KR900008968B1 - 내연기관의 커넥팅로드 제작방법 - Google Patents

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내용 없음.

Description

내연기관의 커넥팅로드 제작방법

제1a도는 종래의 커넥팅로드의 정면도이고, 제1b도는 제1a도의 A-A선을 따른 단면도, 제1c도는 제1a도의 측면도.

제2a도는 본 발명에 따른 커넥팅로드의 정면도, 제2b도는 제2a도의 B-B선을 따른 단면도, 제2c도는 제2b도의 측면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 커넥팅로드 2 : 소단부

3 : 대단부 4 : 섕크부

5, 6 : 연결부 7, 8 : 관통구멍

본 발명은 내연기관용 커넥팅로드에 관한 것으로, 특히 커넥팅로드를 몇개의 부품으로 분할형성하여 이들 부분품을 소결성형이나 단조작업으로 제작결합시켜줌으로써 커넥팅로드의 경량화 및 내구성을 높여 엔진의 성능을 향상시킬 수 있도록 된 커넥팅로드의 제작방법에 관한 것이다.

일반적으로 커넥팅로드는 내연기관(엔진)의 피스톤핀에 연결되는 소단부와, 크랭크축에 연결되는 대단부 및, 상기 소단부와 대단부사이를 연결시켜주는 섕크(shank)부로 크게 나눌수가 있는바, 종래에는 이들 소단부와 대단부 및 섕크부 전체를 동일재료를 가지고 일정한 금형으로 단조용 프레스를 사용해서 일체로 성형시켜 제작하고 있었다.

그런데 이와 같이 제작된 커넥팅로드는, 피스톤의 직선 왕복운동을 크랭크축의 회전운동으로 변환시켜주는 운동메카니즘상 커넥팅로드에 걸리는 응력이 복합적으로 작용하기 때문에, 커넥팅로드에 대한 구조적인 해석 및 설계에 많은 제한이 따르고 있었다. 즉 제1a도에 도시된 바와 같이 커넥팅로드의 소단부 및 대단부에서 각각 원 a, b로 표시된 부분에는 회전관성모우먼트에 의한 전단응력과 인장 및 압축응력이 교대로 작용되는 반복응력때문에 피로현상이 발생되게 되는 결과로 커넥팅로드에 회전모우먼트에 의한 전단응력과 피로응력이 복합적으로 작용하게 된다.

따라서 상기와 같은 복합응력때문에 발생하게되는 전단강도 및 피로강도를 기초로하여 커넥팅로드의 구조적인 해석 및 설계가 이루어져야 하고, 또 커넥팅로드의 재질도 이들 응력에 대한 중요한 인자로 작용하게 된다.

그런데, 종래의 커넥팅로드를 제작할때 이에 대한 재질로서 비교적 기계적강도가 우수한 가단주철 및 구상화흑연주철을 가지고 주물제작해오고 있으나, 이는 제작단가가 높고 주조작업할때의 결함방지등에 많은 어려움이 따라 경제성이 낮기 때문에 거의 사용되지 않고 있다. 이에 현재 제작되고 있는 커넥팅로드는 구조용 탄소강을 단조작업으로 성형시킨 다음 열처리해서 제작하는 것이 대부분이고, 커넥팅로드의 형상 또한 거의 전 길이에 걸쳐 I자형단면으로 제작되고 있다.

따라서, 상기와 같은 구조용 탄소강의 화학적인 조성에 따른 기계적 성질에 근거해 설계제작된 커넥팅로드는, 최소한의 강도를 갖추기 위해서 그 설계상 제한이 따르게되고, 그에 따라 재질의 선택도 제약을 받게 되었다.

그 때문에 보다 가볍고 기계적 성질도 개선되어 자동차의 성능향상 및 재료절감을 기할 수 있는 커넥팅로드를 제작하는 방법이 요청되고 있는 실정이다.

이에 본 발명은 상기와 같은 실정을 감안하여 발명된 것으로, 커넥팅로드를 소단부와 대단부 및 섕크부를 분할해서 각각 분말소결작업 및 단조작업을 통해 제작한 다음 이들을 서로 접합하여 커넥팅로드를 완성시킴으로써, 커넥팅로드의 재질 및 설계의 한계성을 극복할 수 있으면서 커넥팅로드의 경량화 및 생산비의 절감은 물론 엔진의 성능을 향상시킬 수 있도록 된 커넥팅로드를 제공함을 그 목적으로 한다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 먼저 소단부와 대단부의 재질로 선정된 원료분말을 혼합해서 소·대단부제작용 금형에 넣고 1차로 예비소결작업을 하여 소·대단부를 예비형성시켜 놓고서, 단조작업등으로 제작된 섕크부의 양끝부위를 상기 예비성형된 소단부 및 대단부의 연결부에 각각 끼운다음 소정의 소결접합공정으로 소결작업을 해주게되면, 상기 소·대단부의 연결부와 섕크부끝부위의 접촉부분이 액상으로 되면서 금상학적(金相學的)결합이 이루어지면서 그에 따른 수축응력 및 표면확산에 의해 상기 소·대단부와 섕크부가 서로 견고하게 접합되게 됨으로써 커넥팅로드가 완성되게 된다.

여기서 특히 소·대단부에 형성된 관통구멍은 피스톤핀과 크랭크축의 베어링면에 직접 접촉하게되는 부분이 소결성형된 다공질구조로 되어 있기 때문에 오일리스베어링의 역할을 할 수 있게 되어, 크랭크축 및 피스톤핀과 커넥팅로드의 상대회전운동이 보다 원활히 이루어지게되어 기계적인 마모를 감소시킬 수가 있고, 또, 커넥팅로드의 각부위 즉, 소단부와 대단부 및 섕크부의 형상과 재질의 선택 및 설계를 다양화할 수가 있게 됨으로써 엔진의 경량화가 이루어져 자동차의 성능을 향상시킬 수 있게 되는 것이다.

이하 본 발명을 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명한다.

본 발명의 1실시예에 따른 제2a도 내지 제2c도에 도시된 커넥팅로드(1)는, 소단부(2)와 대단부(3) 및 섕크부(4)가 각각 별개로 성형되면서 상기 소단부(2)와 대단부(3)의 연결부(5, 6)에는 상기 섕크부(4)가 삽입 고정되는 각각의 연결구멍(7, 8)이 형성되고, 이 연결구멍(7, 8)에는 상기 섕크부(4)의 양끝부위가 각각 끼워져 접합되도록 되어 있는바, 여기서 상기 소단부(2)와 대단부(3)는 일반 탄소강에 Cu, Ni 및 키다 합금원소를 첨가시킨 금속 분말을 소결성형시켜 제작하게 된다. 여기서 상기 소단부(2)와 대단부(3)의 형상은 제2a도에 도시된 바와 같이, 원 a 및 b로 표시된 부분에 작용되는 회전관성모우먼트에 따른 전단응력과 섕크부(4)의 반복응력의 복합응력에 따른 내구력을 가질 수 있도록 설계되고, 상기 소단부(2)와 대단부(3)의 연결부(5, 6)에 형성된 연결구멍(7, 8)은 상기 섕크부(4)가 충분한 길이만큼 삽입고정될 수 있는 깊이로 형성되게 된다.

한편, 상기 섕크부(4)는 종래의 일반적인 재질을 가지고 단조작업등으로 성형시키되, 그 형상은 원통형 또는 속이 빈 파이프형상이 되도록해서 굽힘응력 및 강도를 증가시켜주면서, 경량화도 기할 수 있도록 되어 있다.

다음에는 본 발명에 따른 커넥팅로드(1) 제작과정을 설명한다.

제2a도에 도시된 바와 같이 커넥팅로드(1)의 소단부(2) 및 대단부(3)는 일반 탄소강에 Cu, Ni 및 기타 합금원소를 첨가시킨 원료분말들을 혼합해서 제작용 금형에다 넣어 가압해서 예비성형(compacting)시켜 놓은 다음, 이렇게 예비성현된 상기 소·대단부(2, 3)의 연결부(5, 6)에 형성된 각 연결구멍(7, 8)에 단조작업 등으로 이미 제작해서 예비처리시켜진 섀크부(4)의 양 끝부위를 끼워넣고 다시 금형을 체결해준 다음 소정의 온도와 압력 및 시간을 조절하면서 소결작업을 실시해 준다. 이렇게 하면 상기 예비성형된 소단부(2) 및 대단부(3)의 연결부(5, 6)에 형성된 연결구멍(7, 8)의 내면과 섕크부(4)의 끝부위의 외주면의 온도가 상승하게 됨에 따라 그 접촉면이 점성을 갖는 거의 액상(液相)으로 되면서 상기 연결구멍(7, 8)의 내면과 섕크부(4)의 끝부위의 외주면 사이에서 분자들이 서로 확산되어 고용되게 되는 금상학적 결합(金相學的 結合)이 이루어지게 되는바, 이들 액상은 소결작업이 진행됨에 따라 냉각되면서 수축효과를 갖게 되므로 그에 따른 수축력에 의해 상기 소·대단부(2, 3)의 연결구멍(7, 8)과 섕크부(4)의 양끝부위는 견고하게 일체로 결합되게 되어 하나의 커넥팅로드가 완성되게 된다.

한편, 상기 소단부(2)와 대단부(3)의 재질로서는 서로 같은 화학조성을 갖는것을 쓸수도 있으나, 이들 소·대단부(2, 3)의 운동학적 특성을 고려하여 요구되는 기계적 성질을 부여해 주기 위해 각각 별도의 화학조성을 갖는 재료로 제작할 수도 있다. 그리고 일반적으로 소·대단부(2, 3)에 형성된 관통구멍(9, 10)은 각각 피스톤핀과 크랭크축에 부시 및 베어링과 함께 끼워져 상대적인 회전운동을 하게 되나, 상기와 같이 소·대단부(2, 3)는 분말상의 재료로서 소결성형되어 그 조직이 다공질구조로 되어지기 때문에, 윤활유를 함유할 수 있는 능력을 갖게 되므로 공지의 오일리스베어링과 같은 역할을 부수적으로 수행할 수 있게 된다.

따라서 본 발명에 따른 소·대단부(2, 3)는 엔진의 윤활급유시스템과 함께 사용됨으로써 커넥팅로드(1)와 피스톤핀 및 크랭크축 사이의 상대회전운동이 보다 원활해지게 되고, 베어링면과의 사이에 마모 또한 감소시켜줄 수 있게 되며, 나아가 공지의 부시 및 베어링을 생략할 수도 있게 되어, 크랭크축 및 커넥팅로드의 내구성을 높여줄수 있게 될 뿐만 아니라 엔진의 경량화 및 원가절감의 효과를 거둘 수 있게 된다.

이상의 설명에서와 같이 본 발명에 따른 커넥팅로드(1)는 소단부(2)와 대단부(3) 및 섕크부(4)를 각각 별개로 제작하게 됨으로써 그 부분에 따라 각기의 재질로 서로 다르게 선정할 수가 있고, 그형상 또한 제한을 받지 않게되므로, 설계 및 제작상의 한계성을 극복해서 커넥팅로드(1)의 경량화 및 내구성을 향상시킬 수가 있게 되며, 또 소단부(2)와 대단부(3)를 소결성형시켜 줌으로써 오일리스 베어링의 역할도 할 수 있어 크랭크축 또는 피스톤핀과의 사이에 마모를 감소시킬 수 있게 되어, 엔진성능은 물론 엔진의 수명을 높여줄 수 있을 뿐만 아니라 공지의 커넥팅로드 작동기구에서 필요로 하던 부시 및 베어링을 생략할 수 있어 엔진의 경량화 및 원가절감의 효과를 거둘 수 있게 된다.

Claims (4)

1. 커넥팅로드(1)의 소·대단부(2, 3)를 예비소결로 각기 예비성형시키는 예비소결단계와, 생크부(4)를 제작하는 섕크부 제작단계 및, 이들 소·대단부(2, 3)와 섕크부(4)를 서로 접합시켜주는 접합다계로 구성된 내연기관의 커넥팅로드 제작방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 예비소결단계가 소·대단부(2, 3)의 원료분말을 혼합한 후 이를 소·대단부(2, 3)의 제작용 금형에 주입압축시켜 소·대단부(2, 3)를 예비성형시켜주도록 된 것을 특징으로 하는 내연기관의 커넥팅로드 제작방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 섕크부제작단계가 단조작업등으로 섕크부(4)의형상을 원통형 또는 속이 빈 파이프형상으로 제작해주도록 된 것을 특징으로 하는 내연기관의 커넥팅로드 제작방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 접합단계가 금형내에서 예비성형된 소·대단부(2, 3)의 연결부(5, 6)에 형성된 연결구멍(7, 8)에 섕크부(4)의 양끝부위를 끼워 상기 금형속에다 넣고나서 공지의 소결성형절차에 따라 소정의 온도로 가열 및 냉각시켜줌으로써 상기 소·대단부(2, 3)와 섕크부(4)를 금상학적결합으로 서로 접합시켜 주도록 된 것을 특징으로 하는 내연기관의 커넥팅로드 제작방법.

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