KR100435961B1 - Manufacturing method for water jacket throttle of cylinder head - Google Patents

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KR100435961B1 KR10-2001-0061779A KR20010061779A KR100435961B1 KR 100435961 B1 KR100435961 B1 KR 100435961B1 KR 20010061779 A KR20010061779 A KR 20010061779A KR 100435961 B1 KR100435961 B1 KR 100435961B1
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Abstract

본 발명은 냉각성능 향상을 위해 워터 재킷이 상하 이중으로 형성되는 실린더 헤드를 제조하는 과정에서 실린더 헤드 소재의 강성이 유지되도록 할 뿐만 아니라, 열에 취약한 연소실 부위로 보다 많은 냉각수가 흐르도록 하기 위한 실린더 헤드의 워터 재킷 스로틀의 형성방법ㅓ에 관한 것으로,The present invention is not only to maintain the rigidity of the cylinder head material in the process of manufacturing the cylinder head in which the water jacket is formed in the upper and lower double to improve the cooling performance, the cylinder head for allowing more coolant flow to the combustion chamber site vulnerable to heat To a method of forming a water jacket throttle

워터 재킷을 형성하기 위한 사형을 미리 성형하고, 성형된 사형을 금형에 위치시켜 주물을 통해 소재를 마련하고, 상기 소재를 가공하여 실린더 헤드를 완성하되, 실린더 헤드의 연소실 부위의 냉각성능을 향상하기 위해 연소실 외측으로 흐르는 냉각수가 연소실 부위로 흐르도록 냉각수의 흐름 방향을 제어하기 위한 스로틀을 형성하는 방법에 있어서,In order to form a water jacket to form a water jacket in advance, and to place the molded sand mold in a mold to prepare a material through the casting, and to process the material to complete the cylinder head, to improve the cooling performance of the combustion chamber portion of the cylinder head In the method for forming a throttle for controlling the flow direction of the coolant so that the coolant flowing outside the combustion chamber flows to the combustion chamber portion,

하부 워터 재킷을 형성하기 위한 사형을 제작하는 과정에서 냉각수의 흐름을 제어하기 위한 스로틀이 형성될 수 있도록 사형의 일측에만 공간을 형성하고, 주물을 통해 소재가 완성된 후 다른 일측에 스로틀을 형성될 소재의 부위에 드릴링하여 구멍을 형성한 후, 그 구멍에 워터 콘트롤 바를 압입시키므로서 양측으로 냉각수의 흐름을 제어하기 위한 스로틀을 형성하는 것을 특징으로 한다.In the process of manufacturing the sandpaper for forming the lower water jacket, a space is formed only on one side of the sand mold so that a throttle for controlling the flow of cooling water can be formed, and after the material is completed through the casting, a throttle is formed on the other side. After drilling the hole of the material to form a hole, it is characterized in that the throttle for controlling the flow of cooling water to both sides by pressing the water control bar into the hole.

Description

실린더 헤드의 워터 재킷 스로틀의 형성방법{Manufacturing method for water jacket throttle of cylinder head}Manufacturing method for water jacket throttle of cylinder head}

본 발명은 실린더 헤드의 워터 재킷 스로틀의 형성방법에 관한 것으로, 보다상세하게는 냉각성능 향상을 위해 워터 재킷이 상하 이중으로 형성되는 실린더 헤드를 제조하는 과정에서 실린더 헤드 소재의 강성이 유지되도록 할 뿐만 아니라, 열에 취약한 연소실 부위로 보다 많은 냉각수가 흐르도록 하기 위한 실린더 헤드의 워터 재킷 스로틀의 형성방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of forming a water jacket throttle of a cylinder head, more specifically, to maintain the rigidity of the cylinder head material in the process of manufacturing a cylinder head in which the water jacket is formed in double up and down to improve the cooling performance Rather, the present invention relates to a method of forming a water jacket throttle of a cylinder head to allow more cooling water to flow to a combustion chamber portion that is susceptible to heat.

엔진의 몸체가 되는 실린더 블럭과 실린더 헤드는 연소열에 의해서 고온이 되므로서, 고온에 의해 실린더 블럭 및 실린더 헤드에 크랙이 발생되는 것을 방지하기 위해 워터 재킷이 형성된다. 또한 엔진의 각부를 윤활 및 냉각하기 위한 오일갤러리 및 오일통로가 형성된다.Since the cylinder block and the cylinder head serving as the engine body become hot by the heat of combustion, a water jacket is formed to prevent cracks in the cylinder block and the cylinder head due to the high temperature. In addition, an oil gallery and an oil passage are formed to lubricate and cool each part of the engine.

상기한 워터 재킷은 실린더 블럭 및 실린더 헤드를 주물성형하는 과정에서 살빼기과정을 거쳐 형성되는 것이다. 즉, 실린더 블럭과 실린더 헤드는 다음과 같은 제조공정을 거쳐 형성된다.The water jacket is formed through a weight loss process in the process of molding the cylinder block and the cylinder head. That is, the cylinder block and the cylinder head are formed through the following manufacturing process.

실린더 블럭 및 실린더 헤드 워터 재킷의 사형을 제작한 다음, 제작된 사형의 위치를 설정한 후 금형을 조립하게 된다. 조립된 금형에는 주물을 유입시키고, 일정시간이 경과되어 굳으면 탈형한다. 탈형 후에는 에어건 등을 이용하여 모래빼기를 하게 된다. 모래빼기가 완전히 끝나면 세척과정을 거쳐 실린더 블럭 및 실린더 헤드의 소재가 완성된다. 완성된 소재는 적당한 가공을 거쳐 실린더 블럭 및 실린더 헤드로 완성되어진다.After the sand molds of the cylinder block and the cylinder head water jacket are manufactured, the molds are assembled after setting the positions of the produced sand molds. Castings are introduced into the assembled molds and demolded after a certain period of time. After demolding, sand is removed using an air gun or the like. When the sand is completely drained, the washing process is completed to complete the material of the cylinder block and the cylinder head. The finished material is properly processed to complete the cylinder block and cylinder head.

그런데 디젤엔진의 경우 특히, 직접분사형 엔진 중 초기시동성을 위해 사용하는 글로 플러그(Glow Plug)를 연소실 안에 장치하는 경우 글로 플러그는 밸브와 연료인젝터의 배치로 인해 도 4와 같이 실린더 헤드(10)에는 글로 플러그가 장착되기 위한 홀(15)이 임의의 각도로 형성된다. 이러한 경사 장착으로 생기는 샤프 에지(Sharp edge) 등의 이유로 글로 플러그 장착 홀(15) 부위의 냉각이 중요하게 된다. 그러나 기존의 1 레이어 워터 재킷(1-Layer Water jacket)의 경우 워터 재킷의 언더 컷 발생으로 하부 및 깊게 물통로를 형성하지 못하게 된다. 이러한 문제점을 해소하기 위해 글로 플러그 홀(15) 하부에 크로스 드릴링(Cross Drilling)을 하여 글로 플러그 하부의 냉각을 해소하기도 한다.However, in the case of diesel engines, in particular, in the case of installing a glow plug used for initial startability among direct injection engines in a combustion chamber, the glow plug is installed in the cylinder head 10 as shown in FIG. 4 due to the arrangement of the valve and the fuel injector. The hole 15 for mounting the glow plug is formed at an arbitrary angle. Cooling of the glow plug mounting hole 15 is important for reasons such as sharp edges resulting from such inclined mounting. However, in the case of the existing one-layer water jacket, the undercut of the water jacket does not form a water passage under and deeply. In order to solve this problem, cross drilling may be performed under the glow plug hole 15 to eliminate cooling of the glow plug lower portion.

특히, 실린더 헤드(10)에서의 냉각이 중요한 부위는 실제적으로 연소실과 근접해 있는 구간이며 상대적으로 상부 데크(Top Deck)(11)의 냉각은 중요성이 떨어진다. 이러한 이유로 2 레이어 워터 재킷(2-Layer Water Jacket) 구조를 가진 실린더 헤드가 제작되어진다. 상기와 같은 2 레이어 워터 재킷의 경우는 하부 워터 재킷과 상부 워터 재킷으로의 유량을 조절하여 실제적으로 최적의 냉각효율을 유지하여 적정 내구 수명을 증대시킬 수 있다. 또한, 2 레이어 워터 재킷에서 언더 컷트의 이유로 글로 플러그 하부의 냉각이 난이했던 단점을 극복할 수 있으며 구조적인 측면에서도 하부 데크(Bottom Deck)(12)와 상부 데크(11) 이외에도 중간 데크(Middle Deck)(13)의 격층 구조가 만들어지므로서 강성 측면에서 유리하였다. 따라서 상술한 바와 같은 장점들로 인하여 여러 개발엔진의 실린더 헤드의 경우 2 레이어 워터 재킷 구조를 많이 채용하고 있는 실정이다.In particular, the area where the cooling is important in the cylinder head 10 is a section which is actually close to the combustion chamber, and the cooling of the top deck 11 is relatively insignificant. For this reason, a cylinder head with a 2-layer water jacket structure is produced. In the case of the two-layer water jacket as described above, by adjusting the flow rates to the lower water jacket and the upper water jacket, it is possible to substantially maintain the optimum cooling efficiency to increase the proper endurance life. In addition, the two-layer water jacket overcomes the disadvantages of cooling underneath the glow plug for reasons of undercutting. In addition to the lower deck (12) and the upper deck (11) in terms of construction, the middle deck is also available. It was advantageous in terms of rigidity as the layered structure of (13) was made. Therefore, due to the advantages described above, the cylinder head of various development engines employs a two-layer water jacket structure.

그리고 도 5는 실린더 헤드를 제작하기 위한 사형을 도시한 것으로서, 냉각수의 흐름은 연소실 주변으로 상대적으로 많이 흐르는 메인유동(A->B->C, A->B->D)이 이루어지고, 연소실 외측으로 상대적으로 적게 흐르는 서브유동(A->C, A->D)으로 이루어져야만이 열역학적 피로수명에 대한 내구 냉각 성능이 최적으로 이루어진다.And Figure 5 shows a sand mold for manufacturing a cylinder head, the flow of the coolant is made of a main flow (A-> B-> C, A-> B-> D) relatively flowing around the combustion chamber, Only with sub-flows (A-> C, A-> D), which flow relatively little outside the combustion chamber, the endurance cooling performance for this thermodynamic fatigue life is optimal.

그러나 일반적으로 2 레이어 워터 재킷 구조로 실린더 헤드를 제작하기 위해 사형(20)을 제작하는 과정에서 연소실을 부위를 냉각하기 위한 냉각수 통로 부위의 단면적이 좁게 형성되고, 상대적으로 연소실 외측부의 단면적이 넓게 형성된다. 이는 사형(20)의 강성이 유지되도록 하기 위해 바깥쪽을 튼튼하게 할 수 밖에 없기 때문이다. 따라서 냉각수는 도면상 A->B방향보다 A->C, A->D방향으로 흐르는 양이 많게 되어 엔진의 냉각성능이 저하되는 문제점이 있었다.However, in general, the cross-sectional area of the cooling water passage portion for cooling the combustion chamber portion is narrowly formed in the process of manufacturing the sand die 20 to manufacture the cylinder head with a two-layer water jacket structure, and the cross-sectional area of the combustion chamber outer portion is relatively wide. do. This is because in order to maintain the rigidity of the death die 20 it is forced to the outside. Therefore, the amount of cooling water flows in the A-> C, A-> D direction more than the A-> B direction in the drawing, there is a problem that the cooling performance of the engine is lowered.

따라서 위와 같은 문제점을 해결하기 위한 방안으로 도 6과 같이 사형(20) 제작시 연소실 외측부에 소형원으로 표시된 부분처럼 스로틀 형성공간(22)를 두어, 소재 완성 후 워터 재킷에 냉각수의 흐름을 제어하기 위한 스로틀이 형성되도록 하여 냉각수의 흐름방향을 A->B방향으로 유도하고 있지만, 소형원으로 표시된 부분의 사형에 크랙이 발생되는 문제가 있었다.Therefore, in order to solve the above problems, by placing the throttle forming space 22 as a small circle on the outside of the combustion chamber when manufacturing the sand mold 20 as shown in Figure 6, to control the flow of cooling water in the water jacket after the completion of the material In order to form a throttle for inducing the flow direction of the coolant in the A-> B direction, but there was a problem that cracks occur in the sand mold of the portion indicated by the small circle.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 냉각성능 향상을 위해 워터 재킷이 상하 이중으로 형성되는 실린더 헤드를 제조하는 과정에서 실린더 헤드 소재의 강성이 유지되도록 할 뿐만 아니라, 열에 취약한 연소실 부위로 보다 많은 냉각수가 흐르도록 하기 위한 실린더 헤드의 워터 재킷 스로틀의 형성방법을 제공하는 데 목적이 있다.Therefore, the present invention has been made to solve the above problems, not only to maintain the rigidity of the cylinder head material in the process of manufacturing the cylinder head in which the water jacket is formed in the upper and lower double to improve the cooling performance, it is vulnerable to heat An object of the present invention is to provide a method of forming a water jacket throttle of a cylinder head to allow more cooling water to flow into a combustion chamber portion.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 수단으로서,The present invention as a means for achieving the above object,

워터 재킷을 형성하기 위한 사형을 미리 성형하고, 성형된 사형을 금형에 위치시켜 주물을 통해 소재를 마련하고, 상기 소재를 가공하여 실린더 헤드를 완성하되, 실린더 헤드의 연소실 부위의 냉각성능을 향상하기 위해 연소실 외측으로 흐르는 냉각수가 연소실 부위로 흐르도록 냉각수의 흐름 방향을 제어하기 위한 스로틀을 형성하는 방법에 있어서,In order to form a water jacket to form a water jacket in advance, and to place the molded sand mold in a mold to prepare a material through the casting, and to process the material to complete the cylinder head, to improve the cooling performance of the combustion chamber portion of the cylinder head In the method for forming a throttle for controlling the flow direction of the coolant so that the coolant flowing outside the combustion chamber flows to the combustion chamber portion,

하부 워터 재킷을 형성하기 위한 사형을 제작하는 과정에서 냉각수의 흐름을 제어하기 위한 스로틀이 형성될 수 있도록 사형의 일측에만 공간을 형성하고, 주물을 통해 소재가 완성된 후 다른 일측에 스로틀을 형성될 소재의 부위에 드릴링하여 구멍을 형성한 후, 그 구멍에 워터 콘트롤 바를 압입시키므로서 양측으로 냉각수의 흐름을 제어하기 위한 스로틀을 형성하는 것을 특징으로 한다.In the process of manufacturing the sandpaper for forming the lower water jacket, a space is formed only on one side of the sand mold so that a throttle for controlling the flow of cooling water can be formed, and after the material is completed through the casting, a throttle is formed on the other side. After drilling the hole of the material to form a hole, it is characterized in that the throttle for controlling the flow of cooling water to both sides by pressing the water control bar into the hole.

도 1은 본 발명에 의해 실린더 헤드를 형성하기 위한 하부사형의 사시도.1 is a perspective view of a lower sandbox for forming a cylinder head according to the present invention;

도 2는 본 발명에 의한 상하부 사형이 조립된 상태의 사시도.Figure 2 is a perspective view of the upper and lower sand molds assembled state according to the present invention.

도 3은 본 발명에 의해 형성된 워터 재킷으로 냉각수가 흐르는 모습을 보인 도면.3 is a view showing a state in which cooling water flows to the water jacket formed by the present invention.

도 4는 글로 플러그 장착 홀이 형성된 실린더 헤드의 단면도.4 is a cross-sectional view of a cylinder head in which glow plug mounting holes are formed.

도 5와 도 6은 실린더 헤드를 제작하기 위한 종래 사형의 평면도.5 and 6 are plan views of a conventional sandpaper for producing a cylinder head.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※ Explanation of code for main part of drawing

30 : 워터 재킷30: water jacket

40 : 하부 사형40: lower death penalty

50 : 상부 사형50: upper death penalty

60 : 워터 콘트롤 바60: water control bar

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면과 함께 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, described in detail with reference to the accompanying drawings a preferred embodiment of the present invention.

도 1은 본 발명에 의해 실린더 헤드를 형성하기 위한 하부사형의 사시도이고, 도 2는 본 발명에 의한 상하부 사형이 조립된 상태의 사시도이며, 도 3은 본 발명에 의해 형성된 워터 재킷으로 냉각수가 흐르는 모습을 보인 도면이다.1 is a perspective view of a lower sand mold for forming a cylinder head according to the present invention, Figure 2 is a perspective view of the upper and lower sand molds assembled state according to the present invention, Figure 3 is a coolant flowing in the water jacket formed by the present invention The figure shows.

도면 중에 표시되는 도면 부호 30은 본 발명에 의해 형성되는 실린더 헤드의 워터 재킷을 지시하는 것이며, 도면 부호 40과 50은 각각 본 발명에 의해 실린더 헤드를 제작하기 위한 하부 사형 및 상부 사형을 지시하는 것이다.Reference numeral 30 shown in the drawings indicates a water jacket of the cylinder head formed by the present invention, and reference numerals 40 and 50 denote lower and upper sand dies for manufacturing the cylinder head according to the present invention, respectively. .

실린더 헤드를 제작하기 위해서는 우선 종래와 같이 실린더 헤드의 워터 재킷(30)을 형성하기 위해서 하부 사형(40) 및 상부 사형(50)을 제작한다.In order to manufacture the cylinder head, first, the lower sand mold 40 and the upper sand mold 50 are manufactured to form the water jacket 30 of the cylinder head as in the prior art.

특히, 하부 사형(40)을 제작하는 과정에서 종래에는 연소실의 외측으로 다량으로 흐르는 냉각수를 연소실 부위로 유도하기 위한 스로틀이 성형되도록 하기 위해서 양측으로 스로틀 형성공간을 형성하였으나, 본 발명에서는 어느 일측에만 상기 스로틀 형성공간(42)을 형성한다. 이는 종래의 경우 양측에 스로틀 형성공간(42)을 형성하게 되므로서 하부 사형의 강성이 저하되어 주물시 사형에 크랙이 발생되었기 때문에 하부 사형(40)의 강성보강 차원에서 이루어지는 것이다.In particular, in the process of manufacturing the lower sand mold 40, the throttle forming space is formed on both sides in order to form a throttle for guiding a large amount of coolant flowing out of the combustion chamber to the combustion chamber. The throttle forming space 42 is formed. In the conventional case, since the throttle forming spaces 42 are formed on both sides, the rigidity of the lower sand mold is reduced and cracks are generated in the sand mold during casting, so that the lower sand mold 40 is formed in a rigid reinforcement dimension.

그런 다음 상기와 같이 제작된 하부 사형(40)을 상부 상형(50)과 결합한 후, 금형의 정확한 위치에 상기한 사형(40,50)을 위치시킨 후 주물하여 소재를 완성시킨다. 이 때 소재의 워터 재킷(30)에 채워진 모래는 에어건 등을 이용하여 모래빼기 한다.Then, the lower sand mold 40 manufactured as described above is combined with the upper upper mold 50, and then the sand molds 40 and 50 are positioned at the correct position of the mold to be cast to complete the material. At this time, the sand filled in the water jacket 30 of the material is sand-extracted using an air gun or the like.

모래를 완전히 빼낸 소재는 오일 통로, 오일 갤러리, 볼트공, 표면처리 등 여러 단계의 가공을 하게 되는데, 이 과정에서 냉각수 흐름 제어를 위한 스로틀이 사형과정에서 마련되지 못한 소재의 위치에 드릴링하여 구멍을 형성한다. 소재는 아래위로 관통되는 것이 바람직하며, 관통된 구멍에는 별도로 형성되는 워터 콘트롤 바(60)를 압입하게 된다. 상기 워터 콘트롤 바(60)는 원형막대인 것이 바람직하다.The material from which sand is completely removed is processed in various stages such as oil passage, oil gallery, bolt hole, surface treatment, etc. In this process, the throttle for controlling the flow of coolant is drilled at the position of the material which was not prepared during the death process. Form. It is preferable that the material penetrates up and down, and the water control bar 60 is separately inserted into the penetrated hole. The water control bar 60 is preferably a circular bar.

따라서 실린더 헤드의 워터 재킷에는 종래 기술의 설명에서와 같이 연소실 외측에서 열에 취약한 연소실 부위로 냉각수의 흐름을 유도하기 위한 스로틀이 형성되는 것이다. 즉, 도3과 같이 냉각수의 흐름방향은 A->B방향으로 메인유동이 이루어지고, A->C방향, A->D방향으로 서브유동이 이루어지는 것이다.Therefore, the water jacket of the cylinder head is formed with a throttle for inducing the flow of cooling water from the outside of the combustion chamber to the portion of the combustion chamber which is susceptible to heat as described in the prior art. That is, as shown in FIG. 3, the main flow is made in the A-> B direction, and the sub-flow is made in the A-> C direction and the A-> D direction.

상기와 같이 스로틀을 형성하게 되면 실린더 헤드 하부의 냉각성능이 향상될 뿐만 아니라, 실린더 헤드의 워터 재킷을 형성하기 위한 사형의 강성을 높일 수 있게 되므로서 주물과정시 사형에 발생되던 크랙이 방지된다.Forming the throttle as described above not only improves the cooling performance of the lower cylinder head, but also increases the rigidity of the sand mold for forming the water jacket of the cylinder head, thereby preventing cracks generated in the sand mold during the casting process.

본 발명은 상기와 같은 방법을 통해 실린더 헤드 워터 재킷에 스로틀을 형성하게 되므로서 실린더 헤드 하부의 냉각성능이 향상될 뿐만 아니라, 실린더 헤드의 워터 재킷을 형성하기 위한 사형의 강성이 종래의 기술보다 보강되므로서 주물과정에서 사형의 취약부에 크랙이 발생되는 현상이 방지되는 커다란 장점이 있는 것이다.The present invention not only improves the cooling performance of the lower cylinder head by forming a throttle on the cylinder head water jacket through the above method, but also increases the rigidity of the sandpaper to form the water jacket of the cylinder head, compared to the prior art. As a result, there is a great advantage that the phenomenon of cracking in the weak part of the death penalty is prevented during the casting process.

Claims (1)

워터 재킷을 형성하기 위한 사형을 미리 성형하고, 성형된 사형을 금형에 위치시켜 주물을 통해 소재를 마련하고, 상기 소재를 가공하여 실린더 헤드를 완성하되, 실린더 헤드의 연소실 부위의 냉각성능을 향상하기 위해 연소실 외측으로 흐르는 냉각수가 연소실 부위로 흐르도록 냉각수의 흐름 방향을 제어하기 위한 스로틀을 형성하는 방법에 있어서,In order to form a water jacket to form a water jacket in advance, and to place the molded sand mold in a mold to prepare a material through the casting, and to process the material to complete the cylinder head, to improve the cooling performance of the combustion chamber portion of the cylinder head In the method for forming a throttle for controlling the flow direction of the coolant so that the coolant flowing outside the combustion chamber flows to the combustion chamber portion, 워터 재킷(30)을 형성하기 위한 하부 사형(40)을 제작하는 과정에서 냉각수의 흐름을 제어하기 위한 스로틀 형성공간(42)이 하부 사형(40)의 일측에만 형성되도록 하고,In the process of manufacturing the lower sand mold 40 for forming the water jacket 30, the throttle forming space 42 for controlling the flow of the coolant is to be formed only on one side of the lower sand mold 40, 주물을 통해 소재가 완성된 후, 다른 일측에 스로틀이 형성될 소재의 부위에 드릴링하여 형성된 구멍에 워터 콘트롤 바(60)를 압입시키므로서 워터 재킷(30)의 양측 위치에 냉각수의 흐름 제어를 위한 스로틀이 형성된 것을 특징으로 하는 실린더 헤드의 워터 재킷 형성방법.After the material is completed through the casting, the water control bar 60 is pressed into a hole formed by drilling a portion of the material to be formed with a throttle on the other side for controlling the flow of the coolant at both positions of the water jacket 30. A water jacket forming method of a cylinder head, characterized in that the throttle is formed.
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