KR100380075B1

KR100380075B1 - 실린더 헤드 제작방법 및 주조틀

Info

Publication number: KR100380075B1
Application number: KR10-2000-0078356A
Authority: KR
Inventors: 김주환
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2000-12-19
Filing date: 2000-12-19
Publication date: 2003-04-11
Also published as: KR20020049225A

Abstract

연료 분사장치가 장착되는 실린더 헤드의 주물 제작시 연료 분사장치 장착부로부터 열을 쉽게 방출할 수 있도록 하기 위하여,

상형 코어, 측면코어, 하형 코어 및 워터 재킷 코어를 포함하는 복수의 성형 코어를 포함하여 구성되고, 상기 복수의 성형 코어에 의해 형성된 공간에 용탕을 주입하여 실린더 헤드를 주물 제작하기 위한 주조틀에 있어서,

상기 워터 재킷 코어에는 실린더 헤드의 연료 분사장치 장착부를 관통하여 상기 상형 코어와 인접하도록 관통부가 형성되며,

상기 워터 재킷 코어 관통부에는 관통방향으로 공기를 분출할 수 있는 공기 통로가 형성되고,

상기 상형 코어는 상기 연료 분사장치 장착부에 인접하는 위치에 냉금이 함입되어 형성되고, 상기 관통부 공기 통로가 외부로 연결되도록 상형 코어 공기 통로가 형성되는 것을 특징으로 하는 실린더 헤드 제작용 주조틀을 제공하며,

상기 주조틀의 복수의 성형 코어에 의해 형성된 공간에 용탕을 주입하는 단계;

상기 용탕을 고형화시키는 단계;

상기 성형 코어를 해체한 후 연료 분사장치 장착부를 가공하는 단계;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 실린더 헤드 제작방법을 제공한다.

Description

실린더 헤드 제작방법 및 주조틀{A METHOD FOR MANUFACTURING CYLINDER HEAD AND A CASTING FRAME THEREOF}

본 발명은 실린더 헤드 제작방법 및 주조틀에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 연료 분사장치 장착부가 형성된 실린더 헤드를 제작하는 방법 및 그 주조틀에 관한 것이다.

디젤엔진은 엔진에 공기를 공급하고, 목표하는 출력을 발휘할 수 있는 연료를 공급하여 연소시킴으로써 출력을 발생시키고 있다. 연료의 공급을 위해서는, 연료펌프가 압력을 발생시키고, 그 발생된 압력을 이용하여 인젝터를 구동시킴으로써 연료를 공급하는 것이 종래의 방법이었으나, 최근에는 압력을 형성하는 펌프와 인젝터가 하나의 유닛으로 제작된 전자유닛인젝터(Electronic Unit Injector; 이하 'EUI'라 칭한다)와 같은 별개의 연료 분사장치가 개발되어 각 실린더에서 각각 연료가 분사되도록 실용화되고 있다.

상기 연료 분사장치, 특히 EUI는 종래의 기계식 연료펌프 방식보다 높은 압력을 형성하여 연료를 정밀 제어함으로써 엔진 성능을 향상시키고 배기가스 배출을 줄이는 장치이다.

상기 EUI는 실린더 헤드에 장착되어, 캠축에 의해 구동되는 로커암에 의해 구동된다. 즉, 캠축에 의해 로커암이 작동할 때 상기 EUI 내에 연료 분사 압력이 형성되도록 한 것이다.

그런데, 상기 연료 분사장치를 실린더 헤드에 장착하기 위해서는, 연료의 공급 및 회수를 위한 연료 통로가 실린더 헤드에 형성되어야 하며, 따라서 상기 연료 분사장치가 작동될 때, 특히, 높은 연료 압력을 이용하는 EUI가 작동될 때에는 실린더 헤드에 매우 높은 압력이 작용하게 된다.

따라서 엔진 작동에 따라 높은 압력이 형성되는 실린더 헤드에서 연료 분사장치가 장착되는 부위의 밀봉을 위해서는 주조 방법에 의해 제작되는 실린더 헤드의 주조 조직 및 가공 상태가 중요한 요소가 된다. 즉, 실린더 헤드의 연료 분사장치 장착부의 주조 조직에 결함이 발생할 때에는 압력 충격에 의해 균열(crack)이 발생하여 진전하게 되는 경우가 있었다.

도 1은 연료 분사장치가 장착부가 형성된 실린더 헤드의 일예의 부분 평면도로서 특히 EUI 장착부가 형성된 실린더 헤드에 관한 것이며, 도 2는 상기 일예의연료 분사장치가 장착부가 형성된 실린더 헤드를 제작하기 위한 주조틀을 나타낸 A-A 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, EUI를 장착하기 위한 실린더 헤드(100)에는 각 실린더마다 연료 분사장치가 장착되는 EUI 장착부(110)가 형성된다.

상기 EUI용 실린더 헤드를 제작하기 위한 주조틀은, 도 2에 도시된 바와 같이, 상형 코어(210), 측면코어(220), 하형 코어(230) 및 워터 재킷 코어(240;water jacket core) 등 복수의 성형 코어로 구성된다.

상기 주조틀을 이용하여 EUI용 실린더 헤드(200)를 제작하는 과정은, 상기 복수의 성형 코어(210~240)에 의해 형성된 공간에 용탕(가열하여 액화된 금속)을 주입하여 냉각시킨 후, 상기 코어(210~240)를 해체하여, EUI 가공 위치에 드릴 기타 절삭 작업을 통하여 EUI 가공부(250)를 형성하게 된다.

이 때 상기 워터 재킷 코어(240)와 상기 상형 코어(210) 사이에 형성되는 EUI 가공부(250)에는 육질이 두껍게 형성되므로, 냉각 속도에 있어서 코어에 접하는 부위와 코어로부터 멀리 떨어진 육질 내부 부분의 냉각 속도가 차이가 나게 되고, 이로 인하여 실린더 헤드(200)의 강도가 균일하게 형성되기 힘들고, 또한 냉각 속도 차이로 인하여 상기 두꺼운 육질부에는 기포 형성 등 주조 상태가 불량한 경우가 발생할 가능성이 있었다.

이때 상기 두꺼운 육질부에 EUI 가공부(250)를 형성하는 과정에서 상기 기포 등이 노출되어 EUI를 위한 연료 통로의 밀봉이 곤란하게 되며, 상기 EUI 가공부(250)의 주조 상태가 불균일함으로 인하여, EUI 작동시 형성되는 압력에 의해 균열이 발생하게 되는 것이다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 연료 분사장치 장착부가 형성된 실린더 헤드의 주물 제작시 연료 분사장치 장착부로부터 열을 쉽게 방출할 수 있도록 하는 실린더 헤드 제작방법 및 주조틀을 제공하는 것이다.

도 1은 연료 분사장치가 장착부가 형성된 실린더 헤드의 일예의 부분 평면도이며, 도 2는 상기 일예의 연료 분사장치 장착부가 형성된 실린더 헤드를 제작하기 위한 주조틀을 나타낸 A-A 단면도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 의한 연료 분사장치 장착부가 형성된 실린더 헤드 주조틀의 일예를 나타낸 도면이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 실린더 헤드 제작용 주조틀은,

상기 상형 코어는 상기 연료 분사장치 장착부에 인접하는 위치에 냉금이 함입되어 형성되고, 상기 관통부 공기 통로가 외부로 연결되도록 상형 코어 공기 통로가 형성되는 것을 특징으로 하며,

본 발명에 의한 실린더 헤드 제작방법은,

상기 용탕을 고형화시키는 단계;

를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 일 실시예를 첨부된 도면의 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명의 실시예로서, 연료 분사장치로서 EUI가 이용되는 EUI용 실린더 헤드 주조틀의 일예를 나타낸 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예의 EUI용 실린더 헤드 주조틀은, 상형 코어(310), 측면코어(320), 하형 코어(330), 및 워터 재킷 코어(340)를 포함하되,

상기 워터 재킷 코어(340)에는 실린더 헤드의 EUI 장착부 가공 위치를 관통하여 상기 상형 코어와 인접하도록 관통부(350)가 형성되며,

상기 워터 재킷 코어 관통부(350)에는 관통방향으로 공기를 분출할 수 있는 공기 통로(360)가 형성된다.

또한, 상기 상형 코어(310)는 상기 EUI 장착부 가공 위치에 인접하는 위치에 냉금(380)이 함입되어 형성되고, 상기 관통부(350)의 공기 통로(360)와 연결되도록 공기 통로(370)가 형성된다.

상기 각 코어(310~340)는 통상의 재질로 사용할 수 있다.

상기 냉금(380)은, 열 전달 속도가 빠른 임의의 재질로 사용할 수 있고, 일예로는 알루미늄, 주철(FC25)이 사용될 수 있으며, 실린더 헤드로 형성되는 재질과 동일한 재질로 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 관통부(350)와 상기 상형 코어(310) 사이에는 주물 제작시 코어 형이 유지되도록 분할부재(390)를 설치하는 것이 바람직하다. 상기 분할부재(390)는 상기 워터 재킷 코어 및 상형 코어의 공기 통로(350,370)가 연결되도록 관통홀이 형성되며, 상기 분할부재(390)는 용탕 주입시의 고온에서 형태를 유지할 수 있는 임의의 재질로 할 수 있으며, 일예로는 세라믹(ceramic)으로 하는 것이 바람직하다.

상기 주조틀에 의해 EUI용 실린더 헤드가 제작되는 과정은 다음과 같다.

상기와 같이 형성된 주조틀에 용탕을 주입하면, 상기 용탕은 상기 코어들(310~340)에 의해 형성된 공간을 채우면서 실린더 헤드(300)의 형태를 형성하게 된다.

상기 관통부(350) 주변에서는 육질이 두껍게 형성되나, 상기 두꺼운 육질부를 관통하는 관통부(350)로 열 및 가스가 쉽게 방출될 수 있고, 특히, 상기 관통부(350)에는 상기 상형 코어(310)를 통해 외부로 연결되는 공기 통로(360)가 형성되어 열 방출 효율을 증가시킴으로써 상기 두꺼운 육질부의 열 방출을 돕게 된다.

또한 상기 상형 코어(310)에 함입된 냉금(380)으로 열이 신속히 방출된다.

따라서, EUI 장착부 가공 위치에는 상기 관통부(350)에 의해 육질부의 두께가 줄어들 뿐 아니라, 그 열 방출 또한 향상되게 되어, 기포 발생, 주조 상태의 불균일과 같은 문제점을 해소하게 된다.

이상으로 본 발명의 실린더 헤드 제작방법 및 주조틀에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

상기와 같이 본 발명의 실시예에 의한 EUI용 실린더 헤드 제작방법 및 주조틀에 의하여 제작된 실린더 헤드의 경도를 측정한 결과는, 냉금이 적용된 부위의 경도가 241HB 내지 269HB 로서, 냉금이 적용되지 않은 부위의 경도 206 내지 241 HB 보다 높게 나타났으며, 이로써 냉금에 의해 경도가 향상된 것으로 판단된다.

또한, 본 발명의 실시예에 의해 제작된 실린더 헤드의 EUI가공부의 내부 수축 결함 여부 및 종래 기술에 의해 제작된 실린더 헤드의 EUI 가공부의 내부 수축 결함 여부를 실린더별로 조사하여 본 바, 아래 표에 기재한 바와 같이, 종래기술에 의해 제작된 실린더 헤드에는 내부 수축 결함이 2개 실린더에서 발생하였으나, 본 발명의 실시예에 의해 제작된 실린더 헤드에는 내부 수축 결함이 발생하지 아니하였다.

	실린더별 EUI 가공부의 내부 수축 결함 발생 여부
	1	2	3	4	5	6
종래기술	없음	발생	발생	없음	없음	없음
본 발명	없음	없음	없음	없음	없음	없음

따라서, 본 발명의 실시예에 의하면, EUI 등의 연료 분사장치 장착부의 냉각속도를 균일하게 유지하여 상기 장착부의 주조 상태를 균일하게 제작할 수 있으므로, 실린더 헤드의 연료 분사장치 장착부에 생길 수 있는 기포 발생을 억제함과 아울러 상기 연료 분사장치 장착부의 강도를 향상시킬 수 있다.

또한, 연료 분사장치 장착부를 형성하기 위해 가공할 정도가 줄어들게 되므로, 가공을 위한 장비의 수명을 연장시키고, 실린더 헤드 제작에 소요되는 시간을 줄일 수 있다.

Claims

상형 코어(310) 및 워터 재킷 코어(240)를 포함하는 복수의 성형 코어에 의해 형성된 공간에 용탕을 주입하는 단계;

상기 용탕을 고형화시키는 단계;

상기 성형 코어를 해체한 후 연료 분사장치 장착부를 가공하는 단계;

를 포함하는 실린더 헤드 제작방법에 있어서,

상기 워터 재킷 코어(240)에는 실린더 헤드의 연료 분사장치 장착부를 관통하여 상기 상형 코어(310)와 인접하도록 관통부(350)가 형성되며,

상기 워터 재킷 코어 관통부(350)에는 관통방향으로 공기를 분출할 수 있는 공기 통로(360)가 형성되고,

상기 상형 코어(310)는 상기 연료 분사장치 장착부에 인접하는 위치에 냉금(380)이 함입되어 형성되고, 상기 관통부 공기 통로(360)가 외부로 연결되도록 상형 코어 공기 통로(370)가 형성되는 것을 특징으로 하는 실린더 헤드 제작방법.
제1항에서, 상기 냉금(380)의 재질은 상기 용탕의 재질과 동일한 것을 특징으로 하는 실린더 헤드 제작방법.
제1항 또는 제2항에서,

상기 관통부(350)와 상기 상형 코어(310) 사이에는 주물 제작시 코어 형이 유지되도록 분할부재(390)가 설치되는 것을 특징으로 하는 실린더 헤드 제작방법.
상형 코어(310), 측면코어(320), 하형 코어(330) 및 워터 재킷 코어(240)를 포함하는 복수의 성형 코어를 포함하여 구성되고, 상기 복수의 성형 코어에 의해 형성된 공간에 용탕을 주입하여 실린더 헤드를 주물 제작하기 위한 주조틀에 있어서,

상기 워터 재킷 코어(240)에는 실린더 헤드의 연료 분사장치 장착부를 관통하여 상기 상형 코어(310)와 인접하도록 관통부(350)가 형성되며,

상기 워터 재킷 코어 관통부(350)에는 관통방향으로 공기를 분출할 수 있는 공기 통로(360)가 형성되고,

상기 상형 코어(310)는 상기 연료 분사장치 장착부에 인접하는 위치에 냉금(380)이 함입되어 형성되고, 상기 관통부 공기 통로(360)가 외부로 연결되도록 상형 코어 공기 통로(370)가 형성되는 것을 특징으로 하는 실린더 헤드 제작용 주조틀.
제4항에서, 상기 냉금(380)의 재질은 상기 용탕의 재질과 동일한 것을 특징으로 하는 실린더 헤드 제작용 주조틀.
제4항 또는 제5항에서,

상기 관통부(350)와 상기 상형 코어(310) 사이에는 주물 제작시 코어 형이 유지되도록 분할부재(390)가 설치되는 것을 특징으로 하는 실린더 헤드 제작용 주조틀.