자동차공학과, 자동차정비기능사 등 내연기관 필수과목 자동차기관 요점 9. 실린더블록과 실린더

9. 실린더블록과 실린더

가. 실린더블록(cylinder block)
실린더블록은 기관의 기초 구조물이며, 위쪽에는 실린더헤드가 설치되고, 아래쪽 중
앙부분에는 크랭크축 베어링을 사이에 두고 크랭크축이 설치된다. 내부에는 피스톤이
왕복운동을 하는 실린더가 마련되어 있으며, 이 실린더의 냉각을 위한 물 재킷이 둘러
싸고 있다. 또 주위에는 밸브개폐 기구의 설치부분(I-헤드형에서는 캠축, 밸브 리프터,
푸시로드 등)과 실린더 아래쪽에는 개스킷을 사이에 두고 오일 팬이 설치되어 윤활유
가 담겨지며 아래 크랭크 실을 이룬다. 실린더블록의 재질은 일반적으로 특수 주철을
사용한다.

실린더블록의 형식

그러나 실린더 라이너(cylinder liner)를 사용하는 경우에는 보통 주철이나 알루미늄
합금을 사용한다. 실린더블록은 다음과 같은 구비 조건이 요구된다

① 기관의 기초 구조물이므로 강도와 강성이 클 것
② 기관 부품 중에서 가장 크기 때문에 작으며 가벼울 것
③ 구조가 복잡하기 때문에 주조 및 기계가공이 쉬울 것
④ 실린더 벽의 내마모성이 클 것
⑤ 실린더가 마멸되었을 때 분해 정비가 쉬울 것

나. 실린더(cylinder)
실린더는 피스톤 행정의 약 2배 정도의 길이가 되는 진 원통형이며, 그 내부를 피스
톤이 기밀을 유지하면서 왕복운동을 하여 열에너지를 기계적 에너지로 변환시켜 동력
을 발생시키는 부분이다.
실린더 벽의 마모를 감소시키기 위하여 실린더 벽에는 크롬 도금(Cr-plating)을 하
기도 한다. 크롬 도금의 두께는 약 0.1mm 정도이며 크롬 도금한 실린더에는 크롬 도금
한 피스톤 링을 사용해서는 안 된다. 실린더는 기관이 작동될 때 약 1500℃ 정도의 연
소열에 노출된다.
이에 따라 높은 온도로 인하여 그 기능이 저하되므로 냉각하여 일정한 온도이상이 되
지 않도록 하여야 한다. 이를 위하여 실린더 주위에는 냉각장치가 마련되어 있다. 그리
고 실린더에는 실린더블록과 동일 재료로 제작한 일체형 실린더와 실린더블록과 별도
의 재료로 제작한 라이너를 끼운 실린더 라이너가 있다.

(1) 일체형 실린더
일체형 실린더는 라이너 방식과 비해 다음과 같은 장점이 있다.
① 다(多)실린더 기관에서 실린더 사이의 거리를 좁게 할 수 있어 소형으로 할 수 있다.
② 부품 수를 감소시킬 수 있어 경량으로 할 수 있다.
③ 기계 가공성·강성 및 강도 등이 좋으며, 냉각수 누출 염려가 없다.

(2) 실린더 라이너(cylinder liner)
실린더 라이너는 슬리브(sleeve)라고도 부르며, 보통주철의 실린더블록에 특수주철
의 실린더 라이너를 끼우는 경우와 알루미늄 합금 실린더블록에 주철로 만든 실린더 라
이너를 끼우는 경우 등이 있다. 라이너를 알루미늄 합금 실린더블록에 끼우는 경우에는
그 바깥둘레에 홈이 있으며 실린더블록에 넣고 함께 주조된다. 실린더 라이너에는 건식
과 습식이 있으며 라이너를 사용하면 다음과 같은 장점이 있다.
① 특수주철을 이용하여 원심주조로 제작할 수 있다.

② 실린더 벽에 도금 작업이 쉽다.
③ 일체형 실린더의 경우 실린더 벽이 마모되면 보링 작업을 하여야 하지만 실린더
라이너의 경우에는 라이너만 교환하면 되므로 정비가 쉽다.

(가) 습식 실린더 라이너(wet type cylinder liner)
습식 실린더 라이너는 바깥둘레가 물 재킷의 한쪽이 되어 냉각수와 직접 접촉한
다. 또 그 위 끝 부분에는 플랜지(flange)가 마련되어 있어 실린더블록의 홈에 끼워
져 설치위치가 정해지며, 실린더헤드와의 기밀과 수밀을 유지하기 위하여 라이너의
윗면이 실린더 블록의 윗면보다 조금 높게 되어 있다. 라이너 아랫부분의 실린더블
록과 접촉하는 곳에는 2~3개의 고무제 실링(seal ring)이 끼워져 있으며 이 실링은
열팽창에 의한 변형을 방지하고, 냉각수가 크랭크 실 안으로 누출되는 것을 방지하
는 역할을 한다.
습식 실린더 라이너의 특징은 다음과 같다.
① 두께가 5~8mm 정도이며, 냉각수와 직접 접촉하므로 냉각효과가 우수하여 실린
더 변형이 적으며, 내마모성이 크다.
② 실린더 라이너 교환 작업이 건식보다 쉬우며, 물 재킷의 청소가 쉽다.
③ 고무제 실링이 변형되거나 파손되면 크랭크 실 안으로 냉각수가 누출된다.
④ 실린더블록의 강도가 저하된다.
⑤ 실린더블록에 습식 라이너를 끼울 때에는 반드시 고무제 실링에 비눗물을 발라
야 한다.

실린더 라이너 형식

(나) 건식 실린더 라이너(dry type cylinder liner)
건식 실린더 라이너는 라이너가 냉각수와 직접 접촉하지 아니하고 실린더블록을 거
쳐서 냉각하는 방식이며, 실린더를 여러 번 보링(boring)을 하여 실린더 벽의 두께가
얇아져 더 이상 보링을 할 수 없는 경우에 실린더 재생용으로 사용된다.
그러나 처음 제작하는 기관에서도 주철제 실린더블록의 재질보다 라이너의 내마모
성을 증대시키고자 할 때에는 제작할 때부터 건식 실린더 라이너를 사용하기도 한다.
건식 실린더 라이너는 다음과 같은 특징이 있다.
① 실린더 라이너를 실린더블록에 끼울 때 라이너 바깥 둘레 100mm당 0.07~ 0.1mm
정도로 하며, 끼울 때 2~3ton 정도의 힘이 필요하다.
② 냉각 효과가 습식 실린더 라이너보다 떨어진다.
③ 건식 실린더 라이너를 실린더블록에 끼운 후에는 반드시 호닝작업을 하여야 한다.
④ 크랭크 실(오일 팬)로 냉각수가 누출될 염려가 없다.
⑤ 두께가 2~4mm 정도이므로 수명이 짧다