KR20140148003A - Cylinder liner and cylinder of reciprocating piston engine - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 피스톤의 왕복 운동을 회전력으로 전환하는 왕복 피스톤 엔진에 관한 것으로, 보다 상세하게는 왕복 피스톤 엔진의 실린더 라이너 및 실린더에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a reciprocating piston engine for converting a reciprocating motion of a piston into a rotational force, and more particularly to a cylinder liner and a cylinder of a reciprocating piston engine.
일반적인 자동차의 엔진은 가솔린(gasoline)을 연료로 사용하는 가솔린 엔진과 디젤(diesel)을 연료로 사용하는 디젤 엔진으로 구분 가능하며, 이들 가솔린 엔진과 디젤 엔진은 모두 왕복 피스톤 엔진에 속한다. 왕복 피스톤 엔진은, 실린더(cylinder) 내의 원통형 경로 내에서 피스톤(piston)이 왕복 운동하면 이를 회전력으로 전환하는 엔진이다. A typical automobile engine can be classified into a gasoline engine that uses gasoline as fuel and a diesel engine that uses diesel as fuel, and both gasoline engine and diesel engine belong to reciprocating piston engine. A reciprocating piston engine is an engine that converts a piston into a rotational force when the piston reciprocates in a cylindrical path in a cylinder.
실린더의 내부는 그 내측면과 피스톤의 마찰을 줄이기 위해 엔진 오일로 채워지지만 반복적인 엔진의 운전으로 인해 마모된다. 실린더 내측면이 마모된 때 실린더 전체를 교환하지 않고 일부만 교체하여 엔진을 재사용할 수 있도록 실린더는 실린더 블록과, 그 내측에 끼워지는 실린더 라이너(cylinder liner)로 구성될 수도 있다. The interior of the cylinder is filled with engine oil to reduce friction between the inner side and the piston, but wears due to repetitive engine operation. The cylinder may be constituted by a cylinder block and a cylinder liner fitted inside thereof so that the engine can be reused when the inner surface of the cylinder is worn out without replacing the entire cylinder but by replacing a part of the cylinder.
본 발명은, 피스톤과의 미끄럼 마찰로 인한 내주면의 마모가 저감되는 왕복 피스톤 엔진의 실린더 라이너 및 실린더를 제공한다. The present invention provides a cylinder liner and a cylinder of a reciprocating piston engine in which abrasion of an inner circumferential surface due to sliding friction with a piston is reduced.
본 발명은, 피스톤과 미끄럼 마찰되는 내주면의 전 영역에 엔진 오일을 함유하는 오일 포켓(oil pocket)이 형성되는 왕복 피스톤 엔진의 실린더 라이너 및 실린더를 제공한다. The present invention provides a cylinder liner and a cylinder of a reciprocating piston engine in which an oil pocket containing engine oil is formed in the entire area of the inner circumferential surface which is frictionally engaged with the piston.
본 발명은, 실린더 블록(cylinder block)의 내측에 압입 장착되어 피스톤(piston)의 직선 왕복 운동을 안내하는 파이프(pipe) 형상의 부재로서, 상기 직선 왕복하는 피스톤에 미끄럼 마찰하는 내주면을 구비하고, 상기 내주면에는 상기 피스톤의 직선 운동 방향에 평행하지 않은 방향으로 경사지며 서로 교차되도록 직선 방향으로 연장된 복수의 미세 홈(micro groove)으로 이루어진 크로스 해치 패턴(cross hatch pattern)이 형성된, 왕복 피스톤 엔진의 실린더 라이너를 제공한다. The present invention is a pipe-shaped member press-fitted into a cylinder block and guiding a linear reciprocating motion of a piston, the piston having an inner circumferential surface slidingly frictionally engaged with the linear reciprocating piston, Wherein the inner circumferential surface is provided with a cross hatch pattern formed by a plurality of micro grooves extending in a linear direction so as to be inclined in a direction not parallel to the linear motion direction of the piston, Thereby providing a cylinder liner.
또한 본 발명은, 피스톤(piston)의 직선 왕복 운동을 안내하는 원통형의 내부 공간이 형성된 부재로서, 상기 직선 왕복하는 피스톤에 미끄럼 마찰하는 내주면을 구비하고, 상기 내주면에는 상기 피스톤의 직선 운동 방향에 평행하지 않은 방향으로 경사지며 서로 교차되도록 직선 방향으로 연장된 복수의 미세 홈(micro groove)으로 이루어진 크로스 해치 패턴(cross hatch pattern)이 형성된, 왕복 피스톤 엔진의 실린더를 제공한다. According to the present invention, there is provided a piston, comprising: a member having a cylindrical inner space for guiding a linear reciprocating motion of a piston, the piston having an inner circumferential surface sliding on the piston reciprocating linearly and parallel to the linear motion direction of the piston And a cross hatch pattern formed of a plurality of micro grooves extending in a linear direction so as to intersect with each other is formed.
상기 크로스 해치 패턴의 서로 교차하는 한 쌍의 미세 홈의 교차각은 45 내지 60° 이고, 상기 미세 홈의 깊이는 5 내지 20㎛ 일 수 있다. The crossing angle of the pair of fine grooves crossing each other of the cross hatch pattern is 45 to 60 占 and the depth of the fine groove may be 5 to 20 占 퐉.
상기 크로스 해치 패턴의 점유 밀도는 상기 내주면 면적의 10 내지 20% 일 수 있다. The occupancy density of the cross hatch pattern may be 10 to 20% of the inner circumferential surface area.
본 발명에 의하면, 피스톤과 미끄럼 마찰되는 실린더 라이너의 내주면 또는 실린더의 내주면에 레이저(laser) 조사(照射)에 의한 미세 홈(micro groove)이 형성되고, 이 미세 홈은 엔진 오일이 채워지는 오일 포켓(oil pocket)으로서 기능한다. 따라서, 엔진 오일이 실린더 라이너의 내주면 또는 실린더의 내주면에서 쉽게 흘러내리지 않아 엔진 오일의 오일막이 오래 유지되어 상기 내주면의 마모가 저감된다. 또한, 이로 인해 실린더 라이너 또는 실린더의 내구성이 향상되고, 엔진의 소음이 저감되며, 엔진의 효율과 내구 수명이 향상된다. According to the present invention, a micro groove formed by laser irradiation is formed on the inner circumferential surface of the cylinder liner sliding against the piston or the inner circumferential surface of the cylinder, and the fine grooves are formed in the oil pocket and functions as an oil pocket. Therefore, since the engine oil does not easily flow down from the inner circumferential surface of the cylinder liner or the inner circumferential surface of the cylinder, the oil film of the engine oil is maintained for a long time, and the wear of the inner circumferential surface is reduced. Further, the durability of the cylinder liner or the cylinder is thereby improved, the noise of the engine is reduced, and the efficiency and durability life of the engine are improved.
도 1은 왕복 피스톤 엔진의 일 예를 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1의 실린더를 도시한 부분 절개 사시도이다.
도 3은 도 2의 실린더 라이너 내주면의 일 부분(IS)을 확대 도시한 평면도이다.
도 4는 도 3의 IV-IV에 따른 단면도이다. 1 is a sectional view showing an example of a reciprocating piston engine.
Fig. 2 is a partially cutaway perspective view showing the cylinder of Fig. 1; Fig.
Fig. 3 is an enlarged plan view of a portion IS of the inner circumferential surface of the cylinder liner of Fig. 2. Fig.
4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV in Fig.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 왕복 피스톤 엔진의 실린더 라이너 및 실린더를 상세하게 설명한다. 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자 또는 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.Hereinafter, a cylinder liner and a cylinder of a reciprocating piston engine according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The terminology used herein is a term used to properly express the preferred embodiment of the present invention, which may vary depending on the intention of the user or operator or the custom in the field to which the present invention belongs. Therefore, the definitions of these terms should be based on the contents throughout this specification.
도 1은 왕복 피스톤 엔진의 일 예를 도시한 단면도이고, 도 2는 도 1의 실린더를 도시한 부분 절개 사시도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 도시된 왕복 피스톤 엔진(10)은 4행정 가솔린 엔진의 일 예로서, 실린더 블록(31)과, 이에 결합된 실린더 헤드(20)를 구비하고, 실린더 블록(31) 내부에 피스톤(17)이 승강하는 방향, 즉 Z축과 평행한 방향으로 직선 왕복 운동 가능하게 삽입된다. 실린더 블록(31)의 내측에는 파이프(pipe) 형상의 실린더 라이너(35)가 압입 장착된다. 실린더 라이너(35)는 고속으로 직선 왕복 운동하는 피스톤에 미끄럼 접촉하며 피스톤을 안내한다. 실린더 라이너(35)는 미끄럼 접촉으로 인한 마모가 심한 실린더 내주면을 보강하고, 상기 내주면이 마모되었을 때 실린더 교체 없이 적은 비용으로 엔진을 정비할 수 있도록 한 부재로서, 예컨대, 내마모성이 강한 주철로 형성된다. FIG. 1 is a sectional view showing an example of a reciprocating piston engine, and FIG. 2 is a partially cutaway perspective view showing the cylinder of FIG. 1 and 2, the reciprocating
실린더 블록(31) 내측에는 실린더 블록(31)의 과열을 방지하기 위한 냉각수가 유동하는 냉각수 유로(32)가 형성된다. 실린더 블록(31)의 일 측에는 연료인 가솔린과 공기가 혼합된 연료 가스가 유입되는 흡기구(25)가 마련되고, 타 측에는 실린더 블록(31)과 실린더 헤드(20)의 내부 공간에서 연료 가스가 폭발하여 형성된 연소 가스가 배출되는 배기구(27)가 마련되며, 흡기구(25)로부터 연료 가스의 유입 타이밍(timing)을 조절하는 흡기 밸브(24)와, 배기구(27)를 통한 연소 가스의 배출 타이밍을 조절하는 배기 밸브(26)가 구비된다. 실린더 헤드(20)에는 연료 가스의 폭발을 유도하는 점화 플러그(22)가 장착된다. Inside the
실린더 블록(31)의 아래에는 크랭크 샤프트(crank shaft)(11)와, 이에 연결되어 편심 회전하는 크랭크(crank)(13)가 구비되고, 크랭크(13)와 피스톤(17)은 커넥팅 로드(connecting rod)(15)에 의해 연결된다. 피스톤(17)은 실린더 블록(31)과 실린더 헤드(20)의 내부 공간으로 유입된 연료 가스가 폭발하면 그 폭발력에 의해 실린더 라이너(35)의 내주면을 따라 아래로 이동한다. 피스톤(17)이 실린더 라이너(35)의 내주면을 따라 아래로 이동함에 따라 커넥팅 로드(15)가 크랭크(13)를 밀어 크랭크 샤프트(11)를 중심으로 회전하고, 크랭크(13)의 회전 관성에 의해 커넥팅 로드(15)가 피스톤(17)을 위로 밀어 피스톤(17)이 상승한다. 피스톤(17)의 승강에 타이밍을 맞추어 흡기 밸브(24)와 배기 밸브(26)가 개폐하고 점화 플러그(22)가 폭발을 유도하는 과정을 반복함으로써 크랭크 샤프트(11)가 계속 회전하게 된다. A
실린더 라이너(35)의 내주면에는 피스톤(17)과 실린더 라이너(35) 사이의 원활한 미끄럼 접촉을 돕는 엔진 오일(engine oil)(45)(도 4 참조)로 이루어진 오일막(미도시)이 형성되고, 이 오일막이 오래 유지되도록 실린더 라이너(35)의 내주면(36)에는 복수의 미세 홈(micro groove)(40)(도 3 참조)으로 이루어진 크로스 해치 패턴(cross hatch pattern)(37)(도 3 참조)이 형성된다. An oil film (not shown) made of an engine oil 45 (see Fig. 4) for facilitating smooth sliding contact between the
도 3은 도 2의 실린더 라이너 내주면의 일 부분(IS)을 확대 도시한 평면도이고, 도 4는 도 3의 IV-IV에 따른 단면도이다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 실린더 라이너 내주면(36)에 형성된 크로스 해치 패턴(37)은 직선 방향으로 연장된 복수의 미세 홈(40)으로 이루어진다. 복수의 미세 홈(40)은 피스톤(17)(도 2 참조)의 직선 운동 방향에 평행하지 않은 방향, 즉 Z축에 평행하지 않은 방향으로 경사지며 서로 교차된다. 도 3을 참조하여 예를 들면, 우측 상향으로 직선 연장되는 미세 홈(40)과 우측 하향으로 직선 연장되는 미세 홈(40)이 서로 교차한다. 우측 상향으로 직선 연장된 복수의 미세 홈(40)과 우측 하향으로 직선 연장된 복수의 미세 홈(40)이 서로 교차하여 다이아몬드(diamond) 문양이 형성될 수 있다. 다이아몬드 문양은 도 3에 도시된 바와 같이, 평행한 한 쌍의 미세 홈(40)에 의해 형성될 수도 있으나, 이와 달리 단선인 미세 홈에 의해 형성되거나, 평행한 셋 이상의 미세 홈에 의해 형성될 수도 있다. Fig. 3 is an enlarged plan view of a portion IS of the inner circumferential surface of the cylinder liner of Fig. 2, and Fig. 4 is a sectional view taken along line IV-IV of Fig. 3 and 4, the
인접한 다이아몬드 문양 사이의 간격(DI)은 50 내지 200 ㎛ 일 수 있고, 크로스 해치 패턴(37)의 점유 밀도는 실린더 라이너 내주면(36)(도 2 참조) 면적의 10 내지 20% 일 수 있다. 10% 보다 적은 점유 면적은 내주면(36) 상의 오일막 유지에 실질적인 도움이 되지 못하고, 20% 보다 높은 점유 면적은 과도한 가공 비용의 상승을 수반한다. The distance DI between the adjacent diamond patterns may be 50 to 200 mu m and the occupancy density of the
한편, 우측 상향으로 직선 연장된 미세 홈(40)과 우측 하향으로 직선 연장된 미세 홈(40)이 교차하여 형성되는 한 쌍의 미세 홈의 교차각(AN)은 45 내지 60° 일 수 있다. 교차각(AN)이 45° 보다 작으면 미세 홈(40)의 연장 방향이 피스톤(17)의 운동 방향과 실질적으로 직교하여 피스톤(17)의 운동을 방해하고 미끄럼 마찰이 심해질 수 있다. 교차각(AN)이 60° 보다 크면 미세 홈(40)의 연장 방향이 중력의 작용 방향에 치우쳐 엔진 오일(45)이 빠르게 미세 홈(40)을 따라 흘러내릴 수 있으므로 오일막 유지에 도움이 되지 못한다. On the other hand, the crossing angles AN of the pair of fine grooves formed by intersecting the
또 한편, 상기 미세 홈(40)의 깊이(DE)는 5 내지 20㎛ 일 수 있다. 깊이(DE)가 5㎛ 보다 작으면 엔진 오일(45)이 채워지는 오일 포켓의 기능을 하기에 미흡하고, 깊이(DE)가 20㎛ 보다 크면 가공 비용이 증대될 뿐만 아니라 실린더 라이너 내주면(36)이 거칠어져 피스톤(17)(도 2 참조)과의 마찰이 커질 수 있다. On the other hand, the depth DE of the
미세 홈(40)은 실린더 라이너 내주면(36)에 예컨대, CO2 레이저, 파이버 레이저(fiber laser)와 같은 비교적 파장과 출력이 큰 레이저를 조사(照射)하여 형성할 수 있다. The
한편, 도 1 내지 도 4에는 가솔린 엔진의 실린더 라이너에 복수의 미세 홈으로 이루어진 크로스 해치 패턴이 형성된 실시예만이 개시되어 있으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 디젤 엔진의 실린더 라이너에도 미세 홈으로 이루어진 크로스 해치 패턴이 형성될 수 있으며, 실린더 라이너가 별도로 구비되지 않은 실린더의 내주면에도 미세 홈으로 이루어진 크로스 해치 패턴이 형성될 수 있다. 1 to 4 show only an embodiment in which a cross hatch pattern composed of a plurality of fine grooves is formed in a cylinder liner of a gasoline engine, but the present invention is not limited thereto. For example, a cross hatch pattern composed of fine grooves may be formed in the cylinder liner of the diesel engine, and a cross hatch pattern made of fine grooves may be formed on the inner circumferential face of the cylinder where the cylinder liner is not separately provided.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the scope of the present invention. Therefore, the true scope of protection of the present invention should be defined only by the appended claims.
10: 엔진 11: 크랭크 축
13: 크랭크 15: 커넥팅 로드
17: 피스톤 22: 점화 플러그
24: 흡기 밸브 26: 배기 밸브
31: 실린더 블록 35: 실린더 라이너
37: 크로스 해치 패턴 40: 미세 홈10: engine 11: crankshaft
13: crank 15: connecting rod
17: piston 22: spark plug
24: intake valve 26: exhaust valve
31: cylinder block 35: cylinder liner
37: Cross hatch pattern 40: Fine groove
Claims (6)
상기 직선 왕복하는 피스톤에 미끄럼 마찰하는 내주면을 구비하고,
상기 내주면에는 상기 피스톤의 직선 운동 방향에 평행하지 않은 방향으로 경사지며 서로 교차되도록 직선 방향으로 연장된 복수의 미세 홈(micro groove)으로 이루어진 크로스 해치 패턴(cross hatch pattern)이 형성된 것을 특징으로 하는 왕복 피스톤 엔진의 실린더 라이너. A pipe-shaped member press-fitted into a cylinder block to guide a linear reciprocating motion of a piston,
And an inner circumferential surface that slidably rubs against the linear reciprocating piston,
And a cross hatch pattern formed of a plurality of micro grooves extending in a linear direction so as to be inclined in a direction not parallel to the linear motion direction of the piston and intersecting with each other is formed on the inner circumferential surface. Cylinder liners for piston engines.
상기 크로스 해치 패턴의 서로 교차하는 한 쌍의 미세 홈의 교차각은 45 내지 60° 이고, 상기 미세 홈의 깊이는 5 내지 20㎛ 인 것을 특징으로 하는 왕복 피스톤 엔진의 실린더 라이너. The method according to claim 1,
Wherein a crossing angle of the pair of fine grooves intersecting with each other in the cross hatch pattern is 45 to 60 占 and a depth of the fine groove is 5 to 20 占 퐉.
상기 크로스 해치 패턴의 점유 밀도는 상기 내주면 면적의 10 내지 20% 인 것을 특징으로 하는 왕복 피스톤 엔진의 실린더 라이너. The method according to claim 1,
Wherein an occupation density of the cross hatch pattern is 10 to 20% of an inner circumferential surface area of the cylinder liner.
상기 직선 왕복하는 피스톤에 미끄럼 마찰하는 내주면을 구비하고,
상기 내주면에는 상기 피스톤의 직선 운동 방향에 평행하지 않은 방향으로 경사지며 서로 교차되도록 직선 방향으로 연장된 복수의 미세 홈(micro groove)으로 이루어진 크로스 해치 패턴(cross hatch pattern)이 형성된 것을 특징으로 하는 왕복 피스톤 엔진의 실린더. A cylinder of a reciprocating piston engine in which a cylindrical inner space for guiding a linear reciprocating motion of a piston is formed,
And an inner circumferential surface that slidably rubs against the linear reciprocating piston,
And a cross hatch pattern formed of a plurality of micro grooves extending in a linear direction so as to be inclined in a direction not parallel to the linear motion direction of the piston and intersecting with each other is formed on the inner circumferential surface. Cylinder of piston engine.
상기 크로스 해치 패턴의 서로 교차하는 한 쌍의 미세 홈의 교차각은 45 내지 60° 이고, 상기 미세 홈의 깊이는 5 내지 20㎛ 인 것을 특징으로 하는 왕복 피스톤 엔진의 실린더. 5. The method of claim 4,
Wherein crossing angles of the pair of fine grooves intersecting each other in the cross hatch pattern are 45 to 60 占 and depth of the fine grooves is 5 to 20 占 퐉.
상기 크로스 해치 패턴의 점유 밀도는 상기 내주면 면적의 10 내지 20% 인 것을 특징으로 하는 왕복 피스톤 엔진의 실린더.5. The method of claim 4,
Wherein the occupancy density of the cross hatch pattern is 10 to 20% of the inner circumferential surface area.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR20130071322A KR20140148003A (en) | 2013-06-21 | 2013-06-21 | Cylinder liner and cylinder of reciprocating piston engine |
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KR20130071322A KR20140148003A (en) | 2013-06-21 | 2013-06-21 | Cylinder liner and cylinder of reciprocating piston engine |
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KR20130071322A KR20140148003A (en) | 2013-06-21 | 2013-06-21 | Cylinder liner and cylinder of reciprocating piston engine |
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KR (1) | KR20140148003A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11536218B1 (en) | 2021-10-14 | 2022-12-27 | Caterpillar Inc. | Method and system for a cylinder liner |
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2013
- 2013-06-21 KR KR20130071322A patent/KR20140148003A/en not_active Application Discontinuation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US11536218B1 (en) | 2021-10-14 | 2022-12-27 | Caterpillar Inc. | Method and system for a cylinder liner |
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