KR101035443B1 - 실린더 헤드의 냉각수 통로 구조 - Google Patents

실린더 헤드의 냉각수 통로 구조 Download PDF

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Abstract

내연 기관에서, 실린더 헤드(1)의 길이 방향의 일단부의 실린더 헤드(1)의 내로 이어지는 냉각수 유입구(19)가 제공되고, 실린더 헤드(1)의 길이 방향의 타단부에 실린더 헤드(1) 내의 중앙부를 통해 유동하는 주 냉각수 흐름의 유출구(20)가 제공된다. 또한, 주 냉각수(X) 흐름으로부터 분류되어 배기 포트(5)의 집합부 주위를 유동하는 부 냉각수(Y) 흐름의 유출구(21)가 제공된다. 주 냉각수 흐름의 유출구(20) 및 부 냉각수(Y) 흐름의 유출구(21)와 연통되어 이들 유출구(20, 21)를 하나의 냉각수 출구(22)로 통합하는 어댑터(23)가 실린더 헤드(1)의 외벽면에 고정된다.
실린더 헤드, 배기 포트, 집합부, 어댑터, 냉각수 출구

Description

실린더 헤드의 냉각수 통로 구조 {COOLING WATER PASSAGE STRUCTURE OF CYLINDER HEAD}
본 발명은 실린더 헤드의 냉각수 통로 구조에 관한 것이다.
4기통 내연 기관에서, 실린더의 배기 포트가 실린더 헤드 내에서 서로 집합되고, 실린더 블록 내에서 실린더 헤드 내로 공급된 냉각수가 실린더 헤드 내에 형성된 배기 포트의 집합부 주위로 유도되어, 하나의 냉각수 출구를 통과해서, 외부로 배출되는 내연 기관이 알려져 있다(일본특허 제2709815호 참조). 이 내연 기관에서, 실린더 헤드 내에서 고온이 되는 배기 포트의 집합부가 냉각수에 의해 냉각되므로, 배기 포트의 집합부가 과열되는 것이 방지될 수 있다.
그러나, 실린더 헤드로부터 배출된 냉각수를 라디에이터로 공급할 때, 실린더 헤드로부터 라디에이터까지의 냉각수의 배관을 간소화하기 위하여, 통상 실린더 헤드의 냉각수 출구가 하나로 통합된다. 그러나, 배기 포트의 집합부를 전체적으로 균등하게 냉각하면서 냉각수를 하나의 냉각수 출구로 안내할 때, 실린더 헤드 내의 냉각수의 통로 구조가 극히 복잡해지고, 그 결과 냉각수의 유로 저항이 증가할 뿐만 아니라, 실린더 헤드의 제조에 많은 공정 및 비용이 드는 문제도 발생한다.
본 발명의 목적은 실린더 헤드 내에서 냉각수 통로의 간소화를 가능하게 하는 실린더 헤드의 냉각수 통로 구조를 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 실린더가 실린더 헤드의 길이 방향으로 직렬로 배치되고 적어도 한 쌍의 실린더의 배기 포트가 실린더 헤드 내에서 서로 집합되는 내연 기관의 실린더 헤드의 냉각수 통로 구조이며, 실린더 헤드의 길이 방향의 일단부에는 실린더 헤드 내로 이어지는 냉각수 유입구가 제공되고, 실린더 헤드의 길이 방향의 타단부에는 실린더 헤드의 중앙부를 흐르는 주 냉각수 흐름의 유출구 및 상기 주 냉각수 흐름으로부터 분류되어 실린더 헤드의 측부에 위치된 배기 포트의 집합부 주위를 흐르는 부 냉각수 흐름의 유출구가 제공되고, 상기 주 냉각수 흐름의 유출구 및 상기 부 냉각수 흐름의 유출구와 연통되어 이들 유출구를 하나의 냉각수 출구로 통합하는 어댑터가 실린더 헤드의 타단부의 외벽면에 고정되는 실린더 헤드의 냉각수 통로 구조가 제공된다.
즉, 이러한 어댑터를 사용하면, 그만큼 제조 비용이 상승하므로, 보통 이러한 어댑터는 사용되지 않는다. 그러나, 이러한 어댑터를 사용하면, 실린더 헤드 내의 냉각수 통로를 간소화하는 것이 가능하여, 전술된 공지된 내연 기관에 비해 훨씬 큰 이점이 있다.
도1은 실린더 헤드의 평면 단면도이다.
도2는 도1의 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 본 실린더 헤드의 단면도이다.
도3은 도1의 Ⅲ-Ⅲ 선을 따라 본 실린더 헤드의 단면도이다.
도4는 코어와 냉각수 통로의 윤곽 형상을 도시하는 도면이다.
[부호의 설명]
1 : 실린더 헤드
4 : 흡기 포트
5, 6, 7, 8 : 배기 포트
9 : 집합 배기 포트
13 : 냉각수 통로
14 : 코어
19 : 냉각수 유입구
20 : 주 냉각수 유출구
21 : 부 냉각수 유출구
22 : 냉각수 출구
23 : 어댑터
도1 및 도2는 예를 들어 알루미늄 합금으로 일체로 주조된 실린더 헤드(1)를 도시한다. 또한, 도1에서 파선으로 도시된 원은 1번 실린더(#1), 2번 실린더(#2), 3번 실린더(#3) 및 4번 실린더(#4)의 위치를 도시하고, 따라서 도1에 도시되는 실린더 헤드(1)를 구비한 내연 기관은 직렬 4기통 내연 기관인 것을 알 수 있다. 도1에서, 2는 흡기 밸브에 의해서 개폐되는 밸브 포트를 나타내고, 3은 배기 밸브에 의해 개폐되는 밸브 포트를 나타낸다. 따라서, 각 실린더(#1, #2, #3, #4)에는 각각 한 쌍의 흡기 밸브와 한 쌍의 배기 밸브가 제공되는 것을 알 수 있다.
실린더 헤드(1)에는 실린더(#1, #2, #3, #4)에 대응하는 흡기 포트(4)가 형성되어 있다. 또한, 실린더 헤드(1)에는 1번 실린더(#1)를 위한 배기 포트(5), 2번 실린더(#2)를 위한 배기 포트(6), 3번 실린더(#3)를 위한 배기 포트(7) 및 4번 실린더(#4)를 위한 배기 포트(8)가 형성되어 있다. 도1로부터 알 수 있는 것과 같이, 배기 포트(5, 6, 7, 8)는 대응하는 한 쌍의 밸브 포트(3) 부근에서 분리되어 있지만, 밸브 포트(3)로부터 멀어지면 하나의 배기 포트가 된다.
도1로부터 알 수 있는 것과 같이, 중앙부에 위치설정된 한 쌍의 실린더의 배기 포트, 즉 2번 실린더(#2)의 배기 포트(6)와 3번 실린더(#3)의 배기 포트(7)는 실린더 헤드(1) 내에서 서로 집합되어 하나의 집합 배기 포트(9)를 형성한다. 이 집합 배기 포트(9)는 실린더 헤드(1)의 측벽면(10)까지 연장된다. 도1에서, 2번 실린더 (#2)와 3번 실린더(#3) 사이의 중앙을 실린더 축선 방향으로 연장하고 실린더(#1, #2, #3, #4)의 실린더 축선을 포함하는 평면과 직교하는 평면을 "대칭면 K-K"라 하면, 2번 실린더(#2)의 배기 포트(6)와 3번 실린더(#3)의 배기 포트(7)는 대칭면 K-K에 대하여 대칭으로 배치된다. 집합 배기 포트(9)는 대칭면 K-K를 따라 실린더 헤드(1)의 측벽면(10)까지 연장된다.
한편, 양단부에 위치설정된 한 쌍의 실린더의 배기 포트, 즉 1번 실린더(#1)의 배기 포트(5)와 4번 실린더(#4)의 배기 포트(8)도 또한 대칭면 K-K에 대하여 대칭으로 배치된다. 이 경우, 1번 실린더(#1)의 배기 포트(5)는 1번 실린더(#1)로부 터 집합 배기 포트(9)를 향해 연장된 후, 배기 포트(5)가 집합 배기 포트(9)의 측방에서 얇은 벽(11)에 의해서 집합 배기 포트(9)와 분리된 상태에서 집합 배기 포트(9)를 따라 실린더 헤드(1)의 측벽면(10)까지 연장되고, 4번 실린더(#4)의 배기 포트(8)는 4번 실린더(#4)로부터 집합 배기 포트(9)를 향해 연장된 후, 배기 포트(8)가 집합 배기 포트(9)의 측방에서 얇은 벽(12)에 의해 집합 배기 포트(9)와 분리된 상태에서 집합 배기 포트(9)를 따라 실린더 헤드(1)의 측벽면(10)까지 연장된다.
도2에 도시된 것과 같이, 실린더 헤드(1) 내에는 냉각수 통로(13)가 형성되어 있다. 도4의 (A)는 실린더 헤드(1)를 주조할 때 냉각수 통로(13)를 형성하기 위해 사용되는 코어(14)의 평면도를 도시하고, 도4의 (B)는 이 코어(14)를 사용하여 실린더 헤드(1) 내에 형성된 냉각수 통로(13)의 윤곽 형상을 도시한다.
도4의 (A)에 도시된 것과 같이, 코어(14)의 길이 방향의 양단부에는 실린더 헤드(1)를 주조할 때 코어(14)를 지지하기 위한 코어 지지 부분(15, 16)이 형성되어 있다. 즉, 도4의 (A)에서, 쇄선(a, b)은 상부 주형(top mold) 및 하부 주형(bottom mold)의 내측의 위치를 도시한다. 따라서, 도4의 (A)에서 코어 지지 부분(15, 16)의 해칭된 영역은 상부 주형과 하부 주형 사이에 끼움 지지된다.
한편, 코어(14)에서 코어 지지 부분(15, 16)을 통과하는 코어(14)의 길이 방향 축(J)으로부터 측방에는 배기 포트의 집합부(Z)(도1)를 냉각하기 위한 냉각수 통로 영역(17)이 연장된다. 코어 지지 부분(15)의 측방에는, 냉각수 통로 영역(17)으로부터 코어 지지 부분(15)과 대략 평행하게 연장하고 코어 지지 부분(15) 보다도 작은 단면적을 갖는 코어 부분(18)이 형성되어 있다. 이 코어 부분(18)도 또한 해칭된 영역에서 실린더 헤드(1)의 주조 시에 상부 주형과 하부 주형 사이에 끼움 지지된다.
도4의 (B)를 참조하면, 실린더 헤드(1)의 길이 방향의 일단부에는 실린더 헤드(1) 내로 이어지는 냉각수 유입구(19)가 제공된다. 실린더 블록 내의 냉각수가 이 냉각수 유입구(19)로부터 실린더 헤드(1) 내로 유동한다. 한편, 실린더 헤드(1)의 길이 방향의 타단부에는 코어 지지 부분(15)에 의해 형성된 주 냉각수 유출구(20)와, 코어 부분(18)에 의해 형성된 부 냉각수 유출구(21)가 제공된다.
도1, 도3 및 도4의 (B)에 도시된 것과 같이, 실린더 헤드(1)의 외벽면에 주 냉각수 유출구(20) 및 부 냉각수 유출구(21)와 연통되고 이들 유출구(20, 21)를 하나의 냉각수 출구(22)로 통합하는 어댑터(23)가 고정되어 있다. 이 어댑터(23)의 냉각수 출구(22)는 라디에이터에 연결되어 있다.
도4의 (B)의 화살표(X)로 도시된 것과 같이, 주 냉각수는 냉각수 유입구(19)로부터 실린더 헤드(1)의 중앙부를 통해서 주 냉각수 유출구(20)를 향해서 흐른다. 이 주 냉각수(X)에 의해, 실린더(#1 내지 #4)는 균등하게 냉각된다. 한편, 실린더 헤드(1) 내에는, 주 냉각수(X)로부터 분류해서 배기 포트의 집합부(Z)가 위치설정되는 냉각수 통로 영역(17)을 향하는 부 냉각수(Y) 흐름이 형성된다. 이 부 냉각수(Y) 흐름은 냉각수 통로 영역(17) 내에서 부 냉각수 유출구(21)를 향해 유동한다. 배기 포트의 집합부(Z)는 부 냉각수(Y)에 의해 냉각되고, 따라서 배기 포트의 집합부(Z)가 과열되는 것이 방지된다.
도4의 (B)에 도시된 것과 같이, 주 냉각수(X)는 실린더(#1 내지 #4) 위를 직선적으로 흐르므로, 낮은 유동 저항을 유지하면서 실린더(#1 내지 #4)가 균일하게 냉각된다. 한편, 이 주 냉각수(X) 흐름으로부터 부 냉각수(Y)가 조금씩 분류되므로, 부 냉각수(Y)에 의해 배기 포트의 집합부(Z) 전체가 균일하게 냉각된다.
본 발명에서, 실린더 헤드(1) 내에서의 냉각수 통로 구조를 간소화하기 위해서, 주 냉각수 유출구(20)와 부 냉각수 유출구(21)를 각각 별개로 독립적으로 형성한다. 이들의 유출구(20, 21)는 어댑터(23)를 사용해서 하나의 냉각수 출구(22)로 통합된다. 주 냉각수(X) 흐름의 양과, 주 냉각수(X) 흐름으로부터 분류된 부 냉각수(Y) 흐름의 양 사이의 비에는 최적값이 있다. 이 비는 주 냉각수 유출구(20) 내에 배치되고 도1 및 도4의 (B)에 도시된 교축 부재(24; restricted opening member)에 의해 조정된다. 또한, 이 교축 부재(24)는 실린더 헤드(1)에 탈거가능하게 부착된 어댑터(23)를 사용하여 부착되어야 한다.
실린더 헤드(1)의 냉각수 통로 내에 공기가 저장되면, 공기와 접촉하는 벽 부분이 냉각되지 않아서, 냉각 효율이 떨어질 것이다. 따라서, 실린더 헤드(1)의 냉각수 통로 내에 공기가 저장되는 것을 방지할 필요가 있다. 따라서, 주 냉각수 유출구(20)와 냉각수 출구(22) 사이에 부 냉각수 유출구(21)가 위치설정되는 본 발명에 따른 실시예에서는, 실린더 헤드(1) 내의 공기를 외부로 몰아내기 위해서 도3에 도시된 것과 같이, 부 냉각수 유출구(21)는 주 냉각수 유출구(20)보다도 높은 위치에 배치되고, 냉각수 출구(22)는 부 냉각수 유출구(21)보다도 높은 위치에 배치된다.

Claims (3)

  1. 실린더가 실린더 헤드의 길이 방향으로 직렬로 배치되고 적어도 한 쌍의 실린더의 배기 포트가 실린더 헤드 내에서 서로 집합되는 내연 기관의 실린더 헤드의 냉각수 통로 구조이며,
    실린더 헤드의 길이 방향의 일단부에는 실린더 헤드 내로 이어지는 냉각수 유입구가 제공되고, 실린더 헤드의 길이 방향의 타단부에는 실린더 헤드의 중앙부를 흐르는 주 냉각수 흐름의 유출구 및 상기 주 냉각수 흐름으로부터 분류되어 실린더 헤드의 측부에 위치된 배기 포트의 집합부 주위를 흐르는 부 냉각수 흐름의 유출구가 제공되고, 상기 주 냉각수 흐름의 유출구 및 상기 부 냉각수 흐름의 유출구와 연통되어 이들 유출구를 하나의 냉각수 출구로 통합하는 어댑터가 실린더 헤드의 타단부의 외벽면에 고정되는 실린더 헤드의 냉각수 통로 구조.
  2. 제1항에 있어서, 상기 부 냉각수 흐름의 유출구는 상기 주 냉각수 흐름의 유출구와 상기 냉각수 출구 사이에 위치설정되고, 상기 부 냉각수 흐름의 유출구는 상기 주 냉각수 흐름의 유출구보다도 높은 위치에 배치된 실린더 헤드의 냉각수 통로 구조.
  3. 제1항에 있어서, 상기 주 냉각수 흐름의 유출구 내에 교축 부재가 삽입되는 실린더 헤드의 냉각수 통로 구조.
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