KR19980058370U - 건식 실린더 라이너 - Google Patents

Abstract

본 고안은 자동차 엔진용 건식 실린더 라이너에 관한 것으로, 특히, 기존의 특수 합금 대신에 바나듐 및 알루미늄이 첨가된 건식 실린더 라이너(Dry type Cylinder Liner)에 관한 것이다.

본 고안의 건식 실린더 라이너는, 2.8 ∼ 3.6 % 의 탄소(C), 1.6 ∼ 2.7 % 의 규소(Si), 0.4 ∼ 1.0 % 의 망간(Mn), 0.5 % 이하의 인(P), 0.12 % 이하의 유황(S), 0.4 % 이하의 크롬(Cr), 0.4 % 이하의 구리(Cu), 잔부의 철(Fe) 등의 종래의 실린더 라이너에 함유되었던 조성물들을 포함함과 동시에, 종래의 실린더 라이너의 조성물인 니오브(Nb)와 붕소(B)는 첨가되지 않고, 대신에 0.2 ∼0.4 % 의 바나듐(V)과 0.02 ∼ 0.1 % 의 알루미늄(Al) 등이 추가 조성물로 포함된다. 이와 같은 성분비로 조성됨에 따라, 실린더 라이너의 제조원가를 절감할 수 있을 뿐만 아니라 내마모성도 우수하여 수명도 대폭 연장할 수 있다.

Description

건식 실린더 라이너

본 고안은 자동차 엔진용 건식 실린더 라이너(Dry-type Cylinder Liner)에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 기존의 특수 합금 대신에 바나듐(V) 및 알루미늄(Al)이 첨가되어 원가를 절감할 수 있을 뿐만 아니라 내마모성도 우수한 건식 실린더 라이너에 관한 것이다.

자동차용 엔진의 실린더는 주어진 열에너지로부터 가능한 한 큰 동력을 얻기 위하여 실린더와 피스톤 사이에서 압축된 혼합기나 연소한 폭발가스가 새지 않도록 함과 동시에 피스톤의 접동에 의한 마찰과 마모가 적어야 한다. 때문에 실린더 내벽은 정밀하게 연마 가공 되며, 엔진에 따라서는 실린더 블록과 별도의 재료로 성형된 실린더 라이너를 끼워 넣기도 한다.

실린더 라이너를 사용하는 경우에는, 일반적으로, 주철의 실린더 블록에 특수 주철의 실린더 라이너를 끼워 넣지만, 엔진에 따라 중량을 가볍게 함과 동시에 열 전도를 좋게 하기 위하여 실린더 블록의 대부분을 경합금(알루미늄 합금)으로 주조하고 실린더 블록에는 별도의 주철로 만든 실린더 라이너를 1 개씩 실린더 블록에 끼워 넣은 것도 있다.

실린더 라이너에는 냉각수가 직접 닿지 않고 실린더 블록을 거쳐서 냉각하는 건식 실린더 라이너(Dry type Cylinder Liner)와, 라이너의 외벽에 워터 재킷이 설치되어 직접 냉각수에 닿는 습식 실린더 라이너(Wet type Cylinder Liner)의 2 종류가 있으며, 본 고안은 건식 라이너에 관한 것이다.

통상, 실린더 라이너 제작 방식으로, 실린더에 최적인 재료를 선택할 수 있고, 또한 실린더에 적합한 금속 조직을 만들 수 있다는 장점으로 원심 주조법이 주로 이용되고 있다.

한편, 주철의 성질을 결정하는 가장 큰 요소는 현미경 조직으로, 이 현미경 조직은 냉각 속도와 화학 조성 등에 의해서 결정된다.

주철의 조직은 통상, 흑연의 형상과 탄화물의 조직인 기지(Matrix)로 대별되는 2 개 중요한 부분으로 되어 있다.

특히, 흑연의 형상은 형체나 크기 및 분포상태가 매우 여러 가지 종류가 있으므로, A.S.T.M (American Society for Testing Materials) 규격에서는 A∼E 타입의 5 종류로 분류하고 있다.

한편, 실린더 라이너의 주철 조직은 내마모성을 향상시키고, 원활한 윤활작용을 할 수 있게 하기 위하여 A 타입을 70 % 이상 만드는데 역점을 두고 있는데, 이를 위하여 Fe - B 를 첨가하거나 Fe - Nb 를 첨가하는 등 여러 가지의 방법이 동원되고 있다.

첨부된 도면에 제시된 도 1 및 도 2 의 표는 종래의 실린더 라이너의 조성물 함량비를 보인 것으로, 도 1 은 Nb 가 첨가된 실린더 라이너의 성분 함량표이고, 도 2 는 B 합금이 첨가된 실린더 라이너의 성분 함량표이다.

도 1, 2 의 성분 함량표에서 알 수 있는 바와 같이, 종래의 건식 실린더 라이너들은,

2.6 ∼ 3.6 % 의 탄소(C),

1.5 ∼ 2.7 % 의 규소(Si),

0.4 ∼ 1.0 % 의 망간(Mn),

0.7 % 이하의 인(P),

0.12 % 이하의 유황(S),

0.4 % 이하의 크롬(Cr),

0.4 % 이하의 구리(Cu),

잔부의 철(Fe)

등의 조성물들을 공통적으로 포함하고 있으며, 도 1 의 실린더 라이너는 0.2∼0.4 % 의 니오브(Nb)를, 도 2 의 실린더 라이너는 0.02∼0.2 % 의 붕소(B : Boron)를 각각 별도의 조성물로서 포함하고 있다.

이상에서와 같이, 실린더 라이너의 조성물 함량을 제한하는 이유는 다음과 같다.

탄소(C)가 2.6 % 이하이면 D 타입 또는 E 타입의 흑연이 형성되어 불량이 발생되고, 3.6 % 이상이면 C 타입 또는 공정흑연이 형성되어 불량이 발생된다.

규소(Si)가 1.5 % 이하이면 냉경(冷硬)되어 가공이 잘 되지 않으며, 2.7 % 이상이면 실리코-퍼라이트(Silico-Ferrite)가 형성되어 라이너가 취약해진다.

그리고, 인(P)은 스테다이트(Steadite) 한계치이고, 유황(S)은 함량은 취성 (脆性)방지를 위한 상한치이다.

그러나, 상술한 바와 같은 함량의 종래 실린더 라이너는 니오브(Nb)나 붕소(B)와 같은 값비싼 특수 합금이 첨가되어야 하므로, 재료 원가가 높았을 뿐만 아니라 용해시에는 높은 온도를 필요로하여 제조 원가도 높다는 문제점이 제기되었다.

또, 원활한 표면처리가 불가능하기 때문에 가공 및 마무리 공정에 투입되는 공수도 대단히 크다는 문제점도 가지고 있었다.

이에, 본 고안은 상기와 같은 종래의 실린더 라이너가 가진 문제점이 해소된 것으로, 종래의 실린더 라이너와 달리 니오브(Nb)와 붕소(B)를 넣지 않고, 바나듐(V)과 알루미늄(Al)이 첨가되어, 특수 합금 삭제에 따른 재료비의 절감할 수 있고, 가공 및 마무리공정의 용이화로 제조 원가를 절감할 수 있으며, 내마모성도 우수한 건식 실린더 라이너를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1 은 종래의 Nb 이 첨가된 건식 실린더 라이너의 성분 함량표.

도 2 는 종래의 B 합금이 첨가된 건식 실린더 라이너의 성분 함량표.

도 3 은 본 고안의 일 실시예에 의한 건식 실린더 라이너 성분 함량표.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 고안의 건식 실린더 라이너는, 2.8 내지 3.6 % 의 탄소(C), 1.6 내지 2.7 % 의 규소(Si), 0.4 내지 1.0 % 의 망간(Mn), 0.5 % 이하의 인(P), 0.12 % 이하의 유황(S), 0.4 % 이하의 크롬(Cr), 0.4 % 이하의 구리(Cu), 0.2 내지 0.4 % 의 바나듐(V), 0.02 내지 0.1 % 의 알루미늄(Al), 그리고 나머지는 철(Fe) 성분으로 조성되는 것을 특징으로 한다.

이하, 상기의 구성들로 이루어진 본 고안의 바람직한 일 실시예를 보다 구체적으로 설명한다.

본 실시예를 설명함에 있어 명료성을 위하여 서두에서 설명된 종래의 기술과 가능한 중복되지 않게 개선된 부분만을 주로하여 설명한다.

본 실시예의 건식 실린더 라이너는 도 3 의 성분 함량표에서 알 수 있는 바와 같이,

2.8 ∼ 3.6 % 의 탄소(C),

1.6 ∼ 2.7 % 의 규소(Si),

0.4 ∼ 1.0 % 의 망간(Mn),

0.5 % 이하의 인(P),

0.12 % 이하의 유황(S),

0.4 % 이하의 크롬(Cr),

0.4 % 이하의 구리(Cu),

잔부의 철(Fe)

등의 종래의 실린더 라이너에 함유되었던 조성물들이 포함됨과 동시에, 종래의 실린더 라이너의 조성물인 니오브(Nb)와 붕소(B)는 첨가되지 않고, 대신에

0.2 내지 0.4 % 의 바나듐(V),

0.02 ∼ 0.1 % 의 알루미늄(Al) 등이 추가 조성물로 포함된다.

이상과 같은 구성으로, 본 고안의 건식 실린더 라이너는 그 주철 조직이 90 % 이상이 A 타입인 조직을 얻을 수 있다. 따라서, 실린더 라이너의 취성이 방지될 수 있으며, 엔진 내부에서 원활한 윤활작용을 할 수 있다.

여기서 바나듐은 라이너의 내마모성을 증진시키게 되며, 더불어 구리와 알루미늄을 한정 포함하므로써, 바나듐에 의한 취성(脆性)을 방지할 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같은 본 고안에 의하면, 종래의 실린더 라이너와 달리 특수 합금 첨가제인 니오브(Nb)와 붕소(B)를 넣지 않고, 바나듐(V)와 알루미늄(Al)이 첨가되므로, 재료비가 낮아져 제조원가를 크게 절감할 수 있다. 또한, 가공 및 마무리 공정이 손쉬워짐에 따라 제조공수도 낮출 수 있으며, 뿐만아니라 내마모성도 우수해짐에 따라 그 수명도 대폭 연장되는 효과가 있다.

본 고안은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 실용신안등록청구의 범위에서 청구하는 본 고안의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.

Claims (1)

1. 2.8 내지 3.6 % 의 탄소(C),

   1.6 내지 2.7 % 의 규소(Si),

   0.4 내지 1.0 % 의 망간(Mn),

   0.5 % 이하의 인(P),

   0.12 % 이하의 유황(S),

   0.4 % 이하의 크롬(Cr),

   0.4 % 이하의 구리(Cu),

   0.2 내지 0.4 % 의 바나듐(V),

   0.02 내지 0.1 % 의 알루미늄(Al),

   그리고, 나머지는 철(Fe) 성분으로 조성되는 것을 특징으로 하는 건식 실린더 라이너.