기관 08 >실린더 블록 및 실린더

1. CYLINDER BLOCCK

   주철이나 알루미늄 합금으로 만들어진 엔진의 중심이 되는 부분으로서 주철제는 그대로 피스톤을 넣는 실린더로 되어 있는 것이 많다. 또한 알루미늄 합금으로 만들어져 있을 경우에는 원통형 구멍에 실린더 라이너가 압입 또는 주입(鑄入)되어 있는 것이 일반적임. 실린더 블록과 함께 실린더 헤드와 크랭크 케이스가 부착되어 있으며, 이 3가지로 엔진의 본체를 구성한다. 엔진을 구성하는 부품 중 실린더 블록이 점유하는 중량의 비율은 일반적으로 승용차 무게의 약 4분의 1이 되며 알루미늄화로 경량화 되고 있다

1) 실린더 블록의 종류

일체형(소형차량) : 실린더가 마모 되었을 때 내경을 연삭하여 재사용 하며 보통 1.25mm 이상 마모되면 실린더 블록을 교환하는 형식.

라이너 삽입형(대형차량) 실린더가 마모 되었을 때 라이너만 교환하여 계속 재사용 할 수 있다.

라이너  종류

   ◈ 습식 : 두께 5-8mm, 라이너와 와 냉각수 직접 접촉,   시일링 사용하여 기밀 유지, 손으로 삽입

  ◈ 건식 : 두께 2-3mm, 내경 100mm당 2-3ton의 힘으로 삽입

 

2) 재질 : 일체로 주조( 주철, 알루미늄 합금, 특수주철)

3) 실린더 블록의 형식 : 직렬형. V형. 수평대향형

                      

 

 

4) 실린더 턱 (리지:ridge)

  (段)이 붙은 부분. 피스톤의 작용으로. 피스톤이 상사점에 있을 때 피스톤 링이 접촉되 않는 실린더 상부에 만들어진 턱을 말하며 리지 리머를 사용하여 제거할 수 있다.

 

5) 피스톤 슬랩(piston slap) 및 실린더  마멸이 가장 많은 곳

 실린더 벽과 피스톤의 스커트는 커넥팅 로드의 경사에 의한 측압을 받으며 피스톤의 상하 직선 운동을 바르게 유지하지만, 피스톤 간극이 너무 커서 피스톤이 운동 방향을 바꿀 때, 회전방향 상부에서 실린더 벽을 때리는 현상을 말하며, 이부분에서 마멸이 가장 심핟다. 피스톤 슬랩은 저온에서 현저하게 발생되기 때문에 이것을 방지하고 저온시의 간극을 알맞게 유지할 수 있도록 피스톤 스커트 부에 여러 가지 방법을 접목하여 사용하고 있다.

 

6) 체적효율 = 실제 흡입안 공기량 / 행정체적 × 100   

 

7) 실린더 행정 내경비

◈ 장행정 기관 : 행정이 내경보다 큰 엔진 ( D<L )   (측압이 적다, 회전속도가 늦은반면 회전력이 높다)

◈ 정방행정 기관 : 행정과 내경이 같은 엔진

◈ 단행정 기관   : 행정이 내경보다 적은 엔진( D>L )     

                 장점:: ㉠ 피스톤 평균 속도를 높이지 않고    회전속도 를 높일수 있다.      

                          ㉡ 단위 체적당 출력을 크게 할수 있다

                          ㉢ 흡,배기 지름크게 할수있어 흡입 효율 증대

                          ㉣ 엔진의 높이를 낮게 할수있다

                 단점:: ㉠ 피스톤의 과열이 심하고 전 압력이 커서 베어링을 크게 하여야 한다.  

                          ㉡엔진의 길이가 길어지고 진동이 커진다

 

2. CYLINDER HEAD

    실린더 헤드는 엔진의 머리부분으로 실린더 윗면에 설치되어 기밀과 수밀을 유지하여 열에너지를 얻을 수 있는 곳이다. 안쪽의 연소실에는 점화 플러그, 흡입 밸브 및 배기 밸브가 설치되어 있으며 실린더, 피스톤, 실린더 헤드와 함께 연소실을 형성한다. 수냉식 엔진은 전체 실린더를 하나로 주조한 일체식 실린더 헤드를 사용하고, 공랭식 엔진은 실린더마다 별개로 주조한 실린더 헤드를 사용하여 냉각을 돕도록 한다.

1) 재질:: 알루미늄 합금, 주철, 경합금.

2) 실린더 헤드 개스킷 : 보통 개스킷(석면), 스 틸 개스킷(석면,강판) ,  스틸 베스토 개스킷(강판,석면,강판)

3) 실린더 헤드모양 : L헤드형,  I헤드형,  F헤드형 (밸브 설치 방법에 따라 )

     1. 로커암 거버   2. 물 재킷  3. 로커암  4. 캠축  5. 실린더 헤드볼트  6. 실리넏 헤드   9. 밸브 스프링   

     10. 밸브   12 밸브 스템 씰   13. 밸브 가이드  14. 헤드 개스킷

 

4) 실린더 헤드의 구비조건

① 고온에서 열팽이 적고 팽창 압력에 견딜 수 있는 압력에 견딜 것

②가열되기 쉬운 돌출부가 없을 것(조기 점화의 원인)

 

【용어】조기 점화 (pre-ignition) : 조기 점화는 가솔린 엔진에서 압축된 혼합기가 점화 플러그에서 스파크가 발생되기 전에 열점에 의해 연소되는 현상으로서 밸브, 점화 플러그, 카본 등에 연소열이 누적되었을 때 발생한다. 연소실 내에 과열된 부분이 있으면 저온 산화를 촉진하므로 발화 지연 시간이 단축되어 자연 발화가 쉽게 발생된다. 특히 과열부의 온도가 높거나 가솔린의 발화성이 높을 때에는 점화 플러그의 점화 전에 자연발화가 일어난다.

 

5) 연소실(combustion chamber) 역할 : 연소실은 실린더 헤드에 설치되며 혼합가스를 연소하여 동력을 발생하며 밸브, 점화플러그가 설치된다

6) 연소실의 구비조건

㉠ 흡입효율이 좋을 것     ㉡ 노크를 일으키지 않는 형상일 것    ㉢ 체적 효율이 좋을 것    ㉣ 밸브 면적을 크게하여 흡배기 면적을 크게 할 것

㉤ 화염 전파에 요하는 시간을 최소로 잛게할 것

 

【용어】 노크(knock) : 엔진 작동중 화염파가 연소실 벽을 때리는 것을 노크 또는 노킹이라 한다. 엔진의 작동중 연소실 내에서 정상의 연소파가 진행됨에 따라 미연소 가스는 압축되고 온도가 상승하여 연소실 벽이 가열된다. 이 때 미연소 가스가 자기 착화 온도에 도달하면 전체 미연소 가스도 동시에 격렬한 연소를 일으켜 연소실 벽을 작은 해머로 두드리는 것과 같이 화염 파가 연소실 벽을 때리게 된다.

【용어】 화염 전파 기간(flames spread period) : 화염 전파 기간은 연료가 착화되어 폭발적으로 연소하기까지의 시간으로서 폭발 연소 기간이라고도 한다. 분사된 모든 연료가 동시에 연소하여 실린더 내의 온도와 압력이 상승하며, 실린더 내에서의 연료의 성질, 혼합 상태 및 공기의 와류에 의해 연소 속도가 변화하고 압력 상승에도 영향을 끼친다.

【용어】화염 전파 속도(flame velocity) : 엔진의 연소실 내에서 화염 면이 실제로 퍼져 가는 속도로서 연소 속도에 혼합기가 흐르는 속도와 연료가스의 팽창 속도를 더한 것

【용어】와류(swirl)] : 연소실 내의 공기, 혼합기 및 연소가스 등의 소용돌이를 말한다. 모든 엔진에서의 와류(渦流)는 중요한 역할을 하지만 특히 디젤 엔진에서는 압축된 공기 중에 연료를 분사하고 자연 발화에 의하여 혼합가스를 완전연소 시키는데는 공기와 연료가 잘 혼합될 필요가 있다. 흡입, 압축 행정을 통해서 연소실 내에 어떻게 하면 강한 와류를 발생시킬 수 있는가의 기술적인 문제는 엔진을 설계하는데 중요한 포인트로 되어 있다. 또 일부의 가솔린 엔진에서는 연료 소비율을 향상시키기 위하여 농후한 혼합기와 희박한 혼합기를 연소 실에 보내어 농후한 혼합기에 먼저 착화시킨 다음 와류를 이용하여 희박한 혼합기와 섞어 완전연소가 이루어지도록 연구하여 실용되고 있다

 

7) 연소실의 종류

㉠ 욕조형 연소실 :: 점화플러그 배치용이, 압축와류 좋음,   흡배기 밸브 크게, 체적효율이 나쁨

㉡ 쐐기형 연소실 :: 고압축비, 연소화염 점파거리가 길다,  열손실이 크다

㉢ 반구형 연소실 :: 밸브지름 큭게, 고출력, 연소기간 짧다.   연료소비 성능 향상.

㉣ 다구형 연소실 :: 반구형에 비해 가스 유동이 좋다 .

㉤ 루프형 연소실 :: 현재 4밸브 기구에 채택