KR101274161B1 - 알루미늄 실린더 블록 - Google Patents

Abstract

본 발명은 라이너의 외주면 상부 일정구간을 절삭 가공된 가공홈부를 형성하여 알루미늄 모재로 이루어지는 실린더 블록의 인터보어부 두께를 확보함으로써 인터보어부에 크로스 드릴홀을 안정적으로 적용하여 실린더 블록의 냉각성능을 향상시키면서도 컴팩트화 및 라이너와 알루미늄 모재의 밀착성을 모두 확보하고, 원가상승을 최소화할 수 있는 알루미늄 실린더 블록을 제공한다.

실린더 블록, 인터보어부, 크로스 드릴홀, 냉각, 라이너

Description

알루미늄 실린더 블록{ALUMINUM CYLINDER BLOCK}

본 발명은 알루미늄 실린더 블록에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 라이너의 외주면을 따라 상부 일정구간을 절삭 가공된 가공홈부로 형성하여 알루미늄 모재로 이루어지는 실린더 블록의 인터보어부 두께를 확보함으로써 인터보어부에 크로스 드릴홀을 안정적으로 적용할 수 있도록 하는 알루미늄 실린더 블록에 관한 것이다.

일반적으로 엔진은 연소실에서 발생한 열의 일부가 실린더 헤드와 실린더 블록, 흡배기 밸브 및 피스톤 등에 흡수된다.

이들 구성 부품은 그 온도가 과도하게 상승되면, 열변형이 일어나거나 실린더 내벽의 유막이 파괴되어 윤활 불량현상이 일어나게 되고, 이로 인한 열적 장애가 발생하게 된다.

상기한 엔진의 열적 장애는 연소불량, 노킹 혹은 프리 이그니션과 같은 이상연소를 일으켜서 피스톤이 용손되는 등의 중대한 손상을 줄뿐만 아니라 열효율도 저하되고, 출력도 저하하게 되는 문제점이 있다. 반대로, 엔진의 과도한 냉각은 출력, 연비의 악화 및 실린더의 저온 마모 등 문제점이 있어, 냉각수 온도를 적정하 게 제어할 필요가 있다.

이러한 측면에서, 실린더 블록의 온도는 그 재질이 견딜 수 있고, 보어의 뒤틀림 측면에서 문제가 없는 수준으로 낮추는 것은 엔진 개발 중, 매우 중요한 요소 중의 하나다.

통상, 엔진 구동 시, 도 1에서 도시한 바와 같이, 실린더 블록(1)에서 가장 온도가 높은 부분은, 도 1에서 도시한 바와 같이, 실린더 보어(B)와 보어(B) 사이 영역인 인터보어부(IB)이다.

즉, 각 보어(B)의 좌,우 측부(LS,RS; 즉, 흡,배기측)는 워터자켓(3)을 통해 흐르는 냉각수에 의해 냉각되지만, 상기 인터보어부(IB)는 컴팩트한 엔진 설계를 위해 공간이 충분치 않아 냉각수 통로를 여유 있게 형성하기 어렵기 때문이다.

또한, 갈수록 고출력화, 컴팩트화를 지향하는 엔진개발의 트렌드상 인터보어부(IB)를 효율적으로 냉각하는 구조의 필요성이 절실해졌다.

기존 엔진의 실린더 블록 인터보어부(IB)를 냉각하는 방식으로는 크게 워터자켓 코어를 이용한 소재로 형성하는 방식과, 가공을 통해 형성하는 방식으로 나눌 수 있으며, 도 2에서 도시한 바와 같이, 컴팩트한 구조에도 적용이 가능하면서 기능이 좋은 크로스 드릴홀(5)의 적용경향이 가장 비중 있는 냉각방식으로 적용되어 왔다.

그런데, 주철제 실린더 블록(1)에서는 크로스 드릴홀(5)이 대표적인 인터보어부(IB)의 냉각방식으로 적용중이지만, 알루미늄 실린더 블록(1)에서는 크로스 드릴홀(5)의 적용이 어려운 문제가 있었다.

즉, 알루미늄 실린더 블록(1)에는, 도 3에서 도시한 바와 같이, 실린더 보어(B)의 내마모성 향상을 위해 적용하는 주철제 라이너(7) 두께만큼 인터보어부(IB) 두께가 감소하므로 크로스 드릴홀(5)이 적용될 수 있는 구간이 줄어들기 때문이며, 이는 최근 엔진이 컴팩트화, 고출력화되는 경향이 커지면서 더욱 큰 이슈가 되어 왔다.

보통, 알루미늄 실린더 블록(1)의 인터보어부(IB) 두께(D1)는 7∼13mm 수준인데, 2.75t 두께(D2)의 라이너(7) 적용 시, 그 인터보어부 두께(D3)가 5.4mm 감소하므로, 상기 크로스 드릴홀(5)을 가공할 수 있는 순수한 인터보어부(IB)의 두께는 1.6∼7.6mm 수준으로 감소하고, 상기 크로스 드릴홀(5)의 내경이 2∼4mm 정도임을 감안하면, 알루미늄 살 두께의 확보가 불가하거나, 주조 시 용탕의 유동성을 확보할 수 없는 수준으로 알루미늄 살 부위가 너무 얇아져서 생산이 불가한 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 라이너의 외주면 상부 일정구간을 절삭 가공된 가공홈부로 형성하여 알루미늄 모재로 이루어지는 실린더 블록의 인터보어부 두께를 확보함으로써 인터보어부에 크로스 드릴홀을 안정적으로 적용하여 실린더 블록의 냉각성능을 향상시키면서도 컴팩트화 및 라이너와 알루미늄 모재의 밀착성을 모두 확보하고, 원가상승을 최소화할 수 있는 알루미늄 실린더 블록을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 알루미늄 실린더 블록은 실린더 보어의 내주면에 주철제 라이너를 적용하는 알루미늄 실린더 블록에 있어서,

상기 라이너의 외주면 상부 일정구간을 절삭 가공된 가공홈부를 형성하여 알루미늄 모재로 이루어지는 실린더 블록의 인터보어부 두께를 확대하며, 상기 일정구간 내의 인터보어부를 통하여 크로스 드릴홀을 가공하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 라이너는 그 가공홈부를 제외한 외주면이 요철(SPINY)면으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 일정구간은 15mm 이내인 것을 특징으로 한다.

상기 가공홈부는 상기 라이너의 외주면과 일정각의 상,하부 경사면으로 연결되는 것을 특징으로 한다.

상기 일정각은 45°인 것이 바람직하다.

상기 라이너는 그 상단 에지(EDGE)부가 라운드 가공된 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 알루미늄 실린더 블록에 의하면, 라이너의 외주면 상부 일정구간을 절삭 가공된 가공홈부로 형성하여 알루미늄 모재로 이루어지는 실린더 블록의 인터보어부 두께를 확보함으로써 인터보어부에 크로스 드릴홀을 안정적으로 적용할 수 있어 실린더 블록의 냉각성능을 향상시키는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 알루미늄 실린더 블록은 전체적인 인터보어부의 두께를 줄일 수 있어 컴팩트화할 수 있으며, 라이너와 알루미늄 모재의 밀착성을 모두 확보하고, 원가상승을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

즉, 본 발명의 알루미늄 실린더 블록은 실린더 보어간 간극이 작은 컴팩트한 구조에 상기한 가공홈부를 갖는 라이너를 적용하여 크로스 드릴홀의 가공이 가능하도록 하며, 상기 크로스 드릴홀이 적용되는 구간은 온도가 높은 실린더 블록의 상면쪽에 치우쳐 있어 라이너에 가공홈부를 형성하는 구간도 15mm 이내로 많지 않아 라이너의 외주면에 충분한 요철면을 가지므로 라이너와 알루미늄 모재간의 밀착성을 유지시킬 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 알루미늄 실린더 블록의 인터보어부 부분 절개 단면도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 알루미늄 실린더 블록에 적용되는 라이너의 사시도이다.

단, 본 발명의 구성을 설명함에 있어, 종래 기술의 구성과 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 적용하여 설명한다.

본 실시예에 따른 알루미늄 실린더 블록(1)은 실린더 보어(B)의 내주면에 주철제 라이너(7)를 적용한다.

상기 라이너(7)는 그 외주면 상부 일정구간(S)을 절삭 가공한 가공홈부(9)로 형성하여 알루미늄 모재로 이루어지는 알루미늄 실린더 블록(1)은 그 인터보어부(IB) 두께를 상기 가공홈부(9)만큼 일정구간(S) 확대하여 구성한다.

그리고 상기 알루미늄 실린더 블록(1)은 상기 일정구간(S) 내의 인터보어부(IB)를 통하여 크로스 드릴홀(5)을 가공하여 구성된다.

여기서, 상기 라이너(7)는 그 가공홈부(9)를 제외한 외주면이 요철(SPINY)면(F)으로 형성되는 것이 바람직하다.

그리고 상기 일정구간(S)은 15mm 이내인 것이 바람직하다.

또한, 상기 가공홈부(9)는 상기 라이너(7)의 외주면과 일정각의 상,하부 경사면(11,13)으로 연결된다.

여기서, 상기 상,하부 경사면(11,13)이 갖는 일정각은 45°인 것이 바람직하다.

그리고 상기 라이너(7)는 그 상단 에지(EDGE)부(E)가 라운드 가공된다.

따라서 상기한 바와 같은 구성을 갖는 알루미늄 실린더 블록(1)은 라이너(7) 의 외주면에 밀착성이 우수한 Cast-in 방식의 요철(spiny)면(F)이 형성되어 알루미늄 모재와 견고하게 밀착된다.

즉, 라이너(7)의 외주면을 가공하면 밀착성이 급격하게 저하되나, 본 실시예에 적요되는 라이너(7)는 그 가공부위가 15mm 이내의 한정적인 구간이며 상하영역에 여전히 요철(Spiny) 형상이 남아 있어 라이너(7)의 밀착성을 유지시킬 수 있다.

또한, 가공 추가로 인해 노치가 형성되면 응력이 집중되어 오히려 문제가 발생할 가능성이 있으나, 본 실시예에 따른 라이너(7)의 가공홈부(9) 형상은 직각이 아닌 45°의 경사면(11,13)으로 형성되며, 라이너(7) 상단의 에지(EDGE) 부위에는 라운드 가공처리를 적용하여 응력 집중을 해소시킬 수 있는 이점도 있다.

도 6은 종래 기술과 본 발명의 실시예에 따른 실린더 블록의 온도 분포도 및 내구강도 분포도이다.

도 6의 온도 분포도에서 알 수 있듯이, 종래 기술에 비하여 본 발명의 알루미늄 실린더 블록(1)이 그 인터보어부(IB)에서 최대온도 32.5˚C가 저감됨을 알 수 있으며, 보어(B)의 변형 및 마모가 가장 큰 Top ring 부위는 약 52˚C 가 저감됨을 알 수 있다.

그리고 도 6의 내구강도 분포도에서 알 수 있듯이, 내구강도 안전율도 0.8% 이상 개선되며, 특히 인터보어부(IB)의 안전율은 약 8% 정도 개선되는 것으로, 이는 온도저감 효과에 기인하는 것으로 짐작할 수 있다.

즉, 본 발명의 알루미늄 실린더 블록은 온도 개선효과가 매우 크고, 강도 측면에서도 유리한 것을 알 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 주철제 실린더 블록의 부분 사시도이다.

도 2는 종래 주철제 실린더 블록에 적용된 크로스 드릴홀의 나타내는 실린더 블록의 인터보어부 단면도이다.

도 3은 종래 기술에 따른 알루미늄 실린더 블록의 인터보어부 부분 절개 단면도이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 알루미늄 실린더 블록의 인터보어부 부분 절개 단면도이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 알루미늄 실린더 블록에 적용되는 라이너의 사시도이다.

도 6은 종래 기술과 본 발명의 실시예에 따른 실린더 블록의 온도 분포도 및 내구강도 분포도이다.

Claims (6)

1. 실린더 보어의 내주면에 주철제 라이너를 적용하는 알루미늄 실린더 블록에 있어서,

   상기 라이너의 외주면 상부 일정구간을 절삭 가공된 가공홈부를 형성하여 알루미늄 모재로 이루어지는 실린더 블록의 인터보어부 두께를 확대하며, 상기 일정구간 내의 인터보어부를 통하여 크로스 드릴홀을 가공하여 이루어지고,

   상기 가공홈부는 상기 라이너의 외주면과 일정각의 상,하부 경사면으로 연결되는 알루미늄 실린더 블록.
2. 제1항에 있어서,

   상기 라이너는

   가공홈부를 제외한 외주면이 요철(SPINY)면으로 형성되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 실린더 블록.
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,

   상기 일정각은

   45°인 것을 특징으로 하는 알루미늄 실린더 블록.
6. 제1항에 있어서,

   상기 라이너는

   그 상단 에지(EDGE)부가 라운드 가공된 것을 특징으로 하는 알루미늄 실린더 블록.

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