KR20020047659A

KR20020047659A - 차량용 엔진의 ｈｌａ 제조방법

Info

Publication number: KR20020047659A
Application number: KR1020000076192A
Authority: KR
Inventors: 안승균
Original assignee: 이계안; 현대자동차주식회사
Priority date: 2000-12-13
Filing date: 2000-12-13
Publication date: 2002-06-22
Also published as: US20020069939A1; JP2002201917A

Abstract

본 발명은 고탄소 침탄 처리된 HLA 상면에 추가로 에칭처리하여 초기 엔진 길들이기 및 상면 폴리싱 효과로 인해 밸브 드레인계의 마찰을 30%정도 저감할 수 있으며, 그로 인해 차량의 연비를 2-3%정도 향상시킬 수 있는 차량용 엔진의 HLA 제조방법에 관한 것으로, 이 HLA 제조방법은 MAC 14 등의 소재를 적정 직경으로 인발 가공하는 단계(S22)와, 인발 가공된 소재를 냉간 호우닝 하는 단계(S24)와, 냉간 호우닝 단계 후에 고탄소 침탄 처리하여 내마모성을 증대시키는 단계(S26)와, 피니싱 가공을 통해서 침탄 처리된 면을 마무리 가공하는 단계(S28)와, 피니싱 가공된 표면을 소정의 시간 동안 NITAL로 에칭처리 하여 완성하는 단계(S30)로 구성된다.

Description

차량용 엔진의 ＨＬＡ 제조방법{METHOD OF MAKING A HLA FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은 차량용 엔진의 HLA 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 고탄소 침탄 처리된 HLA 상면에 추가로 에칭처리하여 초기 엔진 길들이기 및 상면 폴리싱 효과로 인해 밸브 드레인계의 마찰을 30%정도 저감할 수 있는 차량용 엔진의 HLA 제조방법에 관한 것이다.

차량용 엔진에서 밸브 리프터는 캠축의 캠에 의해 작동되어 캠의 회전운동을 왕복운동을 변환시켜 직접 또는 푸시로드의 로커암을 거쳐서 밸브로 전달한다. 이러한 역할을 하는 밸브 리프터에 있어서, 기관의 작동온도에 관계없이 밸브 간극이 없는 상태에서 밸브 리프터가 작동되도록 하기 위해서 유압태핏(Hydraulic Lash Adjuster; 이하, HLA라 함)을 사용한다. 도 1에는 HLA의 구조가 도시되어 있다. HLA는 캠축(18)의 캠(19)과 마찰 접촉하는 태핏본체(10)를 포함하며, 이 태핏본체(10)의 내부(12)에는 태핏 피스톤을 비롯하여, 볼밸브와, 간극보상 스프링 등이 설치되어 있다. 태핏본체(10)(이하에서는 HLA라고도 칭함)는 밸브(14)에 장착된 스프링(16)에 의해서 상방으로 가압되어 항상 캠(19)과 접촉된 상태를 유지하면서 밸브 간극의 발생을 방지한다.

다음에, 도 2에는 종래의 제조방법에 따라서 태핏본체인 HLA를 제조하는 과정이 도시되어 있다. 종래의 제조방법을 보면, 먼저, 가령, SCM415H와 같은 탄소강 소재를 선택하여 인발기에 고정한 다음(단계 S10), 적절한 직경을 갖도록 인발 가공한다(단계 S12). 인발 가공된 소재는 냉간 호우닝 과정(단계 S14)을 거쳐서 침탄 열처리 작업을 실시한다(단계 S16). 침탄 열처리 후에는 마무리 공정으로서 피니싱 가공을 실시하여(단계 S18) HLA제품을 완성하게 된다.

이러한 구성을 지닌 종래의 제조방법에 의해 제조된 HLA의 경우에, 내마모성에는 별다른 문제가 없으나 캠샤프트와의 롤링 및 슬라이딩 접촉시에 마찰 토오크가 증대되어 밸브 드레인계의 마찰증대를 가져오며 그 결과 차량의 연비가 저하되는 원인이 된다. 또한 기계식 태핏과는 달리 HLA는 유압에 의해 제어되기 때문에 캠과의 접촉시에 면압이 높지 않으므로 HLA 상면 길들이기가 전혀 이루어지지 않고 있다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 인발 및 냉간 호우닝과정을 거쳐 고탄소 침탄 처리된 HLA 상면에 추가로 에칭처리를 실시하여 초기 엔진의 길들이기 및 상면 폴리싱 효과를 통해서 밸브 드레인계의 마찰을 30%정도 저감할 수 있으며, 그로 인해 차량의 연비를 2-3%정도 향상시킬 수 있는 차량용 엔진의 HLA 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 차량용 엔진의 HLA 구조를 개략적으로 보인 단면도,

도 2는 종래의 제조방법에 의한 HLA 제조과정을 보인 흐름도,

도 3은 본 발명의 제조방법에 의한 HLA 제조과정을 보인 흐름도.

[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]

10:태핏본체(HLA) 14:밸브

18:캠축 19:캠

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차량용 엔진의 HLA 제조방법은 MAC 14 등의 소재를 적정 직경으로 인발 가공하는 단계와, 인발 가공된 소재를 냉간 호우닝 하는 단계와, 냉간 호우닝 단계 후에 고탄소 침탄 처리하여 내마모성을 증대시키는 단계와, 피니싱 가공을 통해서 침탄 처리된 면을 마무리 가공하는 단계와, 피니싱 가공된 표면을 소정의 시간 동안 NITAL로 에칭처리 하여 완성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도 3을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 엔진의 HLA 제조방법에 대하여 상세히 설명하며, 도 1에서 설명한 HLA 구성부품은 동일 번호로 인용하여 설명한다.

도 3은 본 발명의 제조방법에 의한 HLA 제조과정을 보인 흐름도이다.

여기에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 고탄소 침탄 처리된 HLA를 피니싱 가공 후에 에칭처리를 추가로 실시하는 방법을 예시하였다.

즉, MAC 14 등의 소재를 인발기에 고정한 후에(단계 S20), 이를 적정 직경으로 인발 가공한다(단계 S22). 다음에, 인발 가공된 소재를 냉간 호우닝 하며(단계 S24), 냉간 호우닝된 소재는 고탄소 침탄 처리하여 내마모성을 증대시킨다(단계 S26). 다음에, HLA를 피니싱 가공을 통해서 침탄 처리된 면을 마무리 가공한다(단계 S28).

이상의 단계(S20-S28)들은 본 출원인이 1998년 12월 2일 출원하여 2000년 7월 5일 공개된 대한민국 특허공개 제2000-0037732호에 상세히 개시되어 있다. 이 특허는 강의 내피팅성, 내마모 특성 및 마찰저항 특성을 향상시키는 고탄소 침탄 열처리 방법을 개시한 것으로서, 저탄소강을 Fe-C 상태도 상의 Ac1점 이상의 온도에서 Acm 선상의 탄소 농도를 초과하는 분위기 하에서 침탄을 개시하여 오스테나이트 상까지 온도를 상승시키면서 고탄소 침탄을 수행하여 침탄층내에 미세한 탄화물을 형성시킴으로써 강의 내피팅성, 내마모 특성 및 마찰저항 특성을 향상시키는 고탄소 침탄 열처리방법을 개시하였다.

이러한 고탄소 침탄 열처리방법은 자동차 엔진용 기계식 태핏심을 비롯하여, 밸브 리프터, 커넥팅 로드, 베어링, 구동축 및 고부하 기어 등의 부품에 적용 가능한 열처리 방법이다.

이러한 고탄소 침탄과정을 거친 후에, 피니싱 가공된 표면을 소정의 시간(약50초)동안 NITAL로 에칭처리 하여 완성한다(단계 S30). NITAL에 의한 에칭방법은 1999년 10월 26자로 허여된 미국특허 5,972,128호에 상세히 기재되어 있다. 이 특허는 주철 및 피스톤 링의 에칭방법을 상세히 개시하고 있으며, NITAL에 의해 에칭 처리한 주철 구조에 대한 확대사진을 도 2에 나타내고 있다. 도 1에는 에칭 처리하지 않은 주철 구조에 대한 확대사진이 나타나 있다.

자체 실험 결과, 고탄소 침탄후 에칭처리된 HLA을 탑재한 차량의 경우 실주행영역인 2500-3000rpm에서 기존 침탄처리 HLA대비 약 30%의 마찰 저감효과가 있음을 확인 할 수 있었으며, 이는 TIN 코팅의 경과와 거의 동등한 수준이다. 연비 실험에 있어서도 XD 테이퍼 심의 상면과 유사한 수준의 연비 향상효과를 확인 할 수 있었다.

또한, 고탄소 침탄후 에칭처리되지 않은 HLA의 마찰저감효과는 기존의 침탄 대비 미미한 수준이었으며, 그 원인으로는 HLA상면의 폴리싱이 전혀 이루어지지 않아 마찰저감 효과가 없는 것으로 나타났다.

그리고, 고탄소 침탄후 에칭 처리된 HLA는 브레이크 인(break-in)이전의 마찰 토오크가 TIN계에 비해 약 10%정도 높은 편이지만, 3시간의 브레이크 인으로 TIN계와 유사한 마찰 토오크 데이터를 얻을 수 있었다. 또한, 800rpm/10h, 3000rpm/10h 이후에는 일정한 마찰 토오크 값을 보였다.

결론적으로 고탄소 침탄재의 마찰저감을 위해 에칭처리한 본 발명의 HLA의 경우에 마찰저감 효과 및 차량의 연비증대효과를 얻을 수 있었으며, 브레이크 인 시간의 단축으로 인해 에칭시간의 증대(50초→100초)효과를 가져왔다.

이상으로 설명한 본 발명에 의하면, 고탄소 침탄 처리된 HLA 상면에 추가로 에칭처리하여 초기 엔진 길들이기 및 상면 폴리싱 효과로 인해 밸브 드레인계의 마찰을 30%정도 저감할 수 있으며, 그로 인해 차량의 연비를 2-3%정도 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

Claims

MAC 14 등의 소재를 적정 직경으로 인발 가공하는 단계(S22)와,

인발 가공된 소재를 냉간 호우닝 하는 단계(S24)와,

냉간 호우닝 단계 후에 고탄소 침탄 처리하여 내마모성을 증대시키는 단계(S26)와,

피니싱 가공을 통해서 침탄 처리된 면을 마무리 가공하는 단계(S28)와,

피니싱 가공된 표면을 소정의 시간 동안 NITAL로 에칭처리 하여 완성하는 단계(S30)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 엔진의 HLA 제조방법.
제 1항에 있어서,

상기 피니닝 가공면을 약 50초 동안 NITAL로 에칭처리 하는 것을 특징으로 하는 차량용 엔진의 HLA 제조방법.