KR102297189B1

KR102297189B1 - 엔진의 실린더 블록

Info

Publication number: KR102297189B1
Application number: KR1020170035443A
Authority: KR
Inventors: 임규운; 장정우; 유병근
Original assignee: 두산인프라코어 주식회사
Priority date: 2017-03-21
Filing date: 2017-03-21
Publication date: 2021-09-02
Anticipated expiration: 2037-03-21
Also published as: CN208040545U; KR20180106712A

Abstract

실린더 블록이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 실린더 블록은 실린더의 하부에 배치되고 볼트 홀이 형성되는 벌크헤드와, 상기 벌크헤드의 하단에 결합되어 크랭크 샤프트를 지지하며 상기 볼트 홀에 체결되는 볼트가 관통함으로써 상기 벌크헤드에 결합되는 메인 베어링캡, 그리고 상기 볼트 홀의 단부에 대응되는 상기 벌크헤드의 표면에 상기 크랭크 샤프트 축방향을 따라 주변부보다 돌출되는 돌출부를 포함한다.

Description

엔진의 실린더 블록{CYLINDER BLOCK FOR ENGINE}

본 발명은 엔진의 실린더 블록에 관한 것이다.

엔진 블록은 피스톤의 왕복운동을 하는 공간인 실린더가 형성된 엔진의 실린더 실린더 블록, 엔진의 실린더 블록의 상부에 장착되어 연소실을 형성하고, 흡/배기밸브 및 이들을 구동하기 위한 캠 기구들이 설치되는 실린더 헤드, 실린더 블록의 하부에 장착되는 오일팬을 포함한다.

엔진의 실린더 블록의 각 실린더에는 연료의 폭발로 인한 강한 충격과 고열이 발생하고 피스톤의 고속 왕복이동으로 인한 고마찰이 발생하므로 실린더 블록은 그에 충분한 강성, 내열성, 내마모성 등의 기계적 내구성이 요구된다.

도 1은 종래의 일 실시예에 따른 실린더 블록의 내부 구조를 도시하는 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 실린더 블록(1)의 각 실린더(2)의 하측에는 벌크헤드(3)가 형성된다. 벌크헤드(3)의 하측에는 메인 베어링캡(4)이 결합되고, 벌크헤드(3)와 메인 베어링캡(4) 사이에는 크랭크샤프트의 저널(5)을 지지하는 저널지지부(6)가 형성된다. 메인 베어링캡(4)은 볼트(7)에 의해 벌크헤드(3)에 결합된다.

엔진의 구동시 크랭크샤프트의 저널(5)에는 피스톤의 왕복 운동에 의한 폭발 하중과 관성 하중이 반복적으로 작용한다. 예를 들어 피스톤의 상승시(압축행정 진행시)에는 저날지지부(6)의 상측 내면에 하중이 작용하고, 피스톤의 하강시(폭발행정 진행시)에는 저날지지부(6)의 하측 내면에 집중하중이 반복적으로 작용한다. 이렇게 반복적으로 작용하는 하중은 저널지지부(6)를 통해 벌크헤드(3)으로 전달되어 벌크헤드(3)의 피로 파손을 유발시킨다. 벌크헤드(3)에는 메인 베어링캡(4)을 벌크헤드(3)에 결합시키기 위한 볼트 홀(8)이 형성되는데, 벌크헤드(3)의 피로 파손은 볼트 홀(8)의 단부 주변에서 주로 발생된다. 따라서, 벌크헤드(3)의 파손을 방지하기 위한 기술개발이 필요하다.

본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 벌크헤드의 피로 파손을 방지할 수 있는 엔진의 실린더 블록을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 실린더 블록은, 실린더의 하부에 배치되고 볼트 홀이 형성되는 벌크헤드와, 상기 벌크헤드의 하단에 결합되어 크랭크 샤프트를 지지하며 상기 볼트 홀에 체결되는 볼트가 관통함으로써 상기 벌크헤드에 결합되는 메인 베어링캡 그리고 상기 볼트 홀의 단부에 대응되는 상기 벌크헤드의 표면에 상기 크랭크 샤프트 축방향을 따라 주변부보다 돌출되는 돌출부를 포함한다.

또한, 상기 볼트 홀의 단부의 중심은 상기 돌출부의 내측에 위치할 수 있다.

또한, 상기 볼트의 체결시 상기 볼트 홀 내부에 배치되는 상기 볼트의 나사부 끝단은 상기 돌출부의 내측에 배치될 수 있다.

또한, 상기 볼트 홀의 평면 형상은 원형이고, 상기 볼트 홀의 단부의 중심과 상기 돌출부의 중심은 일치할 수 있다.

또한, 상기 돌출부의 직경은 상기 볼트 홀의 직경의 1.5배 이상 2배 이하의 범위일 수 있다.

또한, 상기 돌출부의 둘레는 라운드지게 모따기될 수 있다.

또한, 상기 실린더는 복수로 형성되고, 상기 벌크헤드는 상기 복수의 실린더 사이에 배치되어 상기 복수의 실린더 각각에 대응되는 표면을 가지며, 상기 돌출부는 상기 복수의 실린더 각각에 대응되는 상기 벌크헤드의 표면 각각으로부터 돌출 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 피로 파손이 주로 발생되는 볼트 홀의 단부 부위에 돌출부가 형성됨으로써 해당 부분의 강성이 보강되어 벌크헤드의 파손이 방지되는 효과가 있다.

또한 본 발명의 일 실시예에 의하면, 돌출부의 직경이 볼트 홀의 직경의 1.5배 내지 2배의 범위로 형성됨으로써, 실린더 블록의 무게를 불필요하게 증가시키지 않으면서도 실린더 블록의 강성이 향상되는 효과가 있다.

또한 본 발명의 일 실시예에 의하면, 돌출부의 둘레가 라운드지게 모따기됨으로써 돌출부의 둘레에 응력집중이 발생되는 것이 방지되는 효과가 있다.

도 1은 종래의 일 실시예에 따른 엔진의 실린더 블록의 내부 구조를 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진의 실린더 블록의 내부 구조를 도시하는 도면이다.
도 3은 도 2의 엔진의 실린더 블록의 분해도이다.
도 4는 도 2의 엔진의 실린더 블록의 부분 정면도이다.
도 5는 도 2의 엔진의 실린더 블록의 부분 확대도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진의 실린더 블록에 있어서 돌출부 지름에 대한 볼트 홀 지름의 비율에 따른 응력 크기의 관계를 도시하는 그래프이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진의 실린더 블록을 나타내는 도면이고, 도 3 내지 5는 각각 도 2의 엔진의 실린더 블록의 분해도, 부분 정면도, 부분 확대도이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진의 실린더 블록에 있어서 돌출부 지름에 대한 볼트 홀 지름의 비율에 따른 응력 크기의 관계를 도시하는 그래프이다.

도 2 내지 5를 참조하면, 엔진의 실린더 블록(10)에는 피스톤이 수용되는 실린더(20)가 형성되고, 엔진의 실린더 블록(10)의 상부에는 실린더 헤드(70)가 결합된다. 도 2 및 3에 도시된 엔진의 엔진의 실린더 블록(10)은 본 발명의 기술적 특징을 가장 잘 나타내기 위하여 어느 하나의 실린더의 중심부터 인접하는 다른 실린더의 중심까지만을 절개하여 도시하였다. 필요에 따라 실린더(20)의 개수는 조절될 수 있으며, 이 경우 도 2에 도시된 엔진의 실린더 블록(10)이 복수로 구비되어 일체로 형성될 수 있다.

엔진의 실린더 블록(10)의 실린더(20)의 하부에는 벌크헤드(30)가 배치된다. 벌크헤드(30)의 하단에는 메인 베어링캡(40)이 볼트(50)에 의해 결합된다. 벌크헤드(30)와 메인 베어링캡(40) 사이에는 크랭크샤프트의 저널(60)을 지지하기 위한 저널지지부(39)(42)가 형성된다. 저널지지부(39)(42)와 크랭크샤프트의 저널(60) 사이에는 메인베어링(62)이 배치될 수 있다. 벌크헤드(30)의 일측에는 캠부시(80)가 장착될 수도 있다.

구체적으로, 저널지지부(39)는 벌크헤드(30)에 형성되며 크랭크샤프트의 저널(60)을 일부 지지 가능하도록 약 반원형태로 홀이 형성될 수 있다. 그리고 저널지지부(42)는 메인 베어링캡(40)에 형성되며 크랭크샤프트의 저널(60)의 나머지를 지지 가능하도록 약 반원형태로 홀이 형성될 수 있다.

메인 베어링캡(40)을 벌크헤드(30)에 결합시키기 위하여 벌크헤드(30)에는 볼트 홀(34)이 관통 형성된다. 볼트 홀(34)에는 메인 베어링캡(40)을 관통한 볼트(50)가 체결된다. 볼트 홀(34)은 하나의 메인 베어링캡(40) 당 두 개가 형성될 수 있으며, 벌크헤드(30) 및 메인 베어링캡(40)의 구조에 따라 볼트 홀(34)의 개수는 조절될 수 있다.

볼트 홀(34)은 벌크헤드(30)의 하단으로부터 상방으로 연장된다. 볼트 홀(34)의 내주면에는 볼트(50)의 외주면에 형성되는 나사부에 대응되는 나사선이 형성된다. 볼트 홀(34)은 볼트(50)의 길이에 대응되는 길이로 형성될 수 있다.

벌크헤드(30)의 표면에는 볼트 홀(34)의 단부(36)에 대응되는 위치에 돌출부(32)가 형성된다. 돌출부(32)는 그것의 주변부보다 돌출되도록 형성되어 소정을 두께를 가진다. 폭발 하중에 의해 볼트(50)가 벌크헤드(30)를 실린더(20)의 하방으로 잡아당기거나, 피스톤의 상승으로 인해 볼트(50)가 벌크헤드(30)를 실린더(20)의 상방으로 밀어주게 되면 볼트(50)의 단부, 더 상세하게는 볼트(50)의 나사부 끈단에서 높은 인장 응력이 발생된다. 이 응력이 벌크헤드(30)에 반복적으로 발생되면 높은 응력 진폭으로 작용하여 벌크헤드(30)의 피로에 악영향을 주게 되고, 결국 볼트(50)의 나사부 끝단은 피로 파손을 일으키는 기점으로 작용하게 된다. 돌출부(32)는 벌크헤드(30)에 있어서 응력 집중이 발생되는 볼트 홀(34)의 단부(36) 주위의 강성을 보강하기 위한 구조이다.

돌출부(32)의 두께는, 크랭크 샤프트의 저널(60)의 축방향을 따라 벌크헤드(30)의 내면으로부터 돌출되는 높이를 의미하며, 엔진의 구동시 크랭크샤프트의 카운터웨이트 등과 간섭되지 않는 범위에서 결정될 수 있다. 본 실시예에서는 크랭크 샤프트 또는 카운터 웨이트 등의 운동을 방해하지 않도록 벌크헤드측 저날지지부(38)와 동일한 높이만큼만 돌출되게 형성된 일례를 보여주고 있다. 돌출부(32)는 볼트 홀(34)마다 형성될 수 있으며, 벌크헤드(30)의 양쪽 표면에 모두 형성될 수 있다. 즉, 도 2는 편의상 엔진 실린더의 일측 실린더(20)만 나타난 상태이나, 벌크헤드(30)을 사이에 두고 도면에 나타나지 않은 뒷 부분에도 실린더(20)가 형성되는데, 각각의 실린더에 대응되도록 도면에 표시되지 않은 벌크헤드(30)의 뒷면에도 동일한 형태의 돌출부가 형성될 수 있다는 것이다. 따라서, 본 실시예와 같이, 하나의 메인 베어링캡(40)당 두 개의 볼트 홀(34)이 형성되는 경우, 돌출부(32)는 벌크헤드(30)의 일측 표면에 두 개가 형성되고 반대측 표면에 두 개가 형성됨으로써, 모두 네 개가 형성될 수 있다.

돌출부(32)는 벌크헤드(30)에 있어서 응력이 집중되는 부분의 강성을 보강하기 위한 구조이다. 돌출부(32)는 다양한 평면 형상을 가질 수 있으나, 돌출부(32)에 응력집중이 발생되는 것을 방지하기 위하여, 평면 형상이 원형으로 이루어지는 것이 바람직하다.

볼트 홀(34)의 단부(36)의 중심(38)이 돌출부(32)의 내측에 위치하도록 형성될 수 있다. 돌출부(32)의 평면 형상이 원형인 경우, 돌출부(32)의 중심과 볼트 홀(34)의 단부(36)의 중심(38)이 일치되는 것이 바람직하다.

앞서 설명한 바와 같이 돌출부(32)의 두께가 제한되는 이유는, 돌출부(32)의 지름(D1)은 돌출부(32)에 의한 효과에 영향을 줄 수 있기 때문이다. 즉, 돌출부(32)의 지름(D1)이 클수록 벌크헤드(30)의 강성이 향상될 수 있다. 그러나, 돌출부(32)의 지름(D1)이 필요 이상으로 커질 경우 엔진의 엔진의 실린더 블록(10)의 무게만 증가하고 피로 파손 방지 효과는 미미할 수 있으므로, 벌크헤드(30)의 충분한 강성을 확보할 수 있는 범위 내에서 돌출부(32)의 지름(D1)이 결정되는 것이 바람직하다. 도 6을 참조하면, 돌출부(32)의 지름(D1)에 대한 볼트 홀(34)의 지름(D2)의 비가 1.5 이상이면 돌출부(32)에 작용하는 응력 크기가 현저히 감소되는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 돌출부(32)의 지름(D1)은 볼트 홀(34)의 지름(D2)의 1.5배 이상인 것이 바람직하다. 또한, 돌출부(32)의 지름(D1)이 볼트 홀(34)의 지름(D2)의 2배 이상인 경우에는 볼트 홀(34)의 지름이 커지더라도 응력 감소 효과가 미미한 것을 확인할 수 있다. 이에 따라, 엔진의 엔진의 실린더 블록(10)의 무게가 불필요하게 증가하는 것을 방지하기 위하여, 돌출부(32)의 지름(D1)은 볼트 홀(34)의 지름(D2)의 2배 이하인 것이 바람직하다. 또한, 돌출부(32)의 지름(D1)은 볼트(50)의 나사부 끝단(55)이 돌출부(32)의 내측에 배치되는 크기로 형성될 수 있다.

한편, 돌출부(32)의 둘레 부위에서 응력 집중이 발생되는 것을 방지하기 위하여 돌출부(32)의 둘레는 라운드지게 모따기 처리되는 것이 바람직하다. 이때, 상부 둘레뿐만 아니라 하부 둘레 또한 라운드지게 모따기 처리되는 것이 바람직하다.

이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 실린더 블록은, 벌크헤드(30)에 있어서 볼트 홀(34)의 단부(36)에 대응되는 부위에 돌출부(32)가 형성됨으로써 벌크헤드(30)의 피로안전율이 향상되는 효과가 있다. 또한, 볼트 홀(34)의 단부(36)에 대응되는 부분에 돌출부(32)가 형성됨으로써 해당 부위의 강성이 보강되고, 이로 인하여 벌크헤드(30)의 파손이 방지된다. 이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 실린더 블록은 벌크헤드(30)의 무게를 크게 증가시키지 않으면서도 강성을 보강할 수 있는 효과가 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서 본 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 엔진의 실린더 블록 20: 실린더
30: 벌크헤드 32: 돌출부
34: 볼트 홀 36: 볼트 홀의 단부
40: 메인 베어링캡 50: 볼트
60: 크랭크샤프트의 저널 70: 실린더 헤드

Claims

실린더의 하부에 배치되고 볼트 홀이 형성되는 벌크헤드;
상기 벌크헤드의 하단에 결합되어 크랭크 샤프트를 지지하며, 상기 볼트 홀에 체결되는 볼트가 관통함으로써 상기 벌크헤드에 결합되는 메인 베어링캡; 및
내측에 상기 볼트 홀의 단부의 중심이 위치하며 상기 벌크헤드의 표면에 상기 크랭크 샤프트 축방향을 따라 주변부보다 돌출되는 돌출부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진의 실린더 블록.
삭제
제1항에 있어서,
상기 볼트의 체결시 상기 볼트 홀 내부에 배치되는 상기 볼트의 나사부 끝단은 상기 돌출부의 내측에 배치되는 것을 특징으로 하는 엔진의 실린더 블록.
제1항에 있어서,
상기 볼트 홀의 평면 형상은 원형이고,
상기 볼트 홀의 단부의 중심과 상기 돌출부의 중심은 일치하는 것을 특징으로 하는 엔진의 실린더 블록.
제1항에 있어서,
상기 돌출부의 직경은 상기 볼트 홀의 직경의 1.5배 이상 2배 이하의 범위인 것을 특징으로 하는 엔진의 실린더 블록.
제1항에 있어서,
상기 돌출부의 둘레는 라운드지게 모따기되는 것을 특징으로 하는 엔진의 실린더 블록.
제1항, 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 실린더는 복수로 형성되고,
상기 벌크헤드는 상기 복수의 실린더 사이에 배치되어 상기 복수의 실린더 각각에 대응되는 표면을 가지며,
상기 돌출부는 상기 복수의 실린더 각각에 대응되는 상기 벌크헤드의 표면 각각으로부터 돌출형성되는 것을 특징으로 하는 엔진의 실린더 블록.