KR20200058800A - Wear resistance and heat resistance cylinder liner - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 내연기관용 실린더 라이너에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실린더 라이너를 외측의 몸체와 내측의 슬리브로 구분하고 내측의 슬리브를 염욕 열처리에 의해 내마모성을 확보하고 내측의 슬리브와 냉각자켓을 순환하는 냉각매체 간의 직접적인 열교환을 통해 내열성을 확보하는 내마모성과 내열성 실린더 라이너에 관한 것이다.The present invention relates to a cylinder liner for an internal combustion engine, and more specifically, the cylinder liner is divided into an outer body and an inner sleeve, and the inner sleeve is secured to abrasion resistance by heat treatment with a salt bath, and the inner sleeve and cooling jacket are circulated. The present invention relates to a wear-resistant and heat-resistant cylinder liner that secures heat resistance through direct heat exchange between media.
이 부분은 본 출원 내용과 관련된 배경 정보를 제공할 뿐 반드시 선행기술이 되는 것은 아니다.This part provides background information related to the contents of the present application, but is not necessarily prior art.
일반적으로 내연기관의 엔진은 혼합기가 실린더 내부의 연소실에서 연소되면서 발생되는 연소압력에 의한 피스톤 승강운동을 크랭크 기구에 의한 회전운동으로 변환시켜 출력시킴으로써 동력을 얻게 되는 것이며, 그러한 중요 구성부품으로는 실린더 블록과 피스톤 및 크랭크 기구 등이 있다. In general, the engine of an internal combustion engine obtains power by converting and outputting a piston lifting motion caused by combustion pressure generated by a mixer in a combustion chamber inside a cylinder into a rotational motion by a crank mechanism, and such important components include a cylinder Blocks, pistons, and crank mechanisms.
실린더 블록은 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 하는 특징을 가지고 있으며, 실린더 블록의 정밀한 연마 가공 등의 어려움을 해결하기 위하여 별도의 실린더 라이너를 실린더 블록에 적용한다.The cylinder block has the feature of preventing the compressed mixer or the combustion explosive gas from leaking between the cylinder and the piston in order to obtain as much power as possible from the given thermal energy, and at the same time, the friction and wear of the piston must be reduced. A separate cylinder liner is applied to the cylinder block in order to solve the difficulties such as the precise polishing process.
종래의 실린더 라이너는 주철의 실린더 블록에 맞춰 특수 주철로 만들어진 것이 사용된다.Conventional cylinder liners are used made of special cast iron to match the cylinder block of cast iron.
한편, 연소실을 형성하며 피스톤이 왕복운동을 하는 실린더블록의 보어(bore)부의 경우, 연소실을 이루는 상부는 냉각이 잘 되어야 하는 반면 피스톤이 왕복운동을 하는 중간부 및 하부는 오일의 점도를 유지하기 위해 보온을 하는 기능이 필요하다.On the other hand, in the case of the bore of the cylinder block in which the piston forms a combustion chamber and the piston reciprocates, the upper part of the combustion chamber must be well cooled, while the middle part and the lower part where the piston reciprocates maintain the viscosity of the oil. In order to do that, we need the ability to keep warm.
즉, 실린더 라이너는 냉각성과 보온성 모두를 만족하여야 하고 아울러 내마모성도 만족하여야 한다.That is, the cylinder liner must satisfy both cooling and heat retention, and also wear resistance.
특허문헌(공개특허 제10-2007-0060326호)은 실린더블럭의 내측에 결합되어 워터재킷을 형성하며, 상기 워터재킷의 내부를 순환하는 냉각수와 접촉되는 냉각수접촉부를 갖는 엔진의 실린더라이너에 있어서, 상기 냉각수접촉부의 표면에 폴리머코팅층이 형성되어 있는 것으로, 폴리머코팅층을 통해 냉각수의 열을 전달하는 것이며, 내마모성의 확보와 내열성을 함께 만족하는데 단점이 있다.Patent document (Patent Publication No. 10-2007-0060326) is coupled to the inside of the cylinder block to form a water jacket, in the cylinder liner of the engine having a coolant contact with the coolant circulating inside the water jacket, A polymer coating layer is formed on the surface of the coolant contact portion, which transfers heat of the coolant through the polymer coating layer, and has disadvantages in ensuring wear resistance and satisfying heat resistance together.
특허문헌(공개특허 제10-2002-0023457호)은 실린더블럭 내벽에 삽입되는 실린더라이너의 상부를 냉각하기 위해 실린더라이너 상부외주에 환형으로 형성되는 2차 냉각채널에 있어서, 실린더블럭 및 실린더라이너 주위를 냉각하기 위한 냉각수로에서 유입구를 통해 2차냉각채널로 공급된 냉각수가 냉각수출구로 흘러나가도록 연결되는 유출구를 냉각수출구의 시작위치에 가깝게 형성하며, 상기 2차 냉각채널과 유출구의 수평상 위치를 극복하기 위해 별도의 연결통로가 구성된다.Patent document (Patent Publication No. 10-2002-0023457) is a secondary cooling channel formed in an annular shape on the upper circumference of the cylinder liner to cool the upper portion of the cylinder liner inserted into the inner wall of the cylinder block, around the cylinder block and the cylinder liner In the cooling water channel for cooling the cooling water supplied through the inlet to the secondary cooling channel, an outlet connected to flow to the cooling water outlet is formed close to the starting position of the cooling water outlet, and the horizontal position of the secondary cooling channel and the outlet In order to overcome the above, a separate connection passage is formed.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 실린더 라이너를 외측의 몸체와 내측의 슬리브로 구분하고 내측의 슬리브를 염욕 열처리에 의해 내마모성을 확보하고 내측의 슬리브와 냉각자켓을 순환하는 냉각매체 간의 직접적인 열교환을 통해 내열성을 확보하는 내마모성과 내열성 실린더 라이너를 제공하려는데 그 목적이 있다. The present invention is to solve the problems as described above, the cylinder liner is divided into an outer body and an inner sleeve, and the inner sleeve is secured to abrasion resistance by heat treatment with a salt bath, and a cooling medium circulating the inner sleeve and the cooling jacket The aim is to provide a wear-resistant and heat-resistant cylinder liner that secures heat resistance through direct heat exchange between the liver.
본 발명에 의한 내마모성과 내열성 실린더 라이너는, 실린더 블록의 홀에 삽입 고정되는 원통형의 실린더라이너 몸체와; 표면이 열처리되며 상기 실린더라이너 몸체의 내부에 삽입 고정되는 내측 슬리브와; 상기 실린더라이너 몸체의 둘레부에 상기 내측 슬리브와 열전달되도록 연결되는 한편 실린더 블록의 냉각 자켓과 대응하며 상기 냉각 자켓을 순환하는 냉각매체를 통해 상기 내측 슬리브를 냉각하는 열전달블록을 포함하고, 상기 실린더라이너 몸체는 외주면에 형성되며 상기 열전달블록이 삽입되는 블록 삽입홈 및 상기 블록 삽입홈에 내외부가 관통하도록 형성되는 홀을 포함하며, 상기 열전달블록은 상기 블록 삽입홈에 상기 실린더라이너 몸체의 외주면보다 돌출되지 않도록 삽입 고정되는 판상의 블록 몸체 및 상기 블록 몸체의 내주면에 돌출 형성되며 상기 홀을 관통하여 단부가 상기 내측 슬리브에 접촉되는 접촉부를 포함하는 것을 특징으로 한다.The wear-resistant and heat-resistant cylinder liner according to the present invention comprises: a cylindrical cylinder liner body fixedly inserted into a hole of a cylinder block; An inner sleeve whose surface is heat-treated and inserted and fixed inside the cylinder liner body; And a heat transfer block which is connected to the inner sleeve to be heat-transfer to the circumference of the cylinder liner body and corresponds to a cooling jacket of the cylinder block and cools the inner sleeve through a cooling medium circulating the cooling jacket, wherein the cylinder liner The body is formed on an outer circumferential surface and includes a block insertion groove into which the heat transfer block is inserted and a hole formed through the inner and outer portions of the block insertion groove, wherein the heat transfer block does not protrude from the outer peripheral surface of the cylinder liner body into the block insertion groove. It is characterized in that it comprises a contact portion that is formed to protrude on the inner circumferential surface of the block body and the block body which is fixed to be inserted and penetrates through the hole and the end contacts the inner sleeve.
본 발명에 의한 내마모성과 내열성 실린더 라이너에 의하면, 피스톤의 접동부를 내마모성이 우수한 내측 슬리브하고 실린더 블록의 냉각자켓과 대응하는 부분을 열전도율이 우수한 재질의 열전달블록으로 구성하여 내마모성과 내열성 모두를 확보함으로써 내연기관의 성능을 향상하고 내구성을 향상하는 효과가 있다.According to the wear-resistant and heat-resistant cylinder liner according to the present invention, the sliding portion of the piston is made of an inner sleeve having excellent wear resistance and a portion corresponding to the cooling jacket of the cylinder block is made of a heat transfer block made of a material having excellent heat conductivity, thereby ensuring both wear resistance and heat resistance. It has the effect of improving the performance of the internal combustion engine and improving the durability.
도 1은 본 발명에 의한 내마모성과 내열성 실린더 라이너의 단면도.
도 2는 본 발명에 의한 내마모성과 내열성 실린더 라이너의 분해 사시도.
도 3은 본 발명에 의한 내마모성과 내열성 실린더 라이너에 적용된 열전달블록의 다른 예를 보인 단면도.
도 4는 본 발명에 의한 내마모성과 내열성 실린더 라이너에 적용된 내측 슬리브의 표면 처리 공정도.1 is a cross-sectional view of the wear-resistant and heat-resistant cylinder liner according to the present invention.
Figure 2 is an exploded perspective view of the wear-resistant and heat-resistant cylinder liner according to the present invention.
Figure 3 is a cross-sectional view showing another example of a heat transfer block applied to the wear-resistant and heat-resistant cylinder liner according to the present invention.
Figure 4 is a surface treatment process of the inner sleeve applied to the wear-resistant and heat-resistant cylinder liner according to the present invention.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.In the following description of the present invention, when it is determined that a detailed description of related known functions or configurations may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description will be omitted. In addition, terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to a user's or operator's intention or practice. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout this specification.
도 1과 도 2에서 보이는 바와 같이, 본 발명에 의한 내마모성과 내열성 실린더 라이너(100)는, 원통형의 실린더라이너 몸체(10), 실린더라이너 몸체(10)의 내부에 삽입 고정되는 내측 슬리브(20), 내측 슬리브(20)의 열을 직접 실린더 블록(10)의 냉각자켓(2)을 순환하는 냉각매체에 전달하여 내측 슬리브(20)의 냉각을 유도하는 열전달블록(30)으로 구성된다.1 and 2, the wear-resistant and heat-
실린더라이너 몸체(10)는 내측 슬리브(20)보다 강도가 약한 재질 또는 내측 슬리브(20)와 동일한 주철이면서 표면이 고강도 처리되지 않은 것이며 내측 슬리브(20)를 설치하기 위한 베이스이면서 열전달블록(30)을 열전달을 위한 최적의 위치에만 적용하기 위한 베이스이고, 구조적 특징은 다음과 같다.The
실린더라이너 몸체(10)는 상하 종방향의 원통형으로서 상단부(또는 하단부 포함)에는 실린더 블록(1)의 턱에 안착되는 외향의 플랜지(11)가 구비된다.The
실린더라이너 몸체(10)는 외주면에 형성되며 열전달블록(30)이 삽입되는 블록 삽입홈(12)이 형성되고, 블록 삽입홈(12)에 삽입 설치된 열전달블록(30)과 내측 슬리브(20)의 연결(직접 열전달이 가능한 연결)을 위하여 내외부가 관통하도록 홀(13)이 형성된다.The
블록 삽입홈(12)은 전체적으로 균일한 깊이의 홈으로 형성되며 열전달블록(30)의 형상과 동일한 형상이고, 실린더라이너 몸체(10)의 외주면에 하나의 링 형태로 형성될 수 있고 또는 도면에서 보이는 것처럼, 2개 이상이 원주방향을 따라 일정 간격을 두고 형성될 수 있다.The
블록 삽입홈(12)은 열전달블록(30)이 실린더 블록(1)의 냉각자켓(2)과 대응하는 위치이고, 따라서, 열전달블록(30)을 실린더 라이너(100)에 전체적으로 형성하지 아니하고 냉각을 위한 필요한 곳에만 형성할 수 있다.The
결국 내측 슬리브(20)가 열처리를 통해 실린더 라이너의 강도를 만족하기 때문에 실린더라이너 몸체(10)는 내측 슬리브(20)와 열전달블록(30)을 지지하는 기능만 수행하는 것도 무방하므로 불필요한 열처리 등을 요구하지 않는다.As a result, since the
홀(13)은 열전달블록(30)의 접촉부(32)가 내측 슬리브(20)와 접촉되어 내측 슬리브(20)의 열이 접촉부(32)를 통해 냉각매체에 전달되도록 하는 것으로, 블록 삽입홈(12)에 원형, 사각형 등의 단면으로 1개 이상이 형성된다.The
내측 슬리브(20)는 바람직하게 주철이며 내마모성 확보를 위하여 염욕 처리되며, 바람직하게 슬리브 예열 - 염욕 열처리 - 냉각의 공정으로 이루어진다.The
1. 슬리브 예열.1. Sleeve preheating.
주철로 제조된 슬리브를 가열기에 넣고 예열하며, 예열 온도는 염욕 열처리 온도보다 낮은 온도로서 예를 들어 400℃ ~ 500℃이고, 10분~30분간의 예열 공정을 통해 슬리브의 온도가 높아짐으로써 염욕 열처리 시 고온의 충격으로 인한 손상을 줄이는 효과가 있다.The sleeve made of cast iron is placed in a heater and preheated, and the preheating temperature is lower than the salt bath heat treatment temperature, for example, 400 ° C to 500 ° C, and the sleeve temperature is increased by increasing the temperature of the sleeve through a preheating process of 10 minutes to 30 minutes. It has the effect of reducing damage due to high-temperature impact.
2. 염욕 열처리.2. Salt bath heat treatment.
염욕로에 물과 염화물(염화나트륨 등)을 넣고 용해(물과 염욕제의 혼합비율은 공지와 동일하므로 구체적인 수치로 한정하지 않는다)하고 예열된 슬리브를 투입한 후 700~900℃에서 1시간 30분 ~ 2시간 30분 동안 열처리한다. 열처리 공정을 통해 슬리브의 조직이 치밀해진다.After adding water and chloride (sodium chloride, etc.) to the salt bath and dissolving it (the mixing ratio of water and salt bath is the same as known, so it is not limited to a specific value), and after inserting the preheated sleeve, it is 1
3. 냉각.3. Cooling.
염욕 열처리된 슬리브를 냉각하며 냉각 조건은 1차 냉각(염욕로 안에서 250℃~350℃, 30분~60분간 1차 냉각) - 2차 냉각(슬리브를 냉각로에 넣고 냉각매체(냉각수)를 통해 70℃~150℃, 10분~30분간 1차 급속 냉각) - 2차 냉각(상온, 22시간 ~ 24시간)이며, 3차에 걸친 냉각을 통해 완성된 내측 슬리브(20)는 냉각으로 인한 성질변경과 균열 등을 일으키지 않는다.Cooling the salt-heated sleeve and cooling conditions are primary cooling (250 ℃ ~ 350 ℃ in the salt bath, primary cooling for 30 ~ 60 minutes)-Second cooling (sleeve is put in the cooling furnace and cooled through the cooling medium (cooling water) 70 ℃ ~ 150 ℃, 1st rapid cooling for 10 ~ 30 minutes)-2nd cooling (room temperature, 22 hours ~ 24 hours), and the
열전달블록(30)은 열전도율이 우수한 재질(바람직하게 구리이며 물론, 구리로 한정되는 것은 아니다)이며, 구조는 블록 몸체(31) 및 접촉부(32)로 이루어진다.The
블록 몸체(31)는 실린더라이너 몸체(10)의 블록 삽입홈(12)에 삽입되며 내측 슬리브(20)의 열과 냉각매체의 열의 교환을 유도한다.The
블록 몸체(31)는 냉각매체와의 열전달 면적을 넓히기 위하여 외주면이 요철 형태로 구성될 수 있다.The
접촉부(32)는 내측 슬리브(20)의 열이 실린더라이너 몸체(10)를 통해 간접적으로 전달되지 않고 직접 전달되도록 내측 슬리브(20)와 접촉되도록 구성되며 홀(13)을 관통하여 단부가 내측 슬리브(20)에 접촉된다.The
내측 슬리브(20)와 접촉부(32)의 열전달 효율을 높이기 위하여 내측 슬리브(20)의 외주면에 접촉부(32)의 단부가 삽입되는 접촉부 삽입홈이 구성될 수 있다.In order to increase the heat transfer efficiency of the
지금까지는 열전달블록(30)이 실린더라이너 몸체(10)에 삽입 설치되는 것으로 설명하였으나 열전달블록(30)과 실린더라이너 몸체(10)의 생산오차와 조립오차가 발생하여 조립 불량이 발생하고 그에 따른 냉각매체의 누출이나 열전달 효율 저하가 발생할 수 있으며, 이를 해결하기 위하여 열전달블록(30)은 블록삽입홈(12)과 홀(13)에 열전달재료(액상 구리 등)가 충진된 후 경화를 통해 제조되는 것도 가능하다.So far, it has been described that the
충진식 열전달블록(30)을 위해서는 실린더라이너 몸체(10)의 내주면에 내측 슬리브(20)를 결합하여 홀(13)을 막아야 하고 실린더라이너 몸체(10)가 원형이기 때문에 충진 재료가 누출되지 않도록 블록 삽입홈(12)을 덮으면서 충진 재료를 주입 충진할 수 있는 덮개가 사용될 수 있다.For the filling type
즉, 본 발명은 열전달블록의 방식에 따라 제조 방법이 달라진다.That is, according to the method of the present invention, the method of manufacturing the heat transfer block is changed.
즉, 조립식 열전달블록 시 제조 방법은 실린더라이너 몸체(10)와 내측 슬리브(20) 조립 - 열전달블록(30) 조립의 공정으로 이루어지고, 충진식 열전달블록 시 제조 방법은 실린더라이너 몸체(10)와 내측 슬리브(20) 조립 - 실린더라이너 몸체(10)의 블록 삽입홈(12)과 홀(13)에 충진 재료 주입 - 경화의 공정으로 이루어진다.That is, the manufacturing method for the prefabricated heat transfer block consists of the process of assembling the
또한, 본 발명은 저부에서 외부 공기가 침투하는 것을 막아 공기의 침투로 인한 마모성과 보온성 저하를 해결하기 위하여 보온 캡(40)이 적용된다.In addition, the present invention is applied to the
보온 캡(40)은 관형이면서 실린더라이너 몸체(10)와 쐐기식으로 결합되는 쐐기부(41)를 포함한다. 따라서, 실린더라이너 몸체(10)의 하단 외주면에는 쐐기부(41)와 대응하는 경사의 쐐기부가 구성된다.The insulating
하고, 또한, 실린더라이너 몸체(10)와 내측 슬리브(20)의 하단부를 덮어 실린더라이너 몸체(10)와 내측 슬리브(20) 사이로 공기가 침투하는 것을 막는 링 형태의 차단턱(42)을 포함한다.And, it also includes a ring-shaped blocking
보온 캡(40)은 열전도율이 낮은 금속(철, 니켈 등)이 가능하고, 실린더라이너 몸체(10)와 내측 슬리브(20) 및 열전달블록(30)의 조립체를 실린더 블록(1)에 강제 압입 등으로 조립한 후 실린더라이너 몸체(10)와 실린더블록(1) 사이에 후결합될 수 있고 물론, 실린더라이너 몸체(10)에 선결합된 후 실린더 블록(1)에 설치되는 것도 가능하다.The heat-retaining
10 : 실린더라이너 몸체, 11 : 플랜지
12 : 블록 삽입홈, 13 : 홀
20 : 내측 슬리브, 30 : 열전달블록
31 : 블록 몸체, 32 : 접촉부
40 : 보온 캡, 41 : 쐐기부
42 : 차단턱,10: cylinder liner body, 11: flange
12: block insertion groove, 13: hole
20: inner sleeve, 30: heat transfer block
31: block body, 32: contact
40: insulating cap, 41: wedge
42: blocking jaw,
Claims (5)
표면이 열처리되며 상기 실린더라이너 몸체의 내부에 삽입 고정되는 내측 슬리브와;
상기 실린더라이너 몸체의 둘레부에 상기 내측 슬리브와 열전달되도록 연결되는 한편 실린더 블록의 냉각 자켓과 대응하며 상기 냉각 자켓을 순환하는 냉각매체를 통해 상기 내측 슬리브를 냉각하는 열전달블록을 포함하고,
상기 실린더라이너 몸체는 외주면에 형성되며 상기 열전달블록이 삽입되는 블록 삽입홈 및 상기 블록 삽입홈에 내외부가 관통하도록 형성되는 홀을 포함하며,
상기 열전달블록은 상기 블록 삽입홈에 상기 실린더라이너 몸체의 외주면보다 돌출되지 않도록 삽입 고정되는 판상의 블록 몸체 및 상기 블록 몸체의 내주면에 돌출 형성되며 상기 홀을 관통하여 단부가 상기 내측 슬리브에 접촉되는 접촉부를 포함하는 것을 특징으로 하는 내마모성과 내열성 실린더 라이너.A cylindrical cylinder liner body fixedly inserted into the hole of the cylinder block;
An inner sleeve whose surface is heat-treated and inserted and fixed inside the cylinder liner body;
And a heat transfer block that is connected to the inner sleeve and heat-transfers to the circumference of the cylinder liner body, and cools the inner sleeve through a cooling medium circulating the cooling jacket and corresponding to the cooling jacket of the cylinder block,
The cylinder liner body is formed on the outer circumferential surface and includes a block insertion groove into which the heat transfer block is inserted and a hole formed to penetrate the inside and outside of the block insertion groove,
The heat transfer block is formed to protrude on the inner circumferential surface of the block body and the block-shaped block body that is inserted and fixed so as not to protrude from the outer circumferential surface of the cylinder liner body into the block insertion groove, and a contact portion through which the end contacts the inner sleeve Wear-resistant and heat-resistant cylinder liner comprising a.
The method according to claim 1, The inner sleeve, 400 ℃ ~ 500 ℃, a first step of preheating for 10 minutes to 30 minutes, the sleeve preheated through the first step 700 ~ 900 ℃, 1 hour 30 minutes ~ Wear-resistant and heat-resistant cylinder liner comprising a second step of heat treatment for 2 hours and 30 minutes, and a third step of cooling the sleeve heat-treated through the second step at room temperature to 350 ° C over multiple steps. .
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