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자동차엔진 커넥팅로드 소단부(small end)의 용사법

전문가 제언: ○ 본 발명에서는 자동차의 내부 연소엔진에 배치되어 있는 커넥팅로드 소단부(small end)의 용사코팅기술을 확립하고자 하였다. 커넥팅로드는 피스톤과 결합된 부분을 소단부(small end), 크랭크샤프트에 결합된 부분을 대단부(big end)라고 하며, 대단부에는 보통 분할형 평 베어링(plain bearing)을 사용한다. 대단부에 사용하는 베어링을 커넥팅로드 베어링이라 하며, 커넥팅로드 축 부분에는 소단부와 대단부가 통하는 오일통로가 뚫려 있는 것도 있다. 최근 커넥팅로드의 재질, 구조 및 표면코팅에 대한 연구가 활발히 추진되고 있다.

○ 커넥팅로드는 폭발행정 중에 4∼5톤의 힘을 받으며, 크랭크축에 의한 회전운동 때문에 분당 수천 회나 운동 방향이 바뀐다. 또한 피스톤과 연결된 소단부는 위쪽 방향 이동, 정지, 역방향 이동의 동작을 수천 회 반복하게 된다. 뿐만 아니라 냉열사이클이 반복적으로 작용되고 관성력에 의한 응력 또한 작용한다. 반복적이고 지속적으로 이러한 응력과 온도변화가 지속되면 커넥팅로드의 대단부는 확장되게 되므로, 이에 대한 피로균열, 표면결함 혹은 파손의 점검이 필요하고 향후 국내 자동차산업계에서도 친환경 및 내구성을 위한 코팅기술의 확보가 매우 중요하다.

○ 커넥팅로드는 전 세계적으로 단조스틸 또는 주철이 일반적이지만, 강도 면에서 유리한 단조품을 사용하는 경우가 많고, 소형차에서는 생산성 및 원가 면에서 유리한 주조품을 많이 사용하고 있다. 과거부터 레이싱용으로는 강도 및 중량 면에서 유리한 티타늄이 사용되어 왔지만 최근에는 일본 Honda의 NSX같은 양산 차량에도 티타늄 커넥팅로드를 사용한다. 그러나 티타늄은 철에 비해 매우 고가이기 때문에 당분간은 특별히 고회전인 스포츠카용으로만 사용될 전망에 있다.

○ 국내 관련 기업체에서 커넥팅로드의 수명을 향상시킬 수 있는 용사방법으로 HVOF, 플라즈마, 아크 용사, 플레임 용사 방법 중에서 최적 방법을 선정하여 독보적인 기술개발로 국제적인 경쟁력을 갖춘 커넥팅로드 제조에 관한 기술확보를 서둘러야 할 것으로 사료된다. 특히 커넥팅로드의 소단부 핀보어 표면의 내마모성을 향상시켜 엔진의 수명을 증가시키기 위해서는 고온 용사기술의 개발이 시급히 요구되고 있다.

저자: MAHLE INTERNATIONAL GMBH
자료유형: 특허정보