KR100206740B1 - 텀블 유동형 흡기포트를 갖는 실린더헤드 및 흡기포트 성형 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 텀블 유동형 흡기포트를 갖는 실린더헤드 및 흡기포트 성형 방법에 관한 것으로서, 흡기가 유입되는 흡기포트(4)가 형성되어 있고, 이의 흡기포트(4)를 흡기밸브(6)의 승강 작동에 의하여 개폐함으로써 연소실(8)내에 흡기를 공급하도록 하는 내연기관의 실린더헤드(2)에 있어서, 상기 흡기포트(4)는 그 입구측 전단으로부터 연소실(8)측 말단까지 굴곡 연장 형성되는 도입통로(20)와, 상기 도입통로(20)의 말단의 단면상 상부측에는 흡기의 유동력을 증가시키기 위하여 상기 도입통로(20)로부터 구면상으로 소정량 움푹패여지는 단차를 이루어 도입통로(20) 전단측으로 소정깊이 연장형성되는 확장통로(30)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 텀블 유동형 흡기포트를 갖는 실린더헤드를 재공하되, 상기 도입통로(20)는 실린더헤드 주조시 동시 성형하고 상기 확장통로(30)는 구형의 커터에 의하여 절삭가공함으로써, 확장통로를 통하여 보다 많은 흡기를 유입함과 아울러 이에 보다 힘찬 텀블 유동을 유도함으로써 신속하고 균일한 혼합기의 형성을 얻을 수 있으며, 연료의 완전연소와 배출가스의 청정화를 유도하는 효과가 있고, 또한 텀블유동 형성의 주체적 역할을 하는 확장통로를 커터에 의하여 형성함으로써 정밀하고 매끄러운 절삭 가공면을 얻어 제품간의 안정된 품질을 제공하고 그 설계변경의 유동성을 줄 수 있는 효과가 있다.

Description

텀블 유동형 흡기포트를 갖는 실린더헤드 및 흡기포트 성형 방법

본 발명은 텀블 유동형 흡기포트를 갖는 실린더헤드 및 흡기포트 성형 방법에 관한 것으로서, 특히 DOHC(Double Over Head Camshaft)엔진에서 모멘텀이 큰 텀블(Tumble) 유동을 가능케 하여 완전연소와 배출가스의 청정화를 유도하고 출력을 향상시킬 수 있도록 함과 아울러 그 흡기포트를 제품간 편차 없이 균일하고 정밀하게 형성하여 품질을 안정시킬 수 있는 텀블 유동형 흡기포트를 갖는 실린더헤드 및 흡기포트 형성 방법에 관한 것이다.

일반적으로 내연기관의 흡기포트는 실린더헤드에 형성되어 있는 흡기의 통로로서 흡기밸브를 개방시켜 흡기다기관으로부터 유입되는 흡기를 연소실로 보내게 된다.

최근에는 연료의 완전연소를 유도하여 배출가스의 규제를 만족시킴과 아울러 적은 연료로 고출력을 얻기 위하여 상기 흡기포트의 형상에 대한 연구가 활발히 진행되고 있는 바, 이의 결과로 종래에는 흡기포트의 형상을 약간 비틀어서 형성하여 연소실내로 유입되는 공기에 강한 맴돌이(Swirl)를 형성함으로써 실린더내의 혼합기의 농도를 균일화 하여 혼합기의 완전연소와 함께 희박한 혼합기로도 엔진의 출력이 향상되도록 하고 있다.

그러나 상기와 같이 흡기포트의 형상을 비틀어서 스월 유동을 유도하는 방식은 통상 흡기 밸브가 하나인 엔진에는 적합하나 근자에 고출력 엔진으로서 흔히 사용되는 흡.배기밸브가 두개씩 구비되는 DOHC 엔진에서는 동일한 효과를 볼 수 없게 된다.

즉, 상기한 스월 유동은 실린더를 위에서 보았을때 시계방향 혹은 반시계방향의 맴돌이가 형성되기 때문에 흡기밸브가 두 개인 경우에는 각각의 흡기포트로 유입된 흡기의 맴돌이 유동이 실린더 중간지점에서 충돌하여 서로 상쇄되기 때문에 바람직한 스월유동을 달성할 수 없는 문제가 있었다.

이에 따라 최근의 DOHC 엔진에서는 상기한 스월 유동 대신에 실린더를 횡단면을 취하고 보았을 때 실린더의 상부로부터 하측으로 둥글게 도는 맴돌이 즉, 텀블을 유도하여 두개의 텀블 유동이 충돌되지 않도록 하는 흡기포트가 제시되고 있다.

종래에 제시된 텀블 유동형 흡기 포트는 그 전단 즉, 시작점에 비하여 그 말단 즉, 연소실측을 급하게 경사지도록 하여 흡기밸브의 헤드 상부측 즉 배기밸브에 가까운 쪽으로 보다 많은 공기가 유입되도록 한 구조로 되어 있으나, 이 경우 어느정도의 텀블은 유도하나 흡기 유량과 그 유동 모멘텀이 만족할만 수준에 이르게 하지 못하여 흡기밸브의 헤드 상부측을 통하여 형성된 텀블의 주류가 밸브의 아래쪽으로 유입되는 흡기와 충돌하여 특히 피스톤이 상사점에 이를시에 더욱 많이 감쇄되는 문제가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해소하기 위하여 안출한 것으로서, 흡기밸브의 헤드 상부측으로 보다 많은 흡기가 유입되도록 함과 아울러 이에 강한 모멘텀을 줌으로써 보다 강한 텀블 유동을 유도하고 텀블의 감쇄를 줄인 텀블 유동형 흡기포트를 갖는 실린더헤드를 제공함에 그 목적이 있다.

또한 본 발명은 상기한 텀블 유동형 흡기포트를 형성함에 있어서, 이를 제품간의 편차가 적도록 함과 아울러 보다 정밀하게 성형함으로써 보다 안정된 품질을 제공하고 그 설계변경의 유동성을 주도록 하는 텀블 유동형 흡기포트를 갖는 실린더헤드의 흡기포트 성형 방법을 제공함에 또 다른 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 텀블 유동형 흡기포트를 갖는 실린더헤드는 흡기가 유입되는 흡기포트가 형성되어 있고, 이의 흡기포트를 흡기밸브의 승강 작동에 의하여 개폐함으로써 연소실내에 흡기를 공급하도록 하는 내연기관의 실린더헤드에 있어서, 상기 흡기포트는 그 입구측 전단으로부터 연소실측 말단까지 굴곡 연장 형성되는 도입통로와, 상기 도입통로의 말단의 단면상 상부측에는 흡기의 유동력을 증가시키기 위하여 상기 도입통로로부터 구면상으로 소정량 움푹패여지는 단차를 이루어 도입통로 전단측으로 소정깊이 연장형성되는 확장통로로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 도입통로의 말단의 단면 중심은 상기 흡기밸브의 중심으로부터 하부측으로 소정량 편심되어 형성되고, 상기 확장통로의 말단 단면 중심은 상기 흡기밸브의 중심과 중심을 같이 하되 그 단면상 하단의 외주가 상기 도입통로의 하단에 접하여 그 반대측의 도입통로 상단으로 갈수록 많이 패여지도록 된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 텀블 유동형 흡기포트를 갖는 실린더헤드의 흡기포트 성형 방법은 흡기포트의 도입통로를 그 말단의 단면 중심이 상기 흡기밸브의 중심으로부터 하부측으로 소정량 편심되도록 하여 상기 실린더헤드 주조시 동시에 주조한 후, 상기 흡기밸브의 중심으로부터 상기 도입통로의 말단 하단부까지의 반경을 갖으며 그 윤곽이 소정의 구면체를 이루는 커터를 그 중심이 상기 흡기밸브의 중심과 일치되도록 하여 회전시키면서 상기 도입통로(20) 전단측을 향하여 소정량 진입시켜서 확장통로를 절삭가공하여 형성하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명의 흡기포트를 나타내기 위한 실린더헤드 단면도

도 2는 도 1의 A 방향에서 본 도면

도 3은 본 발명의 흡기 유동상태를 나타내기 위한 실린더헤드 단면도

도 4는 본 발명의 흡기포트 성형 방법을 나타내기 위한 것으로 실린더헤드가 주조완성된 상태를 도시한 단면도

도 5는 본 발명의 흡기포트 절삭 가공용 커터의 일례를 도시한 사시도

도 6은 본 발명의 흡기포트 절삭 가공 상태를 나타내기 위한 실린더헤드 단면도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

2 : 실린더헤드 4 : 흡기포트

6 : 흡기밸브 8 : 연소실

20 : 도입통로 30 : 확장통로

40 : 커터

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면에 의거하여 상세하게 설명한다.

첨부된 도면 도 1은 본 발명의 흡기포트를 나타내기 위한 실린더헤드 단면도이고, 도 2는 도 1의 A 방향에서 본 도면이다.

도시된 바와 같이 본 발명의 텀블 유동형 흡기포트를 갖는 실린더헤드는 흡기가 유입되는 흡기포트(4)가 형성되어 있고, 이의 흡기포트(4)를 흡기밸브(6)의 승강 작동에 의하여 개폐함으로써 연소실(8)내에 흡기를 공급하도록 하는 내연기관의 실린더헤드(2)에 있어서, 상기 흡기포트(4)는 그 입구측 전단으로부터 연소실(8)측 말단까지 굴곡 연장 형성되는 도입통로(20)와, 상기 도입통로(20)의 말단의 단면상 상부측에는 흡기의 유동력을 증가시키기 위하여 상기 도입통로(20)로부터 구면상으로 소정량 움푹패여지는 단차를 이루어 도입통로(20) 전단측으로 소정깊이 연장형성되는 확장통로(30)로 이루어진다.

그리고, 상기 도입통로(20)의 말단의 단면 중심은 상기 흡기밸브(6)의 중심으로부터 하부측으로 소정량 편심되어 형성되도록 하고, 상기 확장통로(30)의 말단 단면 중심은 상기 흡기밸브(6)의 중심과 중심을 같이 하되 그 단면상 하단의 외주가 상기 도입통로(20)의 하단에 접하여 그 반대측의 도입통로(20) 상단으로 갈수록 많이 패여지도록 즉, 도 2에 빗금친 부분으로 확장통로를 도시한 바와 같이 흡기밸브(6)가 개방되면 상기 흡기밸브(6)의 상부측으로 더욱 많은 흡기가 유입되도록 한다.

첨부된 도면 도 4는 상기한 텀블 유동을 갖는 흡기포트 성형 방법을 나타내기 위한 실린더헤드 주조상태를 도시한 단면도로서, 먼저 상기 도입통로(20)는 그 말단의 단면 중심이 상기 흡기밸브(6)의 중심으로부터 하부측으로 소정량 편심되도록 하여 상기 실린더헤드(2) 주조시 동시에 주조한다.

이때 텀블 유동을 유도하기 위한 가장 중요한 요소는 상기 확장통로(30)로서, 이 확장통로(30)를 형성함에 있어서는 첨부된 도면 도 5에 도시된 바와 같이 상기 흡기밸브(6)의 중심으로부터 상기 도입통로(20)의 말단 하단부까지의 반경 길이를 갖으며 그 윤곽이 구면체를 이루는 커터날(42)이 형성된 커터(40)가 준비된다.

상기 커터(40)는 그 생크(44)부를 밀링 머신이나 정밀 드릴링머신의 스핀들에 장착시켜 가공할 수 있는 것으로 첨부된 도면 도 6에 도시된 바와 같이 커터(40)의 중심이 상기 흡기밸브(6)의 중심과 일치되도록 하여 스핀들을 회전시키면서 소정량 진입시키면 이 커터(40)에 의하여 절삭 가공되는 확장통로(30)를 얻을 수 있다.

이와 같이 확장통로(30)를 커터(40)에 의한 절삭 가공으로 형성하면 주조로 형성하는 것에 비하여 가공오차를 줄여 보다 매끄럽고 정밀한 가공이 가능하며, 또한 제품간의 편차를 극복할 수 있음을 물론 확장통로(30)의 함몰깊이 변경시에 실린더헤드 주조용 금형의 변경없이 간단하게 변경할 수 있게 된다.

상기와 같이 이루어진 본 발명의 유동특성을 첨부된 도면 도 3을 참조하여 설명한다.

본 발명에 의한 텀블 유동형 흡기포트를 갖는 실린더헤드는 소정의 흡기다기관으로부터 유입되는 흡기는 실린더헤드(2)의 도입통로(20)를 거의 직선적으로 흘러 들어오게 된다. 이때 상기 도입통로(20)는 앞서 설명은 하지 않았지만 종래의 텀블 유동 흡기포트와 같이 연소실(8) 근방에서 급격하게 굴곡되는 형상으로 하는 것이 바람직 한데, 이에 의하여 도입통로(20)의 전단으로부터 흘러들어오는 흡기의 대부분은 직선적으로 흘러 들어와 상기 도입통로(20)의 절곡된 부분에 부딪히거나, 직접 흡기밸브(6)의 상부측으로 향하여 돌진하게 된다.

이에 의하여 상기 흡기밸브(6)의 상부측 즉, 연소실(8) 상부로 유입되는 공기량이 증가하게 되는데, 이때에 상기 도입통로(20)의 말단부에는 확장통로(30)가 움푹 패여져서 형성되어 있기 때문에 상기와 같이 직선적으로 유입되는 흡기와 도입통로(20)의 절곡부분에 부딪힌 흡기의 대부분이 상기 확장통로(30)에 부딪히게 된다.

이때에 상기 확장통로(30)는 상기 도입통로(20)로부터 완곡량이 다르게 움푹 패여져 있기 때문에 이에 의하여 도입통로(20)로부터 확장통로(30)를 경유하는 흡기에 유동 모멘텀이 발생하게 된다.

결국 상기한 이유로 해서 흡기밸브(6)의 상부측을 통하여 연소실로 유입되는 공기의 양이 증가함과 동시에 큰 모멘텀을 얻기 때문에 그 유동이 빠르고 힘차게 형성되며, 상기 흡기밸브(6)의 하단부로는 보다 적은 흡기가 유입된다.

따라서, 상기 흡기밸브(6)의 상부측으로 유입된 흡기는 텀블 유동의 주체가 되어 배기밸브(10) 측의 실린더(12) 벽면에 부딪히고 다시 하향하여 피스톤(14) 헤드에 부딪히면서 맴돌이 형태의 텀블유동을 생성하게 되어 연료와 공기를 신속하고 균일하게 혼합하게 된다.

이때, 상기 흡기밸브(20)의 하단측으로 유입되는 흡기의 양이 보다 적고 또한 상기 텀블유동의 주흐름이 매우 힘참에 따라 양자의 충돌시에도 텀블유동의 강도가 거의 줄어들지 않게 되며, 특히 피스톤(14)의 상승에 따라 텀블의 맴돌이 반경이 줄어들기 때문에 점화단계에 이르러서는 더욱 균일한 혼합기의 형성을 달성할 수가 있게된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 텀블 유동형 흡기포트를 갖는 실린더헤드 는 흡기포트의 확장통로를 통하여 보다 많은 흡기를 유입함과 아울러 이에 보다 힘찬 텀블 유동을 유도함으로써 혼합기의 신속하고 균일한 형성을 얻을 수 있으며, 이에 따라 연료의 완전연소와 배출가스의 청정화를 유도하고 출력을 향상시킬 수 있는 효과가 있는 매우 이상적인 흡기 유동을 제공한다.

또한, 도입통로를 실린더헤드와 동시 주조하고, 텀블유동 형성의 주체적 역할을 하는 확장통로를 커터에 의하여 형성함으로써 정밀하고 매끄러운 절삭 가공면을 얻어 제품간의 안정된 품질을 제공하고 그 설계변경의 유동성을 줄 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 흡기가 유입되는 흡기포트(4)가 형성되어 있고, 이의 흡기포트(4)를 흡기밸브(6)의 승강 작동에 의하여 개폐함으로써 연소실(8)내에 흡기를 공급하도록 하는 내연기관의 실린더헤드(2)에 있어서, 상기 흡기포트(4)는 그 입구측 전단으로부터 연소실(8)측 말단까지 굴곡 연장 형성되는 도입통로(20)와, 상기 도입통로(20)의 말단의 단면상 상부측에는 흡기의 유동력을 증가시키기 위하여 상기 도입통로(20)로부터 구면상으로 소정량 움푹패여지는 단차를 이루어 도입통로(20) 전단측으로 소정깊이 연장형성되는 확장통로(30)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 텀블 유동형 흡기포트를 갖는 실린더헤드.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 도입통로(20)의 말단의 단면 중심은 상기 흡기밸브(6)의 중심으로부터 하부측으로 소정량 편심되어 형성되고, 상기 확장통로(30)의 말단 단면 중심은 상기 흡기밸브(6)의 중심과 중심을 같이 하되 그 단면상 하단의 외주가 상기 도입통로(20)의 하단에 접하여 그 반대측의 도입통로(20) 상단으로 갈수록 점점 많이 패여지도록 된 것을 특징으로 하는 텀블 유동형 흡기포트를 갖는 실린더헤드.
3. 도입통로(20)와 확장통로(30)로 이루어진 텀블 유동형 흡기포트를 갖는 실린더헤드(2)의 흡기포트(4) 성형 방법에 있어서,

   상기 흡기포트(4)의 도입통로(20)를 그 말단의 단면 중심이 상기 흡기밸브(6)의 중심으로부터 하부측으로 소정량 편심되도록 하여 상기 실린더헤드(2) 주조시 동시에 주조한 후, 상기 흡기밸브(6)의 중심으로부터 상기 도입통로(2)의 말단 하단부까지의 반경 길이를 갖으며 그 윤곽이 소정의 구면체를 이루는 커터(40)를 그 중심이 상기 흡기밸브(6)의 중심과 일치되도록 하여 회전시키면서 상기 도입통로(20) 전단측을 향하여 소정량 진입시켜서 확장통로(30)를 절삭가공하여 형성하는 것을 특징으로 하는 텀블 유동형 흡기포트를 갖는 실린더헤드의 흡기포트 성형 방법.