KR980009798A - 내연 기관의 냉각 회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내연 기관의 냉각 회로 내에는, 냉각제 도관들이 실린더 헤드 및 실린더 블록의 냉각 재킷에 실린더 블록 내측의 냉각제 통로에 의해 냉각제 펌프와 연결된다. 실린더 블록과 실린더 헤드 사이의 플랜지면에서 시작해서 도관들은 냉각 회로의 주 도관과 연결된 실린더 블록 내에서 이어지며, 실린더 헤드를 공급 및 배출하는 역할을 한다. 이들 도관은 플랜지면으로부터 시작하는 주조 슬롯에 의해 실린더 블록의 냉각제 재킷과 연결된다. 이들 주조 슬롯은 부가적인 보어에 대한 필요가 없이 냉각제 재킷의 냉각 회로와의 연결부를 용이하게 제조할 수 있게 해준다. 또한, 이 연결부를 제조하는 주조법을 이용함으로써 공정의 신뢰성이 증대된다.

Description

내연 기관의 냉각 회로

본 발명은 청구항1의 유형(species)에 따른 내연 기관의 냉각 회로에 관한 것이다.

독일 특허 제DE 43 22 030 A1호는 냉각 회로에 있어서 실린더 블록의 냉각제 재킷과 실린더 헤드의 냉각제 도관이 냉각제 통로에 의해 냉각제 펌프와 연결되는 유형에 따른 내연 기관을 기술하고 있다. 냉각제 통로는 엔진의 실린더 블록의 내측에 위치되고, 공급 또는 귀환 도관으로서 설계된다. 냉각제 통로는 냉각제 통로의 주 도관에서 종료되는 부분적으로 실린더 블록 내의 보어(bores)의 형태로 되어 있다. 이들 보어는 실린더 헤드 내에 냉각제 도관을 제공하는 역할을 한다. 그러한 냉각 회로에 있어서 보어에 의한 실린더 블록 내의 냉각제 재킷의 주 도관으로의 연결부에 문제점이 있다. 주 도관은 실린더 블록 내의 냉각제 통로의 일부로서 제조되고 주조법에 의해 제조되기 때문에, 주조 공정 중에 주조 공구의 개개의 부품들 간의 위치 변동에 의해 이들의 위치 면에서 상대적으로 큰 허용오차가 발생된다. 제조법에 의한 지배를 받는 허용 오차의 범위 내에 해당하는 냉각제 통로의 주조 부품들의 위치의 차이로 인해, 냉각제 통로의 내측의 대응하는 종료 영역에 대한 보어의 정밀한 위치 설정을 항상 얻지는 못한다. 따라서, 대량 생산을 위한 충분한 처리 신뢰성이 항상 달성되지는 않는다. 더욱이, 주조 실린더 블록 내측의 보어의 제조는 부가적인 시간과 고가의 비용이 필요하다.

또한, 미국 특허 제4, 530, 315로부터 2열의 실린더가 V자형으로 배치되는 실린더 블록이 공지되어 있다. 실린더 블록 내측의 냉각제 재킷으로의 냉각제 공급은 실린더들에 의해 형성된 V자형의 기부 내에 합체된 종방향 도관에 의해 수행된다. 실린더 블록의 종방향 도관들의 연결은 상대적으로 넓게 주조된 만입부를 통해 직접 이루어진다.

본 발명은 실린더 블록 내측의 냉각제 재킷과 냉각제 통로간의 연결부가 간단하고 신뢰성 있게 제조될 수 있고 대량 생산에 적합한 방식으로 내연 기관의 유형에 따른 냉각 회로를 개선하는 것을 목적으로 하고 있다. 유동 기술에 관한 한 특히 중요한 영역(드로틀 지점 및 천이부)은 냉각 회로의 개별 부품들에 대한 위치 및 배치에 관한 한 높은 수준의 정밀도로 제조될 수 있어야 한다. 또한, 가능한 한 간단한 냉각 회로 내의 관통 유동 용적의 조절이 용이하여야 한다.

제1도는 내연 기관을 그 단부들 중 하나의 근방에서 상당히 단순화해서 도시한 단면도.

제2도는 실린더 헤드에 대면한 실린더 블록의 플랜지면의 평면도.

제3도는 제2도 III-III을 따른 단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

3, 4 : 실린더 블록 5 : 커넥팅 로드

6 : 피스톤 10 : 냉각제 재킷

23 : 열 교환 튜브 24 : 오일 팬

이러한 목적은 주요 청구항의 특징부에 의한 본 발명에 따라 달성된다. 제조가 간단하고 신뢰성 있는 실린더 블록 내측의 냉각제 재킷과 공급 및 귀환 도관으로서 설계된 냉각제 통로의 구역들과의 연결부는 이 연결부가 플랜지 면에서 시작되어 실린더 블록 내에 주조되는 슬롯의 형태일 때 얻어진다. 이 슬롯은 주조법에 의해 제조된다는 사실 때문에, 정확하게 배치되고 위치 설정되며 이에 따라서 주조 공구의 적절한 설계에 의해 신뢰성 있게 제조된다. 주조된 냉각제 통로의 위치 편차는 연결부의 공구와 관련된 직접 성형으로 어떤 영향을 주지 않는다. 또한, 연결부를 제조하는 주조 기술을 이용함으로써 추가적인 작업 단계가 회피되며, 상기 단계는 이외에도 보어를 제조하기 위해 필요하다. 또한, 특히 유리한 방식에 있어서, 주조법에 의해 제조된 냉각제 재킷과 냉각제 통로간의 연결부에 있어서, 냉각제 유동의 조절은 주조된 슬롯의 적절한 기하학적 형상에 의해 달성될 수 있다.

냉각제 유동을 조절함에 있어서 고정밀도는 냉각제 재킷과 냉각제 통로를 연결하는 슬롯의 깊이가 그 폭보다 큰 경우에 유리한 형태로 달성된다. 실린더 블록의 주조 블랭크의 제조에 이은 후속 작업 단계에서 플랜지면은 재료 제거와 더불어 기계가공된다.

제조로부터 발생된 허용오차 때문에, 플랜지면으로부터 제거되어야 할 두께 량은 부품들마다 상이하다. 연결 슬롯의 제조 중에 그 깊이가 그 폭보다 크게 제조된 경우에, 상이한 제거 속도로 하더라도 플랜지 표면에 수직한 슬롯의 단면에 관한 영향은 비교적 넓은 슬롯을 위한 설계에서보다 작다. 슬롯의 단면에 대한 주조 블랭크의 최종 기계 가공의 영향은 슬롯의 폭(B)이 일정한 제조를 허용할 만큼 충분히 감소될 때 최소화된다. 따라서, 특정 단면을 달성하기 위해, 플랜지 영역의 최종 기계 가공 처리시의 제거 속도의 영향이 최소화되도록 슬롯의 깊이(T)는 비교적 크다.

냉각 회로의 설계와 내연 기관의 실린더 블록의 제조는 냉각제 재킷이 각 경우의 유입측과 유출측의 양 측에서 적어도 하나의 슬롯에 의해 냉각제 통로(공급 도관 및 귀환 도관)와 연결되는 경우에 특히 간단하고 경제적이 된다.

실린더 둘레의 균일한 유동은 냉각제 재킷과 연결된 슬롯이 인접한 실린더에 대해 대략 방사상으로 이어지는 경우에 특히 유리한 방식으로 달성된다.

또한, 냉각제 재킷을 통한 유동은 또한 유입 및 유출 슬롯이 각 실린더마다 제공되는 경우에 훨씬 더 균일하게 된다. 그 다음, 특히 간단한 방식으로 횡방향 냉각 유동이 실린더 블록 내에 형성될 수 있다. 이 횡방향 냉각 유동은 유입측 및 유출측 상의 슬롯이 서로 직경 방향 반대쪽에 위치된 경우에 매우 균일하다.

특히 다실린더 내연 기관에서, 냉각제 유동의 조절은 냉각제 재킷과 냉각제 통로를 연결하는 슬롯들이 이들의 단면 및 그에 따른 이들의 깊이가 특히 압력 강하의 함수(냉각제 펌프로부터 거리)로서 치수 결정되도록 기하학적으로 조절되는 경우에 특히 유리한 방식으로 달성될 수 있다. 모든 슬롯의 기하학적 형상을 조절함으로써, 각각의 개별 실린더마다 냉각제 흐름이 균일하게 조절될 수 있다.

냉각제 재킷과 실린더 블록 내의 냉각제 통로를 연결하기 위한 주조 슬롯을 갖는 냉각제 통로는 유리하게는 개방 데크(open-deck) 구조를 이용해서 제조한 실린더 블록에 특히 적합하다.

본 발명에 대한 기타 잇점 및 유리한 개선은 종속항 및 그 기재로부터 얻어진다.

본 발명의 일 실시예를 이하의 설명 및 도면에서 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 실시예에 도시된 내연 기관은 V자형의 180° 각도로 배치된 2열의 실린더를 구비하고, 실린더 블록(3, 4)을 구성하는 2개의 반부(1, 2)에 의해 그 분할 평면(E-E)을 따라 수직으로 분리된 크랭크 케이스를 구비한다. 이 분할 평면(E-E)에는 크랭크축의 회전축이기도 한 도시하지 않은 종축(A)이 이어진다. 이 크랭크축은 커넥팅 로드(5)에 의해, 수평면(H-H)에서 운동하는 피스톤(6)과 연결된다. 각 열의 실린더는 크랭크축 하우징의 한쪽 반부(1 또는 2) 또는 각각의 실린더 블록(3, 4) 상의 분할 평면(T-T)에 장착되는 실린더 헤드(7)와 결합된다. 실린더 헤드(7)는 도시하지 않은 가스 교환 밸브가 장비된 흡기 및 배기 도관(8, 9)를 구비한다. 각 열의 실린더의 실린더 블록은 냉각제 재킷(10)을 구비하고 실린더 헤드(7)는 냉각제 도관(11)을 구비한다.

한 실린더 블록(3)의 일 단부(12) 상에는 도시하지 않은 냉각제 펌프를 수납하기 위한 만입부(13)가 제공된다. 이 펌프는 2개의 유출 개구(14)를 통해 실린더 열(1, 2)을 향해 냉각제를 운반한다. 이들 유출 개구(14)들 중 하나는 실린더 열(1)과 결합된 주 공급 도관(16) 내의 유입구(15)로서 형성된다. 다른 유출 개구는 하방으로 향해진 유출 플랜지(17)에 형성된다. 제2 주 공급 도관(20)은 냉각제 펌프로부터 일정 거리에서 실린더 열(2)과 결합되고 연결 도관(21)에 의해 유출 플랜지(17)와 연결된다.

2개의 주 공급 도관은 각 실린더 블록(3, 4)의 하부벽(18, 19)에서 각 분할 평면(T-T)에 인접해서 종축(A) 아래에 그리고 이와 평행하게 연장된다. 도관(21)의 구역(22)은 외부 재킷 상의 상세하게 도시하지 않은 냉각 리브(rib)와의 열교환 튜브(23)로서 설계되며, 내연 기관의 오일 팬(24)을 통과한다. 열교환 튜브(23)는 분할 평면(E-E)의 가교 역할을 하며, 하부벽(19)에 형성된 연결 도관(21)의 다른 구역(25)에서 연결된다.

대응하는 주 귀환 도관(28, 29)이 크랭크축 하우징 반부(1, 2) 및/또는 실린더 블록(3, 4)의 상부벽(26, 27)에서 종축(A)과 평행하게 이어지며, 상기 도관은 아래에서 설명하는 바와 같이 실린더 블록(3, 4)의 냉각제 재킷(10)과 실린더 헤드(7)의 냉각제 도관(11)과 연결된다. 단부(12) 근방에는 횡단 도관(31)으로서 형성된 수집 도관이 벽(26, 27)에 위치되며, 상기 도관은 유출 스터브(stub)(32)에 의해 도시하지 않은 물/공기 열교환기와 연결된다.

주 공급 및 주 귀환 도관(16, 20, 28, 29), 횡단 도관(31), 연결 도관(21)의 구역(25)은 벽(18, 19, 26, 27) 내에 주조된다.

여기서는 설명을 간단하게 하기 위해 도1의 우측에 도시된 실린더 열(2)의 예만을 이용해서 냉각 회로의 나머지 구조를 설명하기로 한다. 좌측 실린더 열(1)에 위치된 냉각 회로 부분은 유사하게 설계된다. 실린더 열의 각 실린더에 있는 주 공급 도관(20)에는 플랜지 표면(33)[분할 평면(T-T)]으로부터 나온 도관(34a 내지 34c)이 종료된다. 이들 도관(34a 내지 34c)은 주조에 의해 제조되고, 본 실시예에서는 원통형이며, 주 공급 도관(20)을 실린더 헤드(7)의 냉각제 도관(11)과 연결하는 역할을 한다. 실린더 헤드의 냉각제 도관(11)은 또한 각 실린더에 주조된 공급 구역(35)을 구비하며, 상기 구역은 플랜지 영역(33)의 근방에서 도시하지 않은 실린더 헤드 가스켓을 통해서 도관(34a 내지 34c)과 각각 연결된다. 상응해서, 주 귀환 도관(29)에서는 플랜지 표면(33)으로부터 나온 3개의 주조 도관(36a 내지 36c)이 종료되며, 상기 도관은 실린더 헤드(7) 내의 귀환 구역(37)에 의해 냉각제 도관(11)과 연결된다. 도관(34a 내지 34c)뿐만 아니라 도관(36a 내지 36c)은 냉각제 재킷(10)으로부터 임의의 거리만큼 연장된다. 다시 말해서, 이들은 냉각제 재킷(10)의 인접한 구역보다 실린더 축(38)으로부터 보다 먼 방사상 거리에 있다. 냉각제 재킷(10)은 각 실린더에서 슬롯(39a 내지 39c)에 의해 각 도관(34a 내지 34c)과 연결된다. 반대쪽에서 냉각제 재킷(10)은 대응 슬롯(40a 내지 40c)에 의해 도관(36a 내지 36c)과 연결된다. 슬롯(39a 내지 39c)은 플랜지 표면(33)으로부터 나와서 실린더 축(38) 방향으로 연장되며, 유사한 도관(34a 내지 34c, 36a 내지 36c)은 동일한 주조 공정에 의해 제조된다. 각 실린더 근방의 냉각제 재킷(10)은 슬롯(39a 내지 39c)에 의해 도관(34a 내지 34c)을 거쳐 냉각 회로의 주 공급 도관(20)과 연결된다. 반대쪽에서 냉각제 재킷(10)은 각 실린더에서 슬롯(40a 내지 40c)과 도관(36a 내지 36c)에 의해 주 귀환 도관(29)과 연결된다. 따라서, 내연 기관의 운전 중에, 횡단 유동이 실린더 블록의 근방에서 생성될 수 있다.

드로틀(throttle) 손실 및 난류를 회피하기 위해서 [도관(34a 내지 34c)과 각각 대면하는 쪽의] 슬롯(39a 내지 39c)의 입구 영역은 라운드되는데, 다시 말해서 입구 반경을 갖는다. 냉각제 재킷 내의 실린더 둘레에서의 유동의 균일한 분할이 이루어 지도록 유입구측 상의 슬롯(39a 내지 39c)은 실린더 축에 대해 방사상으로 연장된다. 또한, 실린더 둘레의 유동의 보다 균일한 분배를 위해서, 유출측 상의 슬롯(40a 내지 40c)은 슬롯(39a 내지 39c)에 대해 직경 방향 반대쪽에 배치되고 마찬가지로 실린더 축에 대해 방사상으로 연장된다. 유입측 및 유출측 상의 각 실린더용 슬롯은 균일한 횡방향 유동 냉각을 달성하기 위해 배치되며 실린더 블록의 길이에 대해 실린더의 중심에서 서로 반대측에 위치된다 (다시 말해서 도시하지 않은 이들을 연결하는 선은 실린더 블록의 길이에 대해 직각으로 이어진다).

내연 기관의 운전 중에, 도시하지 않은 냉각제 펌프는 냉각제의 흐름을 도1의 화살표로 표시된 방향으로 유입구(15) 또는 연결 도관(21)을 통해서 주 공급 도관(16, 20) 내로 운반하며, 상기 주 공급 도관으로 부터 냉각제의 흐름은 축(A)을 따르는 단부(12)에서 2열의 실린더로 분기된다. 실린더 헤드(7)의 냉각제 도관(11)은 유입구측 상의 도관(34a 내지 34c) 및 유출구측 상의 도관(36a 내지 36c)을 통해 유동을 횡단한다. 이들 도관의 적절한 단면 치수에 의해 냉각제 흐름이 조절될 수 있다. 이런 경우에, 냉각제 펌프로부터의 각 실린더의 거리는 특히 고려되어야 할 사항이다. 냉각제의 흐름의 조절은 바람직하게는 유입측 또는 유출측 상에서 균일하게 수행된다. 따라서, 각각의 개별적인 도관의 단면은 각 실린더에 부여되는 부분적인 흐름의 크기를 결정한다. 따라서, 실린더당 부분 유동의 균일한 분배는 각 압력 손실에 적합한 도관의 단면 치수를 사용함으로써 달성될 수 있다. 양호하게는, 실린더당 부분 유동의 조절은 유입구측 상에서 발생하는 데, 이는 이 지점에서 허용 오차와 관련된 개개의 압력 손실의 편차가 상대적으로 훨씬 작기 때문이다. 유출측 상의 도관의 치수는 양호하게는 드로틀 손실을 감소시키기 위해서 증대된다.

슬롯(39a 내지 39c)을 통해서, 물 회로의 각 부분 유동으로부터 추가 부분 유동이 분기되며, 상기 부분 유동은 냉각제 재킷(10)의 각 구역에 공급하는 역할을 한다. 그 다음, 해당 슬롯의 유동 단면은 실린더와 관련해서 한편으로는 실린더 헤드로 다른 한편으로는 실린더 블록으로의 냉각제 부분 유동의 분배를 결정하는 반면에, 각 도관의 유동 단면은 실린더와 관련된 전체적인 부분 유동(실린더 헤드 + 실린더 블록)을 결정한다. 각 슬롯의 유동 단면의 적절한 조절에 의해, 실린더와 관련된 실린더 헤드 및 실린더 블록으로의 부분 유동의 일정한 분배가 발생된다. 이러한 분배는 또한 유입측 상의 유동 단면을 조절함으로써, 다시 말해서 슬롯(39a 내지 39c)의 유동 단면의 치수 조정에 의해서 바람직하게 발생된다. 이와 상응해서 유출측 상의 슬롯(40a 내지 40c)의 유동 단면은 가능한 한 드로틀이 없는 귀환 유동을 허용하도록 보다 크게 만들어진다.

슬롯(39a 내지 39c, 40a 내지 40c)의 유동 단면을 치수 결정함에 있어서 제조와 관련된 허용 오차를 가능한 작게 하기 위해서, 슬롯들은 이들의 깊이(T)가 이들의 폭(B)보다 크게 되도록 설계된다. 따라서, 플랜지 표면(33)의 기계 가공 중의 제거 속도의 영향이 낮게 유지될 수 있다.

냉각제 도관은 플랜지면으로부터 시작하는 주조 슬롯에 의해 실린더 블록의 냉각제 재킷과 연결되는데 이들 주조 슬롯은 부가적인 보어에 대한 필요가 없이 냉각제 재킷의 냉각 회로와의 연결부를 용이하게 제조할 수 있게 하고, 이 연결부를 제조하는 주조법을 이용함으로써 공정의 신뢰성이 증대된다.

Claims (12)

1. 냉각제 재킷(10)을 갖는 주조 실린더 블록(3, 4)과, 냉각제 도관(11)을 갖는 실린더 헤드(7)와, 실린더 헤드와 실린더 블록 사이의 공통 플랜지면(33) 뿐만 아니라 공급 또는 귀환 도관으로 설계된 실린더 블록 내측의 냉각제 통로(16, 20, 28, 39, 34a 내지 34c, 36a 내지 36c,을 구비하고, 이들 통로 중 적어도 하나의 냉각제 통로(34a 내지 34c, 36a 내지 36c)가 플랜지 표면에서 종료되는 내연 기관의 냉각 회로에 있어서, 냉각제 재킷과 적어도 하나의 냉각제 통로 사이에는, 플랜지 영역에서 시작해서 실린더 블록 내에 주조된 주조 슬롯(39a 내지 39c, 40a 내지 40c) 형태의 연결부가 제공되는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 냉각 회로.
2. 제1항에 있어서, 슬롯(39a 내지 39c, 40a 내지 40c)의 깊이(T)는 그 폭(B)보다 큰 것을 특징으로 하는 내연 기관의 냉각 회로.
3. 전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서, 냉각제 재킷(10)은 유입구측 상의 적어도 하나의 슬롯(39a 내지 39c)에 의해 공급 도관(16, 20, 34a 내지 34c)과 연결되고, 유출구측 상의 적어도 하나의 슬롯(40a 내지 40c)에 의해 귀환 도관(28, 29, 36a 내지 36c)과 연결되는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 냉각 회로.
4. 전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서, 슬롯(39a 내지 39c, 40a 내지 40c)은 실린더에 대해 대략 방사상으로 이어지는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 냉각 회로.
5. 전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서, 유입측 슬롯(39a 내지 39c)과 유출측 슬롯(40a 내지 40c)이 각 실린더마다 제공되는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 냉각 회로.
6. 전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서, 유입측 슬롯(39a 내지 39c)과 유출측 슬롯(40a 내지 40c)은 실린더에 대해 직경 방향 반대 쪽에 위치되는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 냉각 회로.
7. 전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서, 각 실린더의 유입측 슬롯(39a 내지 39c)과 유출측 슬롯(40a 내지 40c)들 간의 연결선들은 실린더 블록의 길이에 대해 대략 직각으로 이어지는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 냉각 회로.
8. 전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서, 정렬된 적어도 2개의 실린더를 구비하고, 하나의 유입측 슬롯(39a 내지 39c)들이 각 실린더마다 제공되며, 슬롯들의 깊이(T)는 냉각제 유동을 조절하는 것이 상이한 것을 특징으로 하는 내연 기관의 냉각 회로.
9. 전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 회로는 직렬로 배치된 적어도 2개의 실린더를 구비하고, 하나의 유출측 슬롯(40a 내지 40c)이 각 실린더마다 제공되며, 슬롯들의 깊이(T)는 냉각제 유동을 조절하는 것이 상이한 것을 특징으로 하는 내연 기관의 냉각 회로.
10. 전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서, 실린더 블록(3, 4)의 한 쪽에 위치된 슬롯(39a 내지 39c, 40a 내지 40c)은 실린더 블록의 종방향으로 이어지는 주 도관(16, 20, 28, 29)과 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 냉각 회로.
11. 전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서, 유입측 슬롯(39a 내지 39c)에는 이들이 냉각제 재킷(10)과 대면한 쪽에 적어도 하나의 입구 반경이 제공되는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 냉각 회로.
12. 전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서, 실린더 블록(3, 4)은 개방 데크 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 냉각 회로

    ※ 참고사항：최초출원 내용에 의하여 공개하는 것임.