모노블록 엔진

Monobloc engine
De Dion-Bouton 엔진(모노블록 실린더 헤드 포함), 그러나 실린더는 크랭크케이스 c. 1905와[1] 분리됨

모노블록(monobloc) 또는 블록 엔진은 내부 연성 피스톤 엔진으로, 주요 구성 요소( 실린더 헤드, 실린더 블록 또는 크랭크케이스 등)의 일부가 주조에 의해 형성되며, 나중에 조립되지 않고 단일 일체형 유닛으로 구성된다.이는 기계적 강성을 개선하고, 그들 사이의 밀봉 신뢰도를 향상시키는 장점이 있다.

모노블록 기법은 내연 기관의 시초로 거슬러 올라간다.이 용어의 사용은 시간이 지남에 따라 바뀌었으며, 대개 그 당시의 엔진에 영향을 미치는 가장 시급한 기계적 문제를 다루기 위해 바뀌었다.이 기법은 세 가지 뚜렷한 용도가 있었다.

대부분의 경우, 이 용어의 사용은 보다 일반적인 현대적 관행에 반하는 단일 단위 건설을 설명한다.모노블록 기법이 나중에 표준이 된 경우, 특정 용어는 선호에서 벗어났다.지금은 모노블록 실린더와 크랭크케이스를 사용하는 것이 일반적인 관례지만, 모노블록 헤드(수냉식 인라인 엔진의 경우 최소한)는 특이하고 진부한 것으로 간주될 것이다.

실린더 헤드

네이피어 엔진, 모노블록 헤드 장착, 실린더 블록[2] 분리
DB 605 반전된 WW2 항공기 엔진, 모노블록 실린더 블록 및 헤드 포함
사이드 밸브 위에 단면형 헤드와 액세스 플러그가 있는 공랭식 단일 실린더의 단면도

헤드 개스킷은 엔진에서 가장 스트레스를 많이 받는 정적 씰로, 초기에는 상당한 문제를 일으켰다.모노블록 실린더 헤드는 실린더와 헤드를 모두 하나의 단위로 형성하므로 씰이 필요하지 않다.

헤드 개스킷 고장과 함께 초기 가솔린 엔진에서 신뢰성이 가장 낮은 부품 중 하나는 배기 밸브였는데, 배기 밸브는 과열로 고장나는 경향이 있었다.모노블록 헤드는 좋은 수냉을 제공할 수 있으므로 밸브 마모를 줄일 수 있으며, 이는 헤드와 실린더 둘 다에서 물 재킷을 중단 없이 확장할 수 있기 때문이다.개스킷을 장착한 엔진은 여기서 금속과 금속의 접촉면이 필요하여 물의 흐름을 방해했다.

모노블록 헤드의 단점은 연소실 내부(원통 상부 부피)로의 접근이 어렵다는 점이다.밸브 시트를 가공하거나 각진 밸브를 삽입하기 위해 실린더 보어를 통한 접근이 제한된다.훨씬 더 심각한 제한사항은 오래된 엔진에 대한 규칙적인 작업인 밸브 시트의 흡연을 중지하고 다시 감는 것이다.정비사는 실린더 헤드를 위에서 제거하기보다는 피스톤, 커넥팅 로드, 크랭크축을 아래에서 제거해야 한다.[3][4]

측면 밸브 엔진에 대한 한 가지 해결책은 나사 플러그를 각 밸브 바로 위에 놓고 이를 통해 밸브에 접근하는 것이었습니다(불투명).나사산 플러그의 테이퍼형 나사산은 믿을 수 있는 씰을 제공했다.저출력 엔진의 경우 이것은 몇 년 동안 인기 있는 해결책이었지만, 워터 재킷이 플러그 안으로 확장되지 않아 이 플러그를 식히기가 어려웠다.성능이 높아지면서 '사망 공간'이 적은 연소실 설계 개선도 중요해졌다.한 가지 해결책은 스파크 플러그를 이 플러그의 중앙에 놓는 것이었는데, 적어도 그 공간을 활용했다.이것은 스파크 플러그를 연소실에서 더 멀리 떨어뜨려 긴 화염 경로와 느린 점화를 가져왔다.

제1차 세계대전 중에는 내연기관 개발이 크게 진전되었다.전쟁 이후 민간 자동차 생산이 재개되면서 모노블록 실린더 헤드가 덜 필요하게 되었다.1920년의 레이랜드 8등과 같은 고성능 자동차만이 그것을 고수했다.[5]벤틀리와 부가티는[3][6] 1920년대부터 1930년대까지 그들을 특히 잘 지켜온 다른 레이싱 마키들로, 1930년대에 처음 설계되고 건설된 목적에 맞게 제작된 미국 오펜하우저 스트레이트 4 레이싱 엔진에서 가장 잘 사용되고 있는 것으로 유명하다.

이때 항공기 엔진은 머리 개스킷에 가해지는 스트레스를 증가시키면서 높은 과충전 압력을 사용하기 시작하고 있었다.롤스로이스 버자드 같은 엔진은 안정성을 위해 모노블록 헤드를 사용했다.[7]

모노블록 실린더 헤드를 널리 사용한 마지막 엔진은 와스프 메이저와 같은 대형 공냉식 항공기 방사형 엔진이었다.이들은 개별 실린더 배럴을 가지고 있기 때문에 대부분의 현대적인 엔진처럼 단조로운 크랭크케이스와 실린더가 있는 인라인 엔진에 비해 접근이 제한되지 않는다.높은 특정 파워를 가지고 있고 큰 신뢰성을 요구하기 때문에 모노블록의 장점은 매력적으로 남아 있었다.

프랭클린, 콘티넨탈, 리커밍 등 일반 항공 엔진은 탈착식 슬리브를 사용하지만 여전히 새것으로[8][9][10] 제조돼 개별 실린더를 계속 사용하고 있다.무게 절감을 위해 실린더 배럴용 강철과 실린더 헤드용 알루미늄 합금 등 구성 시 재료 조합이 사용된다.일반적인 재구축 기법에는 일반적으로 일반적인 실린더 연마에서 발생하는 "크로스-헤치" 마감과 유사한 "크러진" 마감재로 실린더 배럴 내부를 크롬 도금하는 것이 포함된다.FAA에 의해 승인된 보충형 인증서에 의해 허용된 무연휘발유 자동차 가솔린으로 작동하는 구형 엔진은 밸브와 시트의 보다 빈번한 기계 교체를 요구할 수 있다.특수 공구는 이 실린더의 밸브 시트를 유지하기 위해 사용된다.[11]비파괴 시험을 수행하여 극한 사용 중 발생할 수 있는 결함, 갑작스러운 프로펠러 중단으로 인한 엔진 손상 또는 모든 정비 또는 재구축 시 엔진 작동 연장 여부를 확인해야 한다.[12]

역사적으로 단층 실린더 헤드를 가공하고 유지하는 것의 어려움은 심각한 단점이었습니다.머리 개스킷이 더 큰 열과 압력을 처리할 수 있게 되면서, 이 기술은 사용되지 않게 되었다.오늘날에는 거의 알려지지 않았지만, 모노블록 실린더 헤드의 기법이 일본 모델 엔진 제조업체 사이토 세이사쿠쇼에 의해 광에너지를 공급하고 RC 항공기 추진에 필요한 점화 모델 4행정 엔진으로 채택되었기 때문에 몇 가지 틈새 사용을 발견했다.

또한 모노블록 실린더는 스트링 트리머, 경삭기, 잎 블로어 등 잔디와 정원을 유지하는 데 사용되는 전력 장비용 소형 2행정 사이클 엔진에도 계속 사용된다.[13][14]

실린더 블록

Engine cylinder block and crankcase, with the head lifted. A single water jacket is clearly visible around the upper part of the cylinders and running into the cylinder head.
1919년 초기 모노블록 엔진:모든 실린더는 크랭크케이스와 함께 주조되며, 실린더 헤드는 별도
Wolseley marine oil engine. The cylinders, with monobloc heads, are cast in pairs with a prominent water jacket over their upper halves alone.
1905년 비모노블록 엔진: 실린더는 세 쌍으로 주조되지만 헤드는 각 실린더 세트에서 단모블록 스타일이다.
Sectioned drawing of a six-cylinder engine, showing the head and cylinders as two triplets, with monobloc water jackets.
1919년 비모노블록 엔진: 실린더는 3개 블록 중 2개 블록에 주조되지만 헤드는 단모블록 스타일

내연기관 새벽에 주조 기술은 큰 주물이나 복잡한 내부 코어를 가진 주물을 안정적으로 주조할 수 있지만 동시에 두 가지 주물 모두 가능하지는 않다.대부분의 초기 엔진, 특히 실린더가 4개 이상인 엔진은 실린더의 쌍 또는 세 쌍으로 주조된 후 단일 크랭크케이스에 볼트로 고정되었다.

주조 기법이 개선됨에 따라 4, 6, 심지어 8개의 실린더 블록 전체를 하나의 실린더로 주조할 수 있게 되었다.이것은 더 간단한 구조여서 제조 비용이 덜 들었고,[15] 공동 워터 재킷은 실린더 사이의 더 가까운 간격을 허용했다.이는 또한 실린더 번호와 엔진 길이가 증가함에 따라 벤딩 및 점점 더 중요한 비틀림으로부터 엔진의 기계적 강성을 개선했다.[16]항공기 엔진의 맥락에서, 모노블록 실린더의 비모노블록 전구체는 실린더(또는 적어도 그 라이너)를 개인으로 주조하는 구조였으며, 외부 워터 재킷은 나중에 구리나 강철 시트에서 적용되었다.[17]이 복잡한 건축은 비싸지만 가벼워서 항공기에만 널리 사용되었다.

V 엔진은 각 뱅크마다 별도의 블록 주조를 유지했다.뱅크 사이의 흡기 다지관에 필요한 복잡한 덕트는 너무 복잡해서 주물러서는 안 된다.경제를 위해 V12 피어스-화살표와 같은 몇 개의 엔진은 각 은행, 왼쪽과 오른쪽에서 동일한 주물을 사용하도록 설계되었다.[18]1919년의 Lancia 22½° 협각 V12와 같은 일부 희귀 엔진은 양쪽 뱅크에 단일 블록 주물을 사용했다.[19]

공랭식 엔진과 일부 V 엔진을 제외한 현대식 실린더는 현재 보편적으로 단일 실린더 블록으로 주조되고 있으며, 현대식 헤드는 거의 항상 분리된 구성 요소들이다.

크랭크케이스

블록과 크랭크케이스가 함께 형성된 로버 V8 엔진

주물이 개선되고 실린더 블록이 모노블록이 되면서 실린더와 크랭크케이스를 모두 하나의 단위로 주조하는 것도 가능해졌다.그 주된 이유는 엔진 구성의 강성을 향상시켜 진동을 줄이고 고속을 허용하기 위해서였다.

일부 V 엔진을 제외한 대부분의 엔진은 현재 크랭크케이스와 실린더 블록의 단조각이 되었다.

최신 엔진 - 블록, 헤드 및 크랭크케이스 결합

경량 소비자급 Honda GC 패밀리 소형 엔진은 실린더 헤드, 블록, 크랭크케이스 절반 등이 동일한 주물을 공유하는 모노블록(Monobloc) 설계를 사용하며, Honda는 '유니블록(uniblock)'이라고 부른다.[20]그 이유 중 하나는 비용과는 별개로 전체적으로 낮은 엔진 높이를 생산하기 위함이다.공랭식 OHC 설계로 기존 알루미늄 주물 기법과 액체 냉각을 위한 복잡한 중공공간이 부족하기 때문에 가능하다.밸브는 수직이기 때문에 이 좁은 공간에서 조립이 가능하다.반면에, 기본적인 수리를 하는 것은 너무 시간이 많이 걸려서 엔진이 일회용이라고 간주될 수 있다.상용 Honda GX-패밀리 엔진(및 그 많은 인기 있는 Knock-off)은 별도의 실린더 헤드를 가진 단일 크랭크케이스와 실린더 주물의 보다 전통적인 설계를 가지고 있다.

Honda는 GXV 시리즈와 같이 다양한 이름으로 많은 다른 헤드 블록-크랭크케이스 모노블록을 생산한다.크랭크케이스는 약 45° 각도로 크랭크케이스를 이등분하는 개스킷에 의해 모두 외부적으로 식별될 수 있다.

참조

  1. ^ Kennedy, Rankin (1905). The De Dion-Bouton Engine and Cars. The Book of Modern Engines and Power Generators (1912 ed.). London: Caxton. pp. 78–89.
  2. ^ 케네디 163-167쪽
  3. ^ a b Conway, H.G. (1984). "Type 41 Royale". Bugatti. Great Marques. Octopus. p. 64. ISBN 0-7064-2046-2.
  4. ^ Stein, Ralph (1973). The World of the Automobile. Hamlyn. pp. 172–173. ISBN 0-600-39305-4.
  5. ^ Posthumus, Cyril (1973). Vintage Cars. Hamlyn. pp. 59. ISBN 0-600-39131-0.
  6. ^ Stein, Ralph (1979). The Greatest Cars. p. 75. ISBN 0671251953.
  7. ^ Ludvigsen, Karl (2005). The V12 Engine. Haynes Publishing. p. 99. ISBN 1-84425-004-0.
  8. ^ "9057". lycoming.com. Retrieved 2020-06-20.
  9. ^ "Franklin Aircraft Engines - Your Source for Franklin Engines, Engine Conversions, Accessories and Components". www.franklinengines.com. Retrieved 2020-06-20.
  10. ^ "200". www.continental.aero. Retrieved 2020-06-20.
  11. ^ "MIRA - VGX-21 Aerokit for Lycoming and continental aero engines". www.miratool.ch. Retrieved 2020-06-20.
  12. ^ Federal Aviation Administration (10 October 2012). "Acceptable Methods, Techniques, and Practices – Aircraft Inspection and Repair" (PDF). Retrieved 20 June 2020.
  13. ^ "587597301 Cylinder - Chrome". eEeplacementParts.com.
  14. ^ "(#3A) Original Mantis Tiller Parts # 10101145230 Cylinder". Alamia.
  15. ^ Editorial staff (8 July 1909). "Editorial column "Revival in block type of motor"". The Automobile.
  16. ^ Beaumont, R. A. (c. 1948). "11. Aero-engine design and Construction". Advantages of Monobloc. Internal Combustion Engines Illustrated. London: Odhams. p. 227.
  17. ^ 보몽, 231페이지
  18. ^ 루트비그센, V12 엔진, 페이지 120
  19. ^ 루트비그센, V12 엔진, 페이지 50-53
  20. ^ "Honda General Purpose Engines: GC Series - Single Cylinder". Archived from the original on 2010-11-27. 단면도 포함