KR20050037612A

KR20050037612A - 자동차용 실린더블록의 라이너구조

Info

Publication number: KR20050037612A
Application number: KR1020030072833A
Authority: KR
Inventors: 이태경
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2003-10-20
Filing date: 2003-10-20
Publication date: 2005-04-25
Also published as: KR100590937B1

Abstract

본 발명은 자동차용 실린더블록의 라이너구조에 관한 것으로서, 실린더 라이너 외주연에 단면이 사다리꼴 형상의 횡방향 리브를 원주방향으로 장착하되, 상기 리브는 라이너 외주연의 전면을 통해 연결되는 것이 아니라, 일정간격으로 나누어져 수직방향으로 설치됨으로써, 상기 실린더 라이너와 실린더블록의 결합성을 증대시켜 실린더 라이너의 변형을 방지하는 자동차용 실린더블록의 라이너구조에 관한 것이다.

Description

자동차용 실린더블록의 라이너구조{Structure of cylinderblock-liner for automobile}

본 발명은 자동차용 실린더블록의 라이너구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 실린더 라이너 외주연에 단면이 사다리꼴 형상의 횡방향 리브를 원주방향으로 장착하되, 상기 리브는 라이너 외주연의 전면을 통해 연결되는 것이 아니라, 일정간격으로 나누어져 수직방향으로 설치됨으로써, 상기 실린더 라이너와 실린더블록의 결합성을 증대시켜 실린더 라이너의 변형을 방지하는 자동차용 실린더블록의 라이너구조에 관한 것이다.

일반적으로, 실린더블록(200)은 도 5와 도 6에 도시된 바와 같이, 주철이나 알루미늄합금으로 제조되는 엔진의 주체가 되는 부분이며, 중량과 용적이 가장 큰 기초적 구조 부품으로서, 주철재의 경우에는 피스톤을 넣는 실린더만으로 되어 있는 것이 많다.

한편, 엔진의 경량화 및 대량생산을 위하여 오픈 데크(open deck)형상으로 이루어진 알루미늄 합금으로 만드는 경우에는 원통형 실린더에 주철재 라이너(100)가 압입 또는 주입(鑄入)되어 있는 것이 보통이며, 3 ~ 12개의 실린더로 만들어져 있다.

자동차용 4 사이클 수냉식 엔진은 실린더 용적 750 ~ 2,000cc 범위의 소형 엔진에서 직렬 3 ~ 4 기통을 사용하고, 2,000 ~ 3,500cc 정도의 중형 엔진에서는 직렬 및 V형 6기통을, 그 이상의 대형 엔진에서는 V8 ~ V12 실린더를 많이 사용한다.

상기 실린더는 실린더 지름의 2 ~ 2.5배 정도 길이의 정원통형이며, 엔진의 실린더블록(200)에 설치된 원통형 실린더 보어부(300)를 말하는 것으로서, 그 안을 피스톤이 왕복함으로써, 엔진의 동력이 발생되며, 실린더 보어부(300)에는 내면이 실린더블록(200)과 같은 재료로 만들어진 일체형 라이너(100) 및 다른 재료로 만들어진 라이너(100)를 끼워 넣은 것이 있다.

상기 주철재 라이너(cylinder liner)(100)는 실린더블록(200)의 실린더 보어부(300)에 삽입하는 원통형 구조로서, 실린더블록(200)과 별개의 재료로 원심 주조하여 제작되며, 라이너(100)가 냉각수와 직접 접촉하지 않고 실린더블록(200)을 거쳐 냉각되는 건식과, 라이너(100)의 바깥 둘레가 워터재킷(water jacket)의 한쪽이 되어 냉각수와 직접 접촉하는 습식의 2종류가 있다.

한편, 고압주조에 의해 알루미늄 실린더블록(200)을 제조함에 있어서, 피스톤의 왕복운동 및 폭발행정 등을 행하는 실린더 보어부(300)에서는 마모성능을 유지하기 위하여 주철재 및 알루미늄 합금재로 이루어진 것을 사용하게 된다.

현재 고압주조에 의해 실린더블록(200)을 제조함에 있어서, 피스톤의 왕복운동 및 폭발행정 등을 행하는 실린더 보어부(300)에서는 마모성능을 유지하기 위하여 주철재 라이너(100)를 사용하고 있는 바, 상기 라이너를 금형의 보어핀에 끼운 후, 알루미늄 합금 용탕을 고압에 의해 사출함에 따라 라이너의 둘레를 둘러싸면서 금형 내에 충진하게 된다.

상기와 같은 과정에 의해 제조된 실린더블록(200)은 금형 내에서 응고과정을 거치고 난 후, 금형에서 분리하게 되며, 상기 실린더 보어부(300) 주변에 발생하는 불균일한 잔류응력을 완화시키기 위해 열처리를 실시한 후, 이어서 실린더 보어부(300)의 가공, 즉 보링(boring) 및 호닝(honing)가공을 실시한다.

이때, 응고하는 과정에 있어서, 상기 라이너와 실린더블록(200)과의 재질에 따른 열팽창율의 차이에 의해 수축율에서 차이가 발생하게 된다.

이러한 응고 및 수축에 의해 실린더 보어부(300)의 변형이 발생하게 되는데, 주철재 라이너(100)에 비하여 알루미늄 실린더블록(200)은 수축 정도가 심하여 통상적으로 라이너와 보어핀 사이에는 약 0.2mm 정도의 공차를 가지게 되며, 상기 실린더블록(200)의 수축응력을 라이너가 받게 되므로 공차 치수만큼, 라이너가 수축하면서 실린더 보어부(300)의 변형이 발생함은 물론, 실린더 라이너와 실린더블록의 접합부가 분리되기 쉬운 문제점이 있으며, 이로 인하여 엔진 작동시 엔진 오일의 과다 소모와 블로우 바이 가스의 증대와 같은 여러가지 문제를 야기하게 된다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 실린더 라이너 외주연에 단면이 사다리꼴 형상의 횡방향 리브를 원주방향으로 장착하되, 상기 리브는 라이너 외주연의 전면을 통해 연결되는 것이 아니라, 일정간격으로 나누어져 수직방향으로 설치됨으로써, 상기 실린더 라이너와 실린더블록의 결합성을 증대시켜 실린더 라이너의 변형을 방지하는 자동차용 실린더블록의 라이너구조를 제공하는데 그 목적이 있다.

이하, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 대해 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 자동차용 실린더블록의 라이너구조에 있어서,

상기 실린더 라이너(10) 외주연에 단면이 사다리꼴 형상의 링구조를 갖는 원주방향의 리브(11)가 수직방향으로 복수개 장착된 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 리브(11)에는 실린더 라이너(10)의 외주연을 따라 서로 마주보는 소정의 폭을 갖는 리브절단부(12)가 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 리브절단부(12)의 위치는 ATS(anti thrust side)방향, TS(thrust side)방향으로의 실린더 라이너(10)의 변형 억제 효과를 상쇄하지 않도록 상기 ATS, TS방향과 수직으로 위치된 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구성에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 자동차용 실린더블록의 라이너구조를 나타내는 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 자동차용 실린더블록의 라이너구조를 나타내는 측단면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 자동차용 실린더블록의 라이너구조를 나타내는 평면도이다.

본 발명은 알루미늄 실린더블록(20)에 함께 주조되는 주철 재질의 실린더 라이너(10)가 실린더블록(20)과 단단하게 결합할 수 있도록 형상을 설계하여 상기 실린더 보어부(21)의 변형을 억제함으로써, 실린더 보어부(21)의 변형 과다에 의한 오일 소모의 증가 및 블로우 바이 가스의 증가를 방지하기 위한 발명이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 실린더 라이너(10) 외주연에 단면이 사다리꼴 형상의 링구조를 갖는 횡방향 리브(11)가 원주방향으로 장착되어 있다.

상기 리브(11)는 실린더 라이너(10)의 수직방향을 따라 그 리브(11)의 폭과 동일 또는 약간 큰 정도의 간격을 두고 복수개 설치되어 있다.

이때, 상기 리브(11) 하단부의 폭은 리브(11) 하단부의 강성 확보를 고려하여 리브(11)의 높이에 비하여 크게 형성된다.

또한, 상기 리브(11)의 높이는 실린더 라이너(10)와 실린더블록(20)의 결합력을 최대한 향상시키기 위하여 실린더 라이너(10)의 살두께의 1/3 ~ 1/2로 형성되며, 리브(11)의 각도는 실린더 라이너(10)와 실린더 보어부(21)의 반경방향 및 수직방향의 결합력의 균일한 형성을 위하여 45 ~ 60°로 형성 된다.

상기와 같이, 리브(11)의 단면 형상을 사다리꼴 형상으로 한 이유는 도 2에 도시된 바와 같이, 실린더 라이너(10)와 실린더블록(20) 간에 서로 간섭이 발생하여 맞물림이 형성되고, 이로 인하여 하나의 구조체로 작용 가능한 결합력이 발생되므로 반경 방향 뿐만 아니라, 수직방향으로도 실린더 라이너(10)와 실린더블록(20) 간의 결합력을 향상시킬 수 있기 때문이다.

이때, 사다리꼴 형상이 아니라, 다른 형상 예를 들어, 직사각형 및 삼각형일 경우, 수직방향으로 실린더 라이너(10)와 실린더블록(20) 간의 결합력을 향상시킬 수 있는 반면에, 반경방향으로의 결합력은 향상시킬 수 없기 때문에 상기와 같은 사다리꼴 형상의 리브(11)를 적용하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 리브(11)는 실린더 라이너(10)의 외주연을 따라 횡방향으로 일체 장착되지 않고, 일정한 리브절단부(12)를 두게 되는 바, 이로써 실린더 라이너(10)의 회전을 방지하여 라이너 접선 방향의 결합력이 향상된다.

이때, 상기 리브절단부(12)의 위치는 도 3에 도시된 바와 같이, 엔진의 크랭크축(미도시)이 시계방향으로 회전시 실린더 라이너(10)의 우측방향인 ATS(anti thrust side)방향, 좌측방향인 TS(thrust side)방향과 수직으로 위치하게 된다.

이는 엔진의 길이방향(전후방향)으로의 변형이 크지 않기 때문에 상기 ATS, TS방향의 실린더 라이너(10)의 변형 억제 효과를 상쇄하지 않게 된다.

여기서, 상기 리브절단부(12)의 폭은 실린더 보어부(21)의 반경보다 작게 형성하는 것이 바람직하다.

한편, 도 4a와 도 4b는 라이너와 실린더블록 간의 접착 여부에 따른 단면계수의 변화를 보이는 도면 및 식을 나타낸다.

상기 실린더 라이너(10)와 실린더블록(20) 간 접합부의 분리에 따른 실린더 보어부(21) 변형의 증대는 이론적으로 검토 가능한 바, 첨부 도면에서와 같이, 실린더 라이너(10)의 단면에서 볼때, 실린더 보어부(21)의 강성은 실린더 라이너(10)와 실린더블록(20)의 두께의 3승에 비례하게 된다.

여기서, 상기 실린더 라이너(10)와 실린더블록(20)이 접합되어 있을 경우에는 실린더 라이너(10)와 실린더블록(20)이 동일한 구조체로 작용하여 동시에 변형이 발생하게 되고, 이때의 단면계수는 실린더 라이너(10)와 실린더블록(20)의 살두께의 합의 3승에 비례하게 된다.

다른 한편, 실린더 라이너(10)와 실린더블록(20)의 접합부가 분리될 경우에는 실린더 라이너(10)와 실린더블록(20)의 변형은 각각 따로 발생하게 되고, 이때의 단면계수는 실린더 라이너(10) 살두께의 3승과 실린더블록(20)의 살두께의 3승의 합에 비례하게 된다.

이해를 돕기 위하여 예를 들자면, 도 4a에 도시된 바와 같이, 실린더 라이너(10)의 살두께가 1이고, 실린더블록(20)의 두께가 1일 경우, 상기 실린더 라이너(10)와 실린더블록(20)의 접합부가 분리되었을 경우의 단면계수는 2이고, 상기 실린더 라이너(10)와 실린더블록(20)의 접합부가 일체로 형성되어 있을 경우의 단면계수는 8이되어 실린더 라이너(10)의 변형은 실린더 라이너(10)와 실린더블록(20)의 접합부의 분리여부에 따라 약 4배가 차이가 나게 된다.

따라서, 본 발명은 실린더 보어부(21)의 변형을 줄이기 위하여 실린더 라이너(10) 외주연에 단면이 사다리꼴 형상의 횡방향 리브(11)를 원주방향으로 장착한 새로운 자동차용 실린더블록의 라이너구조이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 자동차용 실린더블록의 라이너구조에 의하면, 주철재 라이너와 실린더블록의 결합성을 증대시켜 실린더 라이너의 변형을 억제함으로써, 엔진 오일의 소모를 방지하여 그 교환주기를 증대시킬 뿐만 아니라, 블로우 바이 가스의 배출을 줄여 대기오염 방지를 도모하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 자동차용 실린더블록의 라이너구조를 나타내는 사시도,

도 2는 본 발명에 따른 자동차용 실린더블록의 라이너구조를 나타내는 측단면도,

도 3은 본 발명에 따른 자동차용 실린더블록의 라이너구조를 나타내는 평면도,

도 4a와 도 4b는 라이너와 실린더블록 간의 접착 여부에 따른 단면계수의 변화를 보이는 도면 및 식,

도 5는 종래의 자동차용 실린더블록의 라이너구조를 나타내는 사시도,

도 6은 종래의 자동차용 실린더블록의 라이너구조를 나타내는 측단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 실린더 라이너 11 : 리브

12 : 리브절단주 20 : 실린더블록

21 : 실린더 보어부

Claims

자동차용 실린더블록의 라이너구조에 있어서,

상기 실린더 라이너(10) 외주연에 단면이 사다리꼴 형상의 링구조를 갖는 원주방향의 리브(11)가 수직방향으로 복수개 장착된 것을 특징으로 하는 자동차용 실린더블록의 라이너구조.
청구항 1에 있어서, 상기 리브(11)에는 실린더 라이너(10)의 외주연을 따라 서로 마주보는 소정의 폭을 갖는 리브절단부(12)가 형성된 것을 특징으로 하는 자동차용 실린더블록의 라이너구조.
청구항 2에 있어서, 상기 리브절단부(12)의 위치는 ATS(anti thrust side)방향, TS(thrust side)방향으로의 실린더 라이너(10)의 변형 억제 효과를 상쇄하지 않도록 상기 ATS, TS방향과 수직으로 위치된 것을 특징으로 하는 자동차용 실린더블록의 라이너구조.
청구항 2 또는 3에 있어서, 상기 리브절단부(12)는 그 폭이 실린더 보어부(21)의 반경보다 작게 형성된 것을 특징으로 하는 자동차용 실린더블록의 라이너구조.
청구항 1에 있어서, 상기 리브(11)의 높이는 실린더 라이너(10)의 살두께의 1/3 ~ 1/2로 형성된 것을 특징으로 하는 자동차용 실린더블록의 라이너구조.
청구항 1에 있어서, 상기 리브(11)의 각도는 45 ~ 60°로 형성된 것을 특징으로 하는 자동차용 실린더블록의 라이너구조.
청구항 1에 있어서, 상기 리브(11) 하단부의 폭은 리브(11)의 높이보다 크게 형성된 것을 특징으로 하는 자동차용 실린더블록의 라이너구조.