연결봉

3. 내연 기관

• 대단부(big end): 크랭크축과 연결되는 부분이다. 분할형 평베어링을 사용하여 크랭크 핀에 연결되는 것이 일반적이지만, 일부 소형 엔진에서는 롤링 요소 베어링을 사용하기도 한다.
• 소단부(small end): 피스톤 핀(미국에서는 '피스톤 핀(piston pin)' 또는 '크랭크 핀(wrist pin)'이라고도 함)과 연결되는 부분이다. 이 연결을 통해 커넥팅 로드와 피스톤 사이에서 회전이 가능하다.
• 본체(body): 대단부와 소단부를 연결하는 부분이다.

3. 1. 재료

3. 2. 작동 중 고장

• 고속 엔진 회전으로 인한 인장 파괴
• 밸브 트레인 문제로 피스톤이 밸브에 부딪히는 충격
• 윤활 문제로 인한 로드 베어링 파손^{[18][19][20][21]}
• 커넥팅 로드의 잘못된 설치^{[18][19][20][21]}

3. 3. 실린더 마모

4. 커넥팅 로드의 종류

내연 기관의 커넥팅 로드(연결봉)는 '큰 끝단(big end)', '로드(rod)', '작은 끝단(small end)'으로 구성된다. 작은 끝단은 피스톤 핀(gudgeon pin)(미국에서는 '피스톤 핀(piston pin)' 또는 '크랭크 핀(wrist pin)'이라고도 함)에 연결되며, 이를 통해 커넥팅 로드와 피스톤 사이에서 회전이 가능하다. 일반적으로 큰 끝단은 마찰을 줄이기 위해 크랭크 핀에 평면 베어링을 사용하여 연결된다. 하지만 일부 소형 엔진은 펌프식 윤활 시스템이 필요 없도록 롤링 요소 베어링을 사용할 수 있다.

커넥팅 로드의 큰 끝단 베어링에는 작은 구멍이 뚫려 있어 윤활유가 실린더 벽으로 분사되어 피스톤과 피스톤 링의 이동을 윤활한다. 커넥팅 로드는 양쪽 끝에서 회전할 수 있으므로, 로드가 상하로 움직이고 크랭크축 주위를 회전할 때 커넥팅 로드와 피스톤 사이의 각도가 변할 수 있다.

커넥팅 로드는 크게 조립 방식, 단면 형상, 그리고 다기통 엔진에서의 배치 방식에 따라 분류할 수 있다.

4. 1. 조립 방식에 따른 분류

• 조립식: 대단부가 분할되어 있어 조립이 용이하다. 대부분의 엔진에서 사용되는 방식이다. 특히 다기통 엔진에서는 일체식 크랭크축을 사용하는 경우가 많기 때문에 커넥팅 로드를 조립식으로 만드는 경우가 많다.

• 일체식: 대단부가 분할되지 않은 형태이다. 주로 단기통이나 V형 2기통 엔진처럼 실린더 수가 적은 엔진에서 조립식 크랭크축과 함께 사용된다. 커넥팅 로드 자체는 가볍고 저렴하게 만들 수 있다. 크랭크 핀 부분에 니들 베어링을 넣어 고속 회전에 대응할 수 있다. 이러한 장점 때문에 초기 혼다(本田)의 포뮬러 1용 V형 12기통 엔진과 같이 다기통 엔진에서도 사용된 경우가 있다.

4. 2. 단면 형상에 따른 분류

• I형: 응력 집중을 피할 수 있는 구조이다. 오펠(Opel)의 3기통 엔진에는 I형의 I 부분을 제거한 형상의 것도 있다.

• H형: 경량화에 유리하다. 애프터마켓 가공 커넥팅 로드에서는 기계 가공의 간소화를 위해 채택되는 경우가 많다.

4. 3. 다기통 엔진에서의 배치 방식

5. 구성 부품

커넥팅 로드는 크게 커넥팅 로드 본체, 커넥팅 로드 캡, 베어링 메탈, 커넥팅 로드 볼트, 녹핀으로 구성된다.

• 커넥팅 로드 본체: 피스톤과 크랭크축을 연결하는 주요 부분이다.
• 커넥팅 로드 캡: 조립식 커넥팅 로드의 대단부 아래쪽 부분으로, 커넥팅 로드 볼트를 사용하여 본체와 결합된다. 이론적으로 인장 하중을 받는다.
• 베어링 메탈: 소단부에는 구리 부시가 사용되고, 대단부에는 3층 구조의 켈멧 메탈 등이 사용되어 마찰을 줄인다.
• 커넥팅 로드 볼트: 커넥팅 로드와 커넥팅 로드 캡을 고정하는 볼트이다. 스터드 볼트를 사용하는 경우에는 너트도 함께 사용된다.
• 녹핀: 커넥팅 로드와 커넥팅 로드 캡의 위치를 정확하게 맞추기 위해 사용된다. 하지만 녹핀이 사용되지 않는 경우도 많으며, 리머 볼트 또는 녹핀으로 위치를 결정하는 것이 일반적이다.

6. 기타

커넥팅 로드(연결봉) 대단부에 설치된 구멍을 통해 윤활유를 분출, 실린더 벽면 윤활과 피스톤 냉각을 돕는 구조는 오일 제트라고 한다. 하지만 일반적인 엔진에서는 크랭크축 비산(飛散)으로 실린더 벽면에 충분한 오일이 부착되며, 피스톤 냉각 성능도 제한적이라는 의견이 있다.^[24]

피스톤 등의 관성력으로 커넥팅 로드에 인장 하중이 작용할 때, 대단부가 하중 수직 방향으로 안쪽으로 당겨져(클로즈 인) 원형이 유지되지 않는 현상이 발생할 수 있다. 이는 대단부와 크랭크 핀의 클리어런스 저하로 인한 붙어붙음을 유발하기도 한다.^[24]

커넥팅 로드 표면을 거울처럼 매끄럽게 가공하면 응력이 분산되어 크랙 발생을 억제할 수 있다. 이를 거울면 가공이라고 하며, 엔진 내부 공기저항 감소, 오일 낙하 촉진 등의 효과가 있다는 주장도 있다.^[24]

파단면 커넥팅 로드는 조립식 커넥팅 로드에서 로드와 캡 접합면을 파단면으로 만든 것이다. '크래킹 콘로드' 또는 '쪼개진 콘로드'라고도 불린다.^[24] 이는 롤러 베어링이 조립된 크랭크축 위에서 큰 끝단 구멍의 원형을 확실하게 복원할 수 있게 한다.

6. 1. 오일 제트

6. 2. 클로즈 인 (Close-in)

6. 3. 거울면 가공

6. 4. 파단면 커넥팅 로드 (Cracked connecting rod)

참조

_[1] 웹사이트 Connecting Rods and Bearings https://www.enginebu[...] 2022-08-21
_[2] 웹사이트 Con rods link pistons and crankshaft {{!}} Perkins https://www.perkins.[...] 2022-08-21
_[3] 웹사이트 What is Con Rod? https://web.archive.[...] 2022-08-21
_[4] 서적 The Science and Technology of Materials in Automotive Engines https://books.google[...] Elsevier Science
_[5] 서적 Steam Automobile Vol. 13, No. 3 https://books.google[...] SACA
_[6] 파일 L’exposition « Les Premières Villes de l’ouest », en quelques mots… https://patrimoine.l[...]
_[7] 간행물 A Relief of a Water-powered Stone Saw Mill on a Sarcophagus at Hierapolis and its Implication
_[8] 웹사이트 The Crank-Connecting Rod System in a Continuously Rotating Machine http://www.history-s[...]
_[9] 서적 Islam and Science, Medicine, and Technology https://archive.org/[...] The Rosen Publishing Group
_[10] 서적 Medieval Technology and Social Change At the Clarendon Press
_[11] 웹사이트 Steam Locomotive Glossary https://web.archive.[...] 2016-02-05
_[12] 서적 The Victorian Steam Locomotive: Its Design & Development 1804-1879 https://books.google[...] Pen & Sword Transport
_[13] 서적 Steam Locomotive Construction and Maintenance https://books.google[...] The Locomotive Publishing Co. Ltd.
_[14] 서적 A History of the American Locomotive: Its Development, 1830-1880 https://books.google[...] Dover Publications
_[15] 참고자료
_[16] 웹사이트 Causes of Failure With a Connecting Rod https://itstillruns.[...] 2019-09-21
_[17] 웹사이트 What does it mean to "throw a rod"? http://www.cartalk.c[...] 2016-02-05
_[18] 웹사이트 Preventing Connecting Rod Failures https://www.enginebu[...] 2019-09-21
_[19] 웹사이트 How to eliminate connecting rod failures https://www.hotrod.c[...] 2019-09-21
_[20] 웹사이트 Probable Cause of Most Rod Failures https://arcracing.bl[...] 2019-09-21
_[21] 웹사이트 Emerson Bearing Extreme Applications http://www.emersonbe[...] 2016-02-05
_[22] 웹사이트 Image https://web.archive.[...] 2014-07-11
_[23] 웹사이트 Drysdale Godzilla V-Twin https://thekneeslide[...] 2019-09-26
_[24] 웹사이트 クラッキングコンロッド用鋼 https://www.nipponst[...] 日本製鉄 2022-01-12