KR20090130984A - 엔진 워터재킷의 격벽 구조물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 엔진 워터재킷의 격벽 구조물에 관한 것으로, 워터재킷의 내부 공간을 상부채널과 중간채널 및 하부채널로 구획하는 상부격벽(10)과 하부격벽(20) 및; 상기 상부격벽(10)과 하부격벽(20)의 전방단부와 후방단부를 연결하여 상기 중간채널의 유동을 정체시키는 차단벽(30,40);을 포함하여 이루어진다.

따라서, 중간채널의 냉각수 유동이 정체되어 라이너의 중간부는 온도가 높고 냉각수 유동이 원활한 상/하부는 온도가 낮은 온도 분포가 형성된다.

이는 피스톤 마찰 손실 감소에 최적의 조건으로서 연비가 향상되는 효과가 있다.

워터재킷 스페이서, 워터재킷 인서트, 워터재킷 격벽, 워터재킷 실링 구조물

Description

엔진 워터재킷의 격벽 구조물{barrier structure of water jacket in engine}

본 발명은 엔진 실린더블록의 워터재킷에 삽입되어 냉각수 유동을 조절함으로써 라이너의 온도 분포를 피스톤 마찰 저감에 유리한 상태로 형성시키는 엔진 워터재킷의 격벽 구조물에 관한 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 실린더블록(1)에는 기통수에 따른 보어(2)가 형성되고, 그 보어(2)의 내벽에 내열, 내마모성이 우수한 라이너(3)가 구비되며, 상기 보어(2)의 주변 부분에는 냉각수가 흐르는 워터재킷(4)이 형성되어 엔진의 과열을 방지하게 된다.

한편, 상기 라이너(3)는 상하 왕복 운동하는 피스톤과 직접 마찰되는 부분으로서 피스톤과의 마찰 상태에 따라 마찰 손실량이 증감되는데, 이러한 마찰 손실은 엔진의 연비 개선에 있어 주요한 개선 대상이다.

상기 피스톤의 마찰 손실은 라이너(3)의 내주면에 도포되는 엔진오일의 점도에 크게 영향 받으며, 오일의 점도는 오일의 온도에 따라 결정된다.

따라서, 상기 오일의 점도를 마찰 손실이 감소될 수 있도록 작게 하는 것이 바람직한 바, 그렇게 하기 위해서는 오일이 접한 라이너(3)의 온도 분포가 대단히 중요하다.

상기 라이너(3)의 온도분포는 그 외측을 흐르는 워터재킷(4)의 냉각수에 의해 형성되므로 워터재킷(4)내의 냉각수 유동 상태를 조절하여 라이너(3)의 온도분포를 피스톤 마찰 손실을 감소시키기 알맞은 상태로 형성시키는 것이 필요하다.

이에 본 발명은 상기와 같은 필요에 의해 안출된 것으로, 워터재킷 내부의 유동상태를 조절하여 라이너의 온도 분포를 상/하부는 낮고 중간 부분은 높게 형성시킴으로써 피스톤에 의한 마찰 손실을 최소화하여 연비를 향상시킬 수 있도록 된 엔진 워터재킷의 격벽 구조물을 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

워터재킷의 내부 공간을 상부채널과 중간채널 및 하부채널로 구획하는 상부격벽과 하부격벽 및;

상기 상부격벽과 하부격벽의 단부를 연결하여 상기 중간채널의 유동을 정체시키는 차단벽;

을 포함하여 이루어진다.

상기 상부격벽과 하부격벽은 보어 외주면을 따라 호 형상이 반복 형성된 형상으로 이루어진다.

또한, 상기 상부격벽과 하부격벽에 에어벤트홀이 형성된다.

상기 차단벽에도 에어벤트홀이 형성될 수 있다.

한편, 상기 하부격벽의 하면에 유동가이드가 돌출 형성된다.

상기 유동가이드의 단부는 쐐기형상으로 형성된다.

그리고, 상기 상부격벽과 하부격벽의 양측면과 워터재킷의 내벽면 사이에 실 링 엘리먼트가 도포될 수 있다.

또한, 상기 상부격벽과 하부격벽의 사이에 지지대가 연결된 수 있다.

이상 설명한 바와 같은 본 발명 격벽 구조물이 설치되면, 워터재킷의 내부 공간이 상부채널과 중간채널 및 하부채널으로 구획되고, 그 중 상/하부채널은 유동이 원활한 반면 중간채널은 유동의 정체가 이루어짐으로써 상/하부채널에 대응되는 라이너의 상부와 하부는 온도가 낮고 중간채널에 대응되는 중간부분은 온도가 높게 형성된다.

따라서, 라이너의 전체 영역에서 마찰력이 작게 발생하는 조건으로 오일의 온도가 형성되므로 피스톤 마찰 손실이 저감되어 엔진의 연비가 개선되는 효과가 있다.

이하, 본 발명을 첨부된 예시도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 엔진 워터재킷의 격벽 구조물의 일 실시예로서, 도 3은 워터재킷에 상기 격벽 구조물이 설치된 상태의 단면도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명은 보어(2)와 동일한 굴곡 형상을 가지는 상부격벽(10)과 하부격벽(20) 및 상기 상부격벽(10)과 하부격벽(20)의 양단을 연결하는 차단벽으로 이루어진다. 상기 차단벽은 전방차단벽(30)과 후방차단벽(40)으로 이루어진다.

도 3에는 보어(2) 내주면에 라이너(3)가 설치되고, 보어(2)의 외측에 워터재 킷(4)이 형성되어 있으며, 상기 워터재킷(4)에 본 발명에 따른 격벽 구조물이 삽입된 단면이 도시되어 있다.

도시된 바와 같이, 워터재킷(4)에 상기 격벽 구조물이 삽입됨으로써 워터재킷(4)의 내부 공간은 상기 상부격벽(10)과 하부격벽(20)에 의하여 상부채널(4a)과 중간채널(4b) 및 하부채널(4c)로 구획되는데, 상부채널(4a)과 하부채널(4c)에 비해 중간채널(4b)의 면적이 넓게 형성된다.

특히, 상기 전방차단벽(30)과 후방차단벽(40)에 의해 상기 중간채널(4b)은 그 전후방의 냉각수 유입통로와 배출통로가 차단됨으로써 내부의 냉각수 정체가 이루어진다.

즉, 상기 워터재킷(4)의 중간채널(4b)은 상기 상부격벽(10)과 하부격벽(20)과 전방차단벽(30) 및 후방차단벽(40)에 의해 둘러싸여 유동이 정체된다. 그리고, 이와 같은 워터재킷(4) 중간채널(4b)의 냉각수 유동 정체 현상은 상기 격벽 구조물을 워터재킷(4)의 양 측부에 각각 설치(한 쌍 설치)함으로써 보어(2) 양쪽 부분에서 동일하게 이루어진다.

또한, 워터재킷(4)의 외측 벽면과 이에 접하는 상부격벽(10)과 하부격벽(20)의 단부는 경사면으로 형성되어 있어서 상기 상부격벽(10)과 하부격벽(20)은 자신의 폭과 동일한 폭을 가지는 워터재킷(4)내의 위치에서 설치상태를 유지할 수 있도록 되어 있다.(상하 방향으로의 위치 유지)

그리고, 상기 상부격벽(10)과 하부격벽(20)은 다수의 보어 외주면을 따라 호 형상이 반복 형성된 형상으로 이루어져 있어서 즉, 평면상에서 보아 워터재킷(4)의 굴곡 형상과 동일한 형상으로 이루어져 있어서 냉각수 유동 방향(실린더블록 길이 방향)으로의 설치 위치도 유지된다.

한편, 격벽 구조물 전체의 강성을 보강하고, 워터재킷(4) 내부로의 설치 및 탈거 작업의 용이성 등을 고려하여 도 4, 도 5와 같이 상기 상부격벽(10)과 하부격벽(20)의 사이를 연결하는 지지대(50)를 형성할 수 있다.

상기 지지대(50)는 상부격벽(10)과 하부격벽(20)을 수직으로 연결함에 있어서, 도 6(a)와 같이 상/하부격벽(10,20)의 길이 방향 전체에 걸쳐서 일체로 형성될 수도 있고, 도 6(b)와 같이 소정 간격마다 분리된 다수 개로 형성될 수도 있다. 그러나, 도 4와 같이 보어와 보어 사이의 오목한 부분에 해당되는 지점에 설치되는 것이 구조적으로 안정적이다.

또한, 상기 지지대(50)는 상부격벽(10)과 하부격벽(20)의 상/하부로 돌출되는 부분이 없이 형성될 수도 있고, 상기 도 4에서와 같이 상부격벽(10)과 하부격벽(20) 보다 상부 및 하부로 더 돌출된 상태로 형성될 수도 있다.

한편, 상기 격벽 구조물 내부에 냉각수가 존재하지 않게 되면(=중간채널(4b)에 냉각수가 존재하지 않게 되면) 보어(2) 양 측부의 넓은 면적이 과열되어 부품 변형 및 소착 등의 문제가 발생하므로 상기 중간채널(4b)에 냉각수가 충만하도록 하기 위하여 상기 상부격벽(10)과 하부격벽(20)에는 도 7과 같이 에어벤트홀(11,21)이 형성된다. 또한, 상기 전방차단벽(30)과 후방차단벽(40)에도 에어벤트홀이 형성될 수 있다.(도시 생략) 상기 에어벤트홀은 일정 간격으로 다수 개 형성된다.

따라서, 상기 에어벤트홀(11,21)을 통해서 기포가 상부채널 쪽으로 빠져나가고, 이와 더불어 중간채널(4b)로 냉각수가 유입되어 냉각수 부족으로 인한 과열 현상을 방지할 수 있게 된다.

상기와 같이 워터재킷(4)에 본 발명에 따른 격벽 구조물이 설치되면, 워터재킷(4)의 내부 공간이 상,중,하부채널(4a,4b,4c)로 나누어지게 되고, 이 중 상부채널(4a)과 하부채널(4c)로는 냉각수가 원활히 유동되는 반면, 상기 중간채널(4b)에서는 냉각수의 고립이 이루어져 유속이 감소하면서 정체가 이루어진다.

따라서, 실린더블록 중간 부분의 냉각이 상부와 하부에 비해 원활히 이루어지지 않기 때문에 중간 부분의 온도가 상승하여 라이너(3) 중간 부분의 온도도 상승된다.

따라서, 라이너(3) 중간 부분의 오일 점도가 낮아짐으로써 피스톤에 의한 마찰 손실량이 감소되어 엔진의 연비가 향상된다. 이와 같은 마찰손실 감소 작용은 라이너(3)의 중간 부분에서 피스톤의 속도가 빠르기 때문에 더욱 효과적으로 이루어진다.

또한, 라이너(3) 중간부분의 온도가 상승된 만큼 냉각손실이 발생하지 않은 것이므로 이 또한 연비 향상의 한 요인이 된다.

그런데, 도 8의 그래프에서와 같이, 피스톤의 상사점 부근과 하사점 부근 즉, 라이너(3)의 상부 영역과 하부 영역에서는 오일 온도가 올라갈수록 마찰력이 증가되는 현상이 나타난다.((ㄷ)의 경우를 보아 알 수 있다.) 이는 상사점과 하사점 부근에서 피스톤의 방향전환이 이루어짐으로써 그에 따른 거동 안정성이 저하되 어 나타나는 현상이다.

따라서, 라이너(3)의 상부 영역과 하부 영역에서는 중간 영역과는 반대로 오일의 온도를 낮춤으로써 마찰력을 감소시켜 마찰 손실량을 감소시킬 수 있다.

이러한 사정을 고려해 볼 때 상기 워터재킷(4)의 상부채널(4a)과 하부채널(4c)은 중간채널(4b)에 비해 유속이 빨라 냉각수의 원활한 흐름이 이루어지므로 해당 영역의 실린더블록을 보다 원활히 냉각할 수 있게 되고, 이에 라이너(3)의 상부와 하부의 온도가 감소하여 상기의 조건에 부합하게 되므로 마찰 손실량이 저감되어 연비 향상이 이루어지게 된다.

이와 같이, 본 발명 격벽 구조물이 설치되면, 라이너(3)의 상하 높이에 따른 (스트로크에 따른) 온도의 분포는 도 9에 굵은 실선으로 도시된 바와 같다. 즉, 라이너(3)의 상부와 하부 영역에 해당되는 부분(A,C 부분)은 온도가 낮고, 이에 대해 중간 영역에 해당되는 부분(B 부분)은 상대적으로 온도가 높음을 확인할 수 있다.

한편, 상기 하부채널(4c)의 면적(유동단면적)에 따라서 그 상측 부분(상부채널과 중간채널)으로 배분되는 냉각수량이 달라지게 되므로 상기 하부채널(4c)의 냉각수 유동을 강화시킨 본 발명의 경우, 상기 상부채널(4a)의 냉각수 유동량이 감소하여 의도한 바와 달리 라이너(3) 상부의 온도가 증가함으로써 상부 영역에서의 마찰손실 감소 효과를 얻을 수 없게 되는 경우가 발생할 수 있다.

이 경우에는 도 10과 같이, 하부격벽(20)의 하면에 소정의 단면적을 가지는 유동가이드(60)를 형성한다.

상기 유동가이드(60)는 별개의 부품으로 제작하여 결합하기보다는 도 11,12 에서와 같이 하부격벽(20)의 하면에 일체로 돌출 형성하는 것이 바람직하다. 부품의 폭이 넓지 않으므로 별개의 부품으로 제작하여 결합할 경우 작업이 용이하지 않기 때문이다.

상기와 같이 하부격벽(20)의 하면에 형성된 유동가이드(60)는 자신의 폭에 해당되는 단면적만큼 하부채널(4c)의 냉각수 유동면적을 감소시키게 된다.

따라서, 하부채널(4c)에서 줄어든 냉각수량이 위쪽의 채널로 보충되어 상부채널(4a)에 필요한 냉각수량이 확보됨으로써 라이너(3)의 상부 영역 온도를 낮게 형성시킬 수 있게 된다.

이때 상기 하부채널(4c)의 경우 냉각수량이 감소한 것이 온도상승 요인으로 작용하지만, 그에 대하여 유동 단면적이 줄어든 만큼 냉각수의 유동 속도가 증가되어 필요한 유동량을 확보할 수 있음으로써 라이너(3) 하부 영역의 온도를 낮게 유지할 수 있다.

또한, 상기 유동가이드(60)의 워터재킷(4) 입구측 단부("가" 부분)는 쐐기 형상으로 뾰족하게 형성하여 워터재킷(4)의 내부로 냉각수가 보다 원활히 유입될 수 있도록 한다. 이는 워터재킷(4)에서의 배출 용이성을 위하여 유동가이드(60)의 반대쪽 단부에도 동일하게 적용될 수 있다.

한편, 상기 상부격벽(10)과 하부격벽(20)의 양측면과 워터재킷(4)의 내측 벽면 사이에는 실링 엘리먼트(sealant)가 도포될 수 있다. 이 경우 인접한 채널 사이의 밀폐성이 향상되므로 서로 다른 열량을 가지는 인접 채널간의 냉각수 혼합을 최소화하여 각 유동 영역별로 보다 확실한 온도 구배가 형성될 수 있다.

도 1은 실린더블록 보어부의 단면도,

도 2는 본 발명에 따른 격벽 구조물의 사시도,

도 3은 상기 격벽 구조물이 워터재킷에 설치된 상태의 단면도,

도 4는 상기 격벽 구조물에 지지대가 형성된 상태의 사시도,

도 5는 지지대가 형성된 격벽 구조물의 설치 상태 단면도,

도 6의 (a),(b)는 지지대의 실시예 예시도,

도 7은 격벽 구조물의 상부격벽과 하부격벽에 에어벤트홀이 형성된 상태를 도시한 단면도,

도 8은 오일 온도별 크랭크각(피스톤 위치 추정 가능)에 따른 마찰력 변화를 표시한 그래프,

도 9는 라이너의 상하 온도 분포도,

도 10은 격벽 구조물의 하부격벽에 유동가이드가 형성된 상태를 도시한 단면도,

도 11은 유동가이드가 형성된 상태의 전체 사시도,

도 12의 (a),(b)는 도 11의 격벽 구조물을 다른 각도에서 도시한 사시도들이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1 : 실린더블록 2 : 보어

3 : 라이너 4 : 워터재킷

4a : 상부채널 4b : 중간채널

4c : 하부채널 10 : 상부격벽

20 : 하부격벽 22 : 유동가이드

30 : 전방차단벽 40 : 후방차단벽

50 : 지지대

Claims (8)

1. 워터재킷의 내부 공간을 상부채널과 중간채널 및 하부채널로 구획하는 상부격벽과 하부격벽 및;

   상기 상부격벽과 하부격벽의 단부를 연결하여 상기 중간채널의 유동을 정체시키는 차단벽;

   을 포함하여 이루어진 엔진 워터재킷의 격벽 구조물.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 상부격벽과 하부격벽은 보어 외주면을 따라 호 형상이 반복 형성된 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 엔진 워터재킷의 격벽 구조물.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 상부격벽과 하부격벽에 에어벤트홀이 형성된 것을 특징으로 하는 엔진 워터재킷의 격벽 구조물.
4. 청구항 1에 있어서, 상기 차단벽에 에어벤트홀이 형성된 것을 특징으로 하는 엔진 워터재킷의 격벽 구조물.
5. 청구항 1에 있어서, 상기 하부격벽의 하면에 유동가이드가 돌출 형성된 것을 특징으로 하는 엔진 워터재킷의 격벽 구조물.
6. 청구항 5에 있어서, 상기 유동가이드의 단부가 쐐기형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 엔진 워터재킷의 격벽 구조물.
7. 청구항 1에 있어서, 상기 상부격벽과 하부격벽의 양측면과 워터재킷의 내벽면 사이에 실링 엘리먼트가 도포된 것을 특징으로 하는 엔진 워터재킷의 격벽 구조물.
8. 청구항 1에 있어서, 상기 상부격벽과 하부격벽의 사이에 지지대가 연결된 것을 특징으로 하는 엔진 워터재킷의 격벽 구조물.

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