라 함)의 간격이 좁아서 냉각수 통로를 형성할 수 없기 때문에 열에 취약하게 된다. 특히 연소실로부터 열을 직접 받는 실린더블록의 상단부 주변의 사이어미즈부는 상당히 높은 고온으로 된다.

상기 사이어미즈부가 고온으로 되면 주위와의 온도편차가 발생하여 실린더블록의 상부가 과도하게 열변형되고, 이는 실린더보어의 진원도를 악화시키고, 피스톤 링과 실린더 내벽 사이의 틈새로부터 엔진 오일이 연소실로 흘러들어가서 엔진 오일이 과도하게 소모될 뿐만 아니라 블로바이 가스가 증대하게 되므로, 실린더블록의 상부 및 사이어미즈부의 냉각은 연소가스의 실링성 확보와, 과도한 보어의 변형방지 및 피스톤의 온도저감이라는 측면에서 매우 중요시되고 있다.

종래에도 사이어미즈부의 적절한 냉각을 위해 실린더 보어사이의 부분에 냉각수 통로 역할을 하는 슬릿이나 드릴 홀을 형성시키거나 혹은 실린더헤드 개스킷에 쐐기형 물구멍을 형성시키는 노력이 있었지만, 그 냉각효과가 미흡하였다.

한편 일본국 공개특허 2007-127066호에는 사이어미즈부의 워터재킷에 수로형성부재를 삽입하여 사이어미즈부에서 냉각수유로가 상기 수로형성부재에 의해 내측 및 외측으로 분기되게 하는 방안이 제안되어 있지만, 실린더블록에서 피스톤 스트로크 방향으로의 온도 균일화가 미흡하여 피스톤의 마찰저감효과와 연비향상에 만족스럽지 못하다는 결점이 있었다.

또한, 대한민국 특허출원 10-2008-0075947호에는 본원의 선행기술인 내연기관의 냉각장치 및 워터재킷용 인서트가 개시되어 있는데, 이 경우에는 냉각수의 워터재킷 상부 유동이 강화되어 실린더블록 상측의 냉각은 효과적으로 이루어지는 반면, 워터재킷 하부의 유동은 취약하여, 워터재킷의 하부를 형성하는 실린더블록의 표면에 비산되어 묻게 되는 엔진오일의 냉각이 어려워져서, 엔진오일의 열화가 발생할 수 있고, 이를 방지하기 위해서는 오일쿨러를 추가하거나 그 용량을 증대해야 하는 여지가 있다.

이에 본 발명은 상기한 사정을 감안하여 안출된 것으로, 사이어미즈부에 형성된 워터재킷의 하부에 삽입되어 워터재킷의 상부 냉각수 유동을 강화함과 더불어 하부의 냉각수 유동도 강화하여 실린더블록의 사이어미즈부의 냉각효율을 향상시키고, 워터재킷의 하부를 형성하는 실린더블록의 표면에 비산되어 묻는 엔진오일을 효과적으로 냉각시킬 수 있으며, 실린더블록의 피스톤 스트로크 방향으로의 온도를 균일화하여 피스톤의 마찰저감에 따른 연비의 향상을 도모할 수 있도록 한 내연기관의 냉각장치 및 워터재킷용 인서트를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 내연기관의 냉각장치는

실린더블록의 각 실린더 보어 사이의 사이어미즈부에 형성된 워터재킷의 하부에 삽입되어 상기 워터재킷의 상부 및 하부에서 냉각수 유동을 강화시키는 하나 이상의 인서트를 구비한 것을 특징으로 한다.

상기 인서트가 복수 개 구비된 경우, 인접한 인서트 사이에는 냉각수가 재순환되는 공간이 형성되도록 할 수 있다.

상기 인서트는 바디와, 상기 바디의 하단부로부터 하측으로 돌출되어 상기 워터자켓의 하측면에 접촉됨으로써, 상기 바디의 하단부가 상기 워터자켓의 하측면으로부터 이격되도록 하는 하단돌기로 이루어진 구조로 할 수 있다.

상기 인서트는 상기 바디의 상단부로부터 상측으로 돌출되어 실린더헤드 쪽에 접촉됨으로써, 상기 인서트의 위치 및 자세를 안정되게 유지하도록 하는 상단돌기를 더 구비한 구조로 할 수 있다.

상기 인서트는 서로 마주보는 사이어미즈부에 1쌍씩 쌍을 이루어서 서로 대향되게 설치된 구조로 할 수 있다.

상기 인서트는 인접한 사이어미즈부에 설치된 인서트와 연결리브로 연결되어 일체화된 구조로 할 수 있다.

4기통 실린더를 가진 내연기관의 경우에는 1번 실린더와 2번 실린더사이, 2번 실린더와 3번 실린더사이 및, 3번 실린더와 4번 실린더사이에 각각 1쌍의 인서트가 설치된 구조로 할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 내연기관의 워터재킷용 인서트는 삼각형상을 이루되 실린더블록의 실린더를 감싸는 형태로 워터재킷의 하부 형상과 동일한 곡면 형상으로 구부러져 형성되는 2개의 날개부가 중앙의 연결부를 통해 서로 대칭되게 일체로 연결되는 바디와;

상기 바디의 하단부에서 하측으로 돌출되어 상기 워터자켓의 하측면에 접촉됨으로써, 상기 바디의 하단부가 상기 워터자켓의 하측면으로부터 이격되도록 하는 하단돌기;

를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 바디에는 상기 바디의 상단부로부터 상측으로 돌출되어 실린더헤드 쪽에 접촉됨으로써, 상기 인서트의 위치 및 자세를 안정되게 유지하도록 하는 상단돌기

를 더 포함하여 구성될 수 있다.

상기 인서트는 인접한 사이어미즈부에 설치된 인서트와 연결리브로 연결되어 일체화된 구조로 할 수 있다.

본 발명에 따른 내연기관의 워터재킷용 인서트에 의하면, 사이어미즈부에 형성된 워터재킷의 하부에 워터재킷의 형상과 유사한 삼각형의 인서트가 삽입되어, 워터재킷을 따라 냉각수가 유동할 때에 상기 인서트에 의해 워터재킷의 상부 및 하부의 유동이 강화되면서 유속이 증대됨에 따라 실린더블록의 상부 및 사이어미즈부 에서의 냉각효과가 향상됨과 더불어 실린더블록의 중앙 부위 근처와 하부에서는 냉각수가 재순환되어 일정 수준의 냉각효과의 향상을 도모할 수 있고, 실린더블록의 피스톤 스트로크 방향으로는 온도 편차가 감소해서 실린더보어의 진원도를 유지할 수 있을 뿐만 아니라 피스톤의 마찰감소로 엔진오일의 소모저감과 블로바이 가스의 감소 및 연비의 향상을 도모할 수 있는 등의 효과가 있다.

또한, 워터재킷의 하부에서 냉각수의 유동을 강화하도록 하여 워터재킷의 하부를 이루는 실린더블록의 표면에 비산되어 묻게 되는 엔진오일의 온도를 저감하여 오일쿨러의 축소 및 배제가 가능하면서도 충분한 엔진오일 온도 저감효과를 얻을 수 있도록 한다.

이하 본 발명을 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명한다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명 내연기관의 냉각장치는 실린더블록의 각 실린더보어 사이의 사이어미즈부에 형성된 워터재킷의 하부에 하나 이상의 인서트(1)가 구비되어 상기 워터재킷의 상부 및 하부에서 냉각수 유동을 강화시키도록 되어 있다.

상기 인서트(1)는 삼각형상을 이루되 실린더블록의 실린더를 감싸는 형태로 워터재킷의 하부 형상과 동일한 곡면 형상으로 구부러져 형성되는 2개의 날개부(3)가 중앙의 연결부(5)를 통해 서로 대칭되게 일체로 연결되는 바디(7)와, 상기 바디(7)의 하단부에서 하측으로 돌출되어 상기 워터자켓의 하측면에 접촉됨으로써, 상기 바디(7)의 하단부가 상기 워터자켓의 하측면으로부터 이격되도록 하는 하단돌기(9)를 포함한 구성이다.

즉, 상기 하단돌기(9)가 도 3에 도시된 바와 같이 상기 바디(7)의 하측으로 돌출되어 워터재킷의 하측면과 접촉하면서 상기 바디(7)와 워터재킷(W)의 하측 사이에 냉각수 유동공간(S)을 형성하게 됨으로써, 이 부위의 원활한 냉각수 유동으로 이 부위를 형성하는 실린더블록의 표면으로 비산되어 묻는 엔진오일과의 효과적인 열교환 작용을 유도하여 엔진오일의 냉각을 도모함으로써, 엔진오일의 열화를 방지하고, 엔진오일의 냉각을 도모하기 위한 추가적인 오일쿨러의 설치 또는 용량 증대를 회피할 수 있도록 한 것이다.

참고로, 도 4는 인서트가 없는 종래의 엔진과 본 발명에 따른 인서트가 삽입된 엔진에서의 엔진회전수에 따른 오일온도의 변화를 측정한 것을 그래프로 도시한 것으로서, 본원에 따른 인서트가 삽입된 엔진의 경우 전반적으로 오일온도를 더 낮출 수 있으며, 특히 고회전수 영역에서 현저한 온도차이를 가져올 수 있는 것을 알 수 있다.

물론, 상기 인서트의 바디(7) 상측으로는 본원의 선행기술과 같이 냉각수의 유동이 강화되어, 실린더블록의 상측 및 사이어미즈부의 냉각이 효과적으로 이루어지게 되며, 서로 인접한 인서트 사이에는 냉각수가 재순환되는 공간이 형성되어 냉각수가 소용돌이치면서 회전하여 이 부위의 냉각을 도모하여, 전체적으로는 실린더 블록의 피스톤 스트로크 방향으로의 온도를 균일화하여 피스톤의 마찰을 저감시키는 효과를 발휘한다.

한편, 도 5와 도 6를 참조하면, 상기 인서트에는 상기 바디(7)의 상단부로부터 상측으로 돌출되어 실린더헤드 쪽에 접촉됨으로써, 상기 인서트의 위치 및 자세를 안정되게 유지하도록 하는 상단돌기(11)가 더 구비되어 있다.

따라서, 상기 인서트(1)가 워터재킷(W)에 견고하게 고정되지 못해서 워터재킷(W) 내에서 유동하게 되는 것을 방지하여, 상기 인서트(1)의 안정된 자세 및 위치의 지속적인 유지로, 원활하고 안정된 실린더블록의 냉각성능 확보 및 유지가 가능하게 된다. 아울러, 상기 상단돌기(11)는 인서트(1)를 실린더 헤드에 지지한 상태에서도 상기 상단돌기(11)의 주변을 통하여 냉각수가 충분히 유동할 수 있어서 냉각성능을 유지할 수 있다.

한편, 도 7에는 본 발명의 다른 실시예가 도시되어 있는 바, 인접한 사이어미즈부에 설치되는 인서트들끼리는 서로 연결리브(13)로 연결되어 일체화된 구성이다.

즉, 상기 인서트(1)는 서로 마주보는 사이어미즈부에 1쌍씩 쌍을 이루어서 서로 대향되게 설치되어, 예컨대 4기통 실린더를 가진 내연기관의 경우에는 1번 실린더와 2번 실린더사이, 2번 실린더와 3번 실린더사이 및, 3번 실린더와 4번 실린더사이에 각각 마주하는 1쌍씩의 인서트(1)가 설치되고, 이렇게 설치된 인서트(1)들 중 서로 인접하게 배치되어 워터재킷(W)을 통해 쉽게 연결될 수 있는 인서트(1) 들끼리는 상기 연결리브(13)에 의해 일체로 연결되도록 한 것이다.

따라서, 실린더블록의 워터재킷(W)에 인서트(1)를 삽입하는 작업 및 인서트(1)의 취급이 각각 하나씩 나뉘어져 있는 인서트(1)를 다루는 것 보다 상대적으로 쉽고 간단하게 이루어질 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 내연기관의 워터재킷용 인서트의 사시도,

도 2는 본 발명에 따른 내연기관의 워터재킷용 인서트가 실린더블록에 설치된 상태도,

도 3은 본 발명에 따른 내연기관의 워터재킷용 인서트가 설치된 상태에서 냉각수 유동을 선행기술의 경우와 비교한 설명도,

도 4는 본 발명에 따른 오일온도 저감 효과를 엔진회전수에 따른 오일온도의 그래프를 종래와 비교한 그래프,

도 5는 본 발명 인서트의 다른 실시예를 도시한 도면,

도 6은 도 5의 인서트가 실린더블록에 설치된 상태도,

도 7은 본 발명의 인서트들이 연결리브로 연결된 실시예를 도시한 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>

1; 인서트 3; 날개부

5; 연결부 7; 바디

9; 하단돌기 A; 유동공간

W; 워터재킷 11; 상단돌기

13; 연결리브

Claims (10)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 실린더블록의 각 실린더 보어 사이의 사이어미즈부에 형성된 워터재킷의 하부에 삽입되어 상기 워터재킷의 상부 및 하부에서 냉각수 유동을 강화시키는 하나 이상의 인서트를 구비하고,

   상기 인서트가 복수 개 구비된 경우, 인접한 인서트 사이에는 냉각수가 재순환되는 공간이 형성되며,

   상기 인서트는 바디와, 상기 바디의 하단부로부터 하측으로 돌출되어 상기 워터자켓의 하측면에 접촉됨으로써, 상기 바디의 하단부가 상기 워터자켓의 하측면으로부터 이격되도록 하는 하단돌기로 이루어지는 내연기관의 냉각장치에 있어서,

   상기 인서트는 상기 바디의 상단부로부터 상측으로 돌출되어 실린더헤드 쪽에 접촉됨으로써, 상기 인서트의 위치 및 자세를 안정되게 유지하도록 하는 상단돌기를 더 구비한 것을 특징으로 하는 내연기관의 냉각장치.
5. 청구항 4에 있어서,

   상기 인서트는 서로 마주보는 사이어미즈부에 1쌍씩 쌍을 이루어서 서로 대향되게 설치된 것

   을 특징으로 하는 내연기관의 냉각장치.
6. 청구항 4 또는 5에 있어서,

   상기 인서트는 인접한 사이어미즈부에 설치된 인서트와 연결리브로 연결되어 일체화된 것

   을 특징으로 하는 내연기관의 냉각장치.
7. 청구항 4 또는 5에 있어서,

   4기통 실린더를 가진 내연기관의 경우에는 1번 실린더와 2번 실린더사이, 2번 실린더와 3번 실린더사이 및, 3번 실린더와 4번 실린더사이에 각각 1쌍의 인서트가 설치된 것

   을 특징으로 하는 내연기관의 냉각장치.
8. 삼각형상을 이루되 실린더블록의 실린더를 감싸는 형태로 워터재킷의 하부 형상과 동일한 곡면 형상으로 구부러져 형성되는 2개의 날개부가 중앙의 연결부를 통해 서로 대칭되게 일체로 연결되는 바디와;

   상기 바디의 하단부에서 하측으로 돌출되어 상기 워터자켓의 하측면에 접촉됨으로써, 상기 바디의 하단부가 상기 워터자켓의 하측면으로부터 이격되도록 하는 하단돌기;

   를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 내연기관의 워터재킷용 인서트.
9. 청구항 8에 있어서,

   상기 바디에는 상기 바디의 상단부로부터 상측으로 돌출되어 실린더헤드 쪽에 접촉됨으로써, 상기 인서트의 위치 및 자세를 안정되게 유지하도록 하는 상단돌기

   를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 내연기관의 워터재킷용 인서트.
10. 청구항 8 또는 청구항 9에 있어서,

    상기 인서트는 인접한 사이어미즈부에 설치된 인서트와 연결리브로 연결되어 일체화된 것

    을 특징으로 하는 내연기관의 워터재킷용 인서트.

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