KR102406121B1

KR102406121B1 - 실린더 블록

Info

Publication number: KR102406121B1
Application number: KR1020170134048A
Authority: KR
Inventors: 이병수; 이봉상
Original assignee: 현대자동차 주식회사; 기아 주식회사
Priority date: 2017-10-16
Filing date: 2017-10-16
Publication date: 2022-06-07
Also published as: DE102017221933A1; KR20190042294A; US20190112998A1; US10619592B2

Abstract

본 발명에 따른 실린더 블록은 복수개의 실린더들, 상기 복수개의 실린더들의 외곽을 따라서 냉각수가 흐르는 워터자켓, 그리고 상기 복수개의 실린더들의 상부와 하부의 냉각을 분리하기 위해서, 상기 복수개의 실린더들의 양쪽에 형성된 상기 워터자켓 내에 각각 삽입되는 삽입부재들을 포함하며, 상기 삽입부재들은, 상기 워터자켓의 하부에서 상기 냉각수의 유동을 억제하고, 상기 워터자켓의 상부에서 상기 냉각수의 유동을 발생 시킨다.

Description

실린더 블록{CYLINDER BLOCK}

본 발명은 워터자켓 내에 삽입 부재를 구비하여 크로스 플로우 타입의 냉각수 유동을 구현할 수 있는 실린더 블록에 관한 것이다.

일반적으로 엔진의 연소실에서 발생한 열의 일부는 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.

상기 엔진의 열적 장애는 연소불량, 노킹 등의 이상연소를 발생시켜 피스톤이 용손되는 등의 중대한 손상을 줄 수 있다. 또한, 열효율 및 출력이 저하되는 문제점이 있다. 반대로, 엔진의 과도한 냉각은 출력과 연비의 악화 및 실린더의 저온 마모 등 문제점이 있어 냉각수 온도를 적정하게 제어할 필요가 있다.

이러한 측면에서, 종래 기술에 따른 엔진에는 실린더 블록과 실린더 헤드의 내부에 워터자켓이 형성되고, 이 워터자켓을 순환하는 냉각수가 연소실에 대응하는 스파크 플러그(Spark plug) 주변이나 배기포트, 및 밸브시트 주위 등의 금속면을 냉각시키게 된다.

그러나 상기한 바와 같은 종래의 엔진에서 실린더 블록에 적용되는 워터자켓은 기통의 순서대로 유입된 냉각수를 각각 순환시키는 바, 상대적으로 온도 차이가 발생되는 연소실의 상, 하부에 대응하는 실린더 블록을 효과적으로 냉각하지 못하여 엔진의 전체적인 냉각효과가 다소 미흡한 단점이 있다.

특히, 연소실과 가까운 실린더블록의 상부는 과열되어 여러 가지 문제점을 야기시킨다. 한편으로는, 연소실과 비교적 멀리 떨어진 실린더블록의 하부는 과도하게 냉각되어 웜웝시간이 늘어나는 문제점이 있다.

이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

본 발명은 실린더 블록의 상부와 하부의 냉각을 분리하고, 실린더 기통간 온도 편차를 최소화할 수 있는 실린더 블록을 제안하고자 한다.

본 발명의 실린더 블록은 복수개의 실린더들, 상기 복수개의 실린더들의 외곽을 따라서 냉각수가 흐르는 워터자켓, 그리고 상기 복수개의 실린더들의 상부와 하부의 냉각을 분리하기 위해서, 상기 복수개의 실린더들의 양쪽에 형성된 상기 워터자켓 내에 각각 삽입되는 삽입부재들을 포함하며, 상기 삽입부재들은, 상기 워터자켓의 하부에서 상기 냉각수의 유동을 억제하고, 상기 워터자켓의 상부에서 상기 냉각수의 유동을 발생시킨다.

상기 삽입 부재들은, 상기 워터자켓의 일측에 삽입되는 제1 삽입 부재, 그리고 상기 워터자켓의 타측에 삽입되는 제2 삽입 부재를 포함할 수 있다.

상기 제1 삽입 부재 및 제2 삽입 부재는, 상기 워터자켓의 하부에 형성되며 상기 복수개의 실린더들의 보어를 감싸도록 반원형으로 이루어진 유동 억제부를 포함하는 프레임 부재, 그리고 상기 복수개의 실린더들과 상기 프레임 부재 사이에 배치되며, 상기 유동 억제부에 접착되는 보온 부재들을 포함할 수 있다.

상기 프레임 부재는, 상기 유동 억제부에서 상기 워터자켓의 상부 쪽으로 돌출되어 형성되며, 상기 냉각수의 유동을 발생시키는 유동부를 포함할 수 있다.

상기 제1 삽입 부재의 프레임 부재에 형성된 유동 억제부는, 상기 프레임 부재의 일측에서 타측으로 높이가 증가하도록 형성되고, 상기 제2 삽입 부재의 프레임 부재에 형성된 유동 억제부는, 상기 프레임 부재의 타측에서 일측으로 높이가 증가하도록 형성될 수 있다.

상기 제1 삽입 부재의 보온 부재들은, 상기 제1 삽입 부재의 프레임 부재에 형성된 유동 억제부의 높이에 대응되는 크기로 형성되고, 상기 제2 삽입 부재의 보온 부재들은, 상기 제2 삽입 부재의 프레임 부재에 형성된 유동 억제부의 높이에 대응되는 크기로 형성될 수 있다.

상기 보온 부재들은, 고무 재질로 이루어지며, 냉각수의 수온 상승시 체적 팽창되어 냉각수의 유동을 억제할 수 있다.

상기 유동 억제부는, 상기 프레임 부재와 실린더 블록과의 마찰을 최소화하도록 실린더 블록과 접촉되는 부분이 격자 모양으로 이루어질 수 있다.

상기 제1 삽입 부재는, 상기 워터자켓의 일측에서 상기 워터자켓의 타측으로의 냉각수의 유동을 차단하는 제1 씰링 부재를 더 포함할 수 있다.

상기 제2 삽입 부재는, 상기 워터자켓의 타측에서 상기 워터자켓의 일측으로의 냉각수의 유동을 차단하는 제2 씰링 부재를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 실린더 블록의 워터자켓에 삽입 부재를 배치하되, 유동 억제부 및 보온 부재를 통해 워터자켓 하부의 냉각수 유동을 억제함으로써, 실린더 블록의 상부와 하부의 냉각을 분리하여 실린더 블록 상부의 과열을 방지하고, 실린더 블록 하부의 단열 성능을 향상시킬 수 있는 환경을 제공한다.

또한, 본 발명은 프레임 부재의 유동 억제부가 소정의 구배를 가지도록 형성함으로써, 냉각수의 유속을 증가시킬 수 있는 환경을 제공한다.

또한, 본 발명은 워터자켓의 일측에 형성된 유동 억제부의 구배와 워터 자켓의 타측에 형성된 유동 억제부의 구배가 대칭되도록 형성하고, 크로스 플로우 타입으로 냉각수를 유동시킴으로써, 실린더 블록의 기통간 온도 편차를 최소화할 수 있는 환경을 제공한다.

또한, 본 발명은 실린더 블록과 접촉되는 프레임 부재의 유동 억제부 부분을 격자 모양으로 형성함으로써, 프레임 부재와 실린더 블록과의 마찰을 최소화할 수 있는 환경을 제공한다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따라 워터자켓에 삽입 부재가 삽입되는 실린더 블록을 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 실린더 블록을 위에서 바라본 평면도이다.
도 3은 도 2의 A-A 선에 따른 단면을 보여주는 단면도이다.
도 4는 도 2의 B-B 선에 따른 단면을 보여주는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따라 실린더 블록의 워터자켓에 삽입되는 삽입 부재들의 분해 사시도이다.
도 6은 도 5에 따른 삽입 부재를 제1 삽입 부재 쪽에서 바라본 측면도이다.
도 7은 도 5에 따른 삽입 부재를 제2 삽입 부재 쪽에서 바라본 측면도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 의미한다.

본 명세서에서 사용된 "차량", "차", "차량의", "자동차" 또는 다른 유사한 용어들은 스포츠 실용차(sports utility vehicles; SUV), 버스, 트럭, 다양한 상용차를 포함하는 승용차, 다양한 종류의 보트나 선박을 포함하는 배, 항공기 및 이와 유사한 것을 포함하는 자동차를 포함하며, 하이브리드 차량, 전기 차량, 플러그 인 하이브리드 전기 차량, 수소연료 차량 및 다른 대체 연료(예를 들어, 석유 외의 자원으로부터 얻어지는 연료) 차량을 포함한다.

이제 도 1 내지 도 7을 참고하여 본 발명의 한 실시예에 따른 실린더 블록에 대하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따라 워터자켓에 삽입 부재가 삽입되는 실린더 블록을 도시한 도면이고, 도 2는 도 1의 실린더 블록을 위에서 바라본 평면도이고, 도 3은 도 2의 A-A 선에 따른 단면을 보여주는 단면도이고, 도 4는 도 2의 B-B선 에 따른 단면을 보여주는 단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 실린더 블록(100)은 실린더 헤드와 실린더 블록으로 구성된 엔진에서 복수개의 실린더들(102 내지 108)이 형성된다. 예를 들어, 상기 실린더블록(100)에는 제1실린더(102), 제2실린더(104), 제3실린더(106), 및 제4실린더(108)가 형성될 수 있다.

이러한 실린더 블록(100)에는 상기 복수개의 실린더들(102 내지 108)의 외곽을 따라서 냉각수가 흐르는 워터자켓(110)이 구비된다.

그리고, 본 발명의 실시예에 따른 실린더 블록(100)을 포함하는 엔진은 냉각수가 상기 워터자켓의 일측(110a)에서 실린더 헤드(미도시)의 방향으로 상승하여 이동하고, 상기 실린더 헤드의 배기 밸브(미도시) 측에서 흡기 밸브(미도시) 측을 통과하여, 상기 워터자켓의 타측(110b) 유동되는 크로스 플로우 타입으로 유동될 수 있다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 워터자켓(110)의 내부에는 상기 복수개의 실린더들(102 내지 108)의 상부와 하부의 냉각을 분리하기 위해서, 상기 복수개의 실린더들의 양쪽에 형성된 상기 워터자켓 내에 각각 삽입되는 삽입부재들(120, 130)이 배치된다.

삽입부재들(120, 130)은 상기 워터자켓(110)의 하부에서의 냉각수의 유동을 억제하고, 상기 워터자켓(110)의 상부에서의 상기 냉각수의 유동을 발생/증가시킬 수 있다.

본 발명의 한 실시예에 따른 실린더 블록(100)은 도 2와 같이, 배기 밸브(미도시)가 위치에 대응되는 상기 워터자켓의 일측(110a)에 제1 삽입 부재(120)가 배치되고, 흡기 밸브(미도시)가 배치된 위치에 대응되는 상기 워터자켓의 타측(110b)에 제2 삽입 부재(130)가 배치된다.

도 5는 본 발명의 한 실시예에 따라 실린더 블록의 워터자켓에 삽입되는 삽입 부재들의 분해 사시도이다.

도 5를 참조하면, 삽입부재들(120, 130)은 본 발명의 한 실시예에 따라 상기 워터자켓의 일측(110a)에 삽입되는 제1 삽입 부재(120) 및, 상기 워터자켓의 타측(110b)에 삽입되는 제2 삽입 부재(130)를 포함한다.

제1 삽입 부재(120)는 본 발명의 한 실시예에 따라 제1 프레임 부재(122), 제1 보온 부재(124) 및, 제1 씰링 부재(126)을 포함한다. 그리고, 제2 삽입 부재(130)는 본 발명의 한 실시예에 따라 제2 프레임 부재(132), 제2 보온 부재(134) 및, 제2 씰링 부재(136)을 포함한다.

프레임 부재들(122, 132)은 본 발명의 한 실시예에 따라 플라스틱 재질로 형성될 수 있다. 그리고, 프레임 부재들(122,132)은 본 발명의 한 실시예에 따라 유동 억제부(122a, 132a) 및 유동부(122b, 132b)를 포함한다.

유동 억제부(122a, 132a)는 상기 워터자켓(110)의 하부에 형성되며, 상기 복수개의 실린더들의 보어를 감싸도록 반원형으로 이루어진다. 그리고, 유동 억제부(122a, 132a)는 프레임 부재들(122,132)의 일측에서 타측으로 각각 소정의 구배를 가지도록 형성될 수 있다.

그리고, 유동부(122b, 132b)는 상기 유동 억제부(122a, 132a)에서 상기 워터자켓(110)의 상부쪽으로 각각 돌출되어 형성되며, 워터자켓 내에 상기 냉각수의 유동을 발생시킬 수 있다.

상기 보온 부재들(124, 134)은 상기 복수개의 실린더들(102 내지 108)과 상기 프레임 부재들(122, 132) 사이에 배치되며, 각각 유동 억제부(122a, 132a)에 접착될 수 있다.

상기 보온 부재들(124, 134)은 본 발명의 한 실시예에 따라 고무 재질로 이루어지며, 냉각수의 수온 상승시 체적 팽창되어 냉각수의 유동을 억제한다. 상기 보온 부재들(124, 134)은 알루미늄으로 이루어진 실린더 블록의 열팽창율보다 큰 재질로 형성될 있다. 상기 보온 부재들(124, 134)은 체적 팽창을 통해 실록더들의 보어 면에 밀착되고, 밀착된 상태를 계속적으로 유지할 수 있다.

씰링 부재들(126, 136)은 워터자켓의 일측(110a)과 워터자켓의 타측(110b) 사이의 냉각수 유동을 차단한다. 예를 들어, 제1 씰링 부재(126)는 상기 워터자켓의 일측(110a)에서 상기 워터자켓의 타측(110b)으로의 냉각수의 유동을 차단할 수 있고, 제2 씰링 부재(136)는 상기 워터자켓의 타측(110b)에서 상기 워터자켓의 일측(110a)으로의 냉각수의 유동을 차단할 수 있다.

도 6는 도 5에 따른 삽입 부재를 제1 삽입 부재 쪽에서 바라본 측면도이고, 도 7는 도 5에 따른 삽입 부재를 제2 삽입 부재 쪽에서 바라본 측면도이다.

도 6을 참조하면, 상기 제1 삽입 부재(120)의 제1 프레임 부재(122)에 형성된 제1 유동 억제부(122a)는, 상기 제1 프레임 부재(122)의 일측(Front측)에서 타측(Rear측)으로 높이가 증가하도록 형성된다. 예를 들어, 제1 유동 억제부(122a)는 제1 프레임 부재(122)의 타측(Rear측)에서의 높이(x1)가 상기 제1 프레임 부재(122)의 일측(Front측)에서의 높이(y1)보다 클 수 있다. 그리고, 제1 삽입 부재(120)의 제1 보온 부재(124)는 상기 제1 유동 억제부(122a)의 높이에 대응되는 크기로 형성될 수 있다.

도 7을 참조하면, 상기 제2 삽입 부재(130)의 제2 프레임 부재(132)에 형성된 제2 유동 억제부(132a)는, 상기 제2 프레임 부재(132)의 타측(Rear측)에서 일측(Front측)으로 높이가 증가하도록 형성된다. 예를 들어, 제2 유동 억제부(132a)는 제1 프레임 부재(122)의 일측(Front측)에서의 높이(x2)가 상기 제1 프레임 부재(122)의 타측(Rear측)에서의 높이(y2)보다 클 수 있다. 또한, 제2 삽입 부재(130)의 제2 보온 부재(134)는 상기 제2 유동 억제부(132a)의 높이에 대응되는 크기로 형성될 수 있다.

그리고, 유동 억제부들(124a, 124a)는 상기 프레임 부재들과 실린더 블록과의 마찰을 최소화하도록 실린더 블록과 접촉되는 부분이 격자 모양으로 이루어질 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 한 실시예에 따른 실린더 블록은 실린더 블록의 워터자켓에 삽입 부재를 배치하되, 유동 억제부 및 보온 부재를 통해 워터자켓 하부의 냉각수 유동을 억제함으로써, 실린더 블록의 상부와 하부의 냉각을 분리하여 실린더 블록 상부의 과열을 방지하고, 실린더 블록 하부의 단열 성능을 향상시킬 수 있는 환경을 제공한다.

또한, 본 발명의 한 실시예에 따른 실린더 블록은 프레임 부재의 유동 억제부가 소정의 구배를 가지도록 형성함으로써, 냉각수의 유속을 증가시킬 수 있는 환경을 제공한다.

또한, 본 발명의 한 실시예에 따른 실린더 블록은 워터자켓의 일측에 형성된 유동 억제부의 구배와 워터 자켓의 타측에 형성된 유동 억제부의 구배가 대칭되도록 형성하고, 크로스 플로우 타입으로 냉각수를 유동시킴으로써, 실린더 블록의 기통간 온도 편차를 최소화할 수 있는 환경을 제공한다.

또한, 본 발명의 한 실시예에 따른 실린더 블록은 실린더 블록과 접촉되는 프레임 부재의 유동 억제부 부분을 격자 모양으로 형성함으로써, 프레임 부재와 실린더 블록과의 마찰을 최소화할 수 있는 환경을 제공한다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims

복수개의 실린더들,
상기 복수개의 실린더들의 외곽을 따라서 냉각수가 흐르는 워터자켓, 그리고
상기 복수개의 실린더들의 상부와 하부의 냉각을 분리하기 위해서, 상기 복수개의 실린더들의 양쪽에 형성된 상기 워터자켓 내에 각각 삽입되는 삽입부재들을 포함하며,
상기 삽입부재들은,
상기 워터자켓의 하부에서 상기 냉각수의 유동을 억제하고, 상기 워터자켓의 상부에서 상기 냉각수의 유동을 발생시키고,
상기 삽입 부재들은,
상기 워터자켓의 일측에 삽입되는 제1 삽입 부재, 그리고
상기 워터자켓의 타측에 삽입되는 제2 삽입 부재, 를 포함하며,
상기 제1 삽입 부재 및 제2 삽입 부재는,
상기 워터자켓의 하부에 형성되며 상기 복수개의 실린더들의 보어를 감싸도록 반원형으로 이루어진 유동 억제부를 포함하는 프레임 부재, 그리고
상기 복수개의 실린더들과 상기 프레임 부재 사이에 배치되며, 상기 유동 억제부에 접착되는 보온 부재들, 을 포함하고,
상기 제1 삽입 부재의 프레임 부재에 형성된 유동 억제부는, 상기 프레임 부재의 일측에서 타측으로 높이가 증가하도록 형성되고,
상기 제2 삽입 부재의 프레임 부재에 형성된 유동 억제부는, 상기 프레임 부재의 타측에서 일측으로 높이가 증가하도록 형성되는 실린더 블록.
삭제
삭제
제1항에서,
상기 프레임 부재는,
상기 유동 억제부에서 상기 워터자켓의 상부쪽으로 돌출되어 형성되며, 상기 냉각수의 유동을 발생시키는 유동부를 포함하는 실린더 블록.
삭제
제1항에서,
상기 제1 삽입 부재의 보온 부재들은,
상기 제1 삽입 부재의 프레임 부재에 형성된 유동 억제부의 높이에 대응되는 크기로 형성되고,
상기 제2 삽입 부재의 보온 부재들은,
상기 제2 삽입 부재의 프레임 부재에 형성된 유동 억제부의 높이에 대응되는 크기로 형성되는 실린더 블록.
제1항에서,
상기 보온 부재들은,
고무 재질로 이루어지며, 냉각수의 수온 상승시 체적 팽창되어 냉각수의 유동을 억제하는 실린더 블록.
제1항에서,
상기 유동 억제부는,
상기 프레임 부재와 실린더 블록과의 마찰을 최소화하도록 실린더 블록과 접촉되는 부분이 격자 모양으로 이루어지는 실린더 블록.
제1항에서,
상기 제1 삽입 부재는,
상기 워터자켓의 일측에서 상기 워터자켓의 타측으로의 냉각수의 유동을 차단하는 제1 씰링 부재를 더 포함하는 실린더 블록.
제1항에서,
상기 제2 삽입 부재는,
상기 워터자켓의 타측에서 상기 워터자켓의 일측으로의 냉각수의 유동을 차단하는 제2 씰링 부재를 더 포함하는 실린더 블록.