KR101755505B1

KR101755505B1 - 실린더 헤드용 워터자켓

Info

Publication number: KR101755505B1
Application number: KR1020160031085A
Authority: KR
Inventors: 양영배
Original assignee: 현대자동차 주식회사; 기아자동차 주식회사
Priority date: 2016-03-15
Filing date: 2016-03-15
Publication date: 2017-07-07
Also published as: US20170268455A1; CN107191285A

Abstract

실린더 헤드용 워터자켓이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 실린더 헤드용 워터자켓은 배기가스가 배출되는 배기출구가 형성된 돌출부를 포함하는 실린더 헤드의 내부에 구비되는 실린더 헤드용 워터자켓에 있어서, 상기 돌출부의 내부에서 상기 배기출구와 연결되는 배기통로의 상부에 냉각수가 이동되도록 형성되는 상부 워터자켓; 상기 돌출부의 내부에서 상기 배기출구와 연결되는 배기통로의 하부에 냉각수가 이동되도록 형성되는 하부 워터자켓; 및 상기 돌출부의 내부에서 냉각수를 상기 배기출구 측으로 유동시키도록 상기 상부 워터자켓과 상기 하부 워터자켓을 상호 연결하여 형성되는 적어도 하나 이상의 연결부를 포함한다.

Description

실린더 헤드용 워터자켓{WATER JACKET FOR CYLINDER HEAD}

본 발명은 실린더 헤드용 워터자켓에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배기출구가 일체로 형성되는 실린더 헤드에서 배기출구 내부로 냉각수의 유동흐름을 증대시키도록 하는 실린더 헤드용 워터자켓에 관한 것이다.

일반적으로 엔진의 연소실에서 발생한 열의 일부는 실린더 헤드와 실린더 블록, 흡배기 밸브 및 피스톤 등에 흡수된다.

이들 구성 부품은 그 온도가 과도하게 상승되면, 열변형이 일어나거나 실린더 내벽의 유막이 파괴되어 윤활 불량현상이 일어나게 되고, 이로 인한 열적 장애가 발생하게 된다.

상기한 엔진의 열적 장애는 연소불량, 노킹 등의 이상연소를 발생시켜 피스톤이 용손되는 등의 중대한 손상을 줄 수 있다. 또한, 열효율 및 출력이 저하되는 문제점이 있다. 반대로, 엔진의 과도한 냉각은 출력과 연비의 악화 및 실린더의 저온 마모 등 문제점이 있어 냉각수 온도를 적정하게 제어할 필요가 있다.

이러한 측면에서, 종래 기술에 따른 엔진에는 실린더 블록과 실린더 헤드의 내부에 워터자켓이 형성되고, 이 워터자켓을 순환하는 냉각수가 연소실에 대응하는 스파크 플러그(Spark plug) 주변이나 배기포트, 및 밸브시트 주위 등의 금속면을 냉각시키게 된다.

한편, 최근에는 일측에 배기출구가 일체로 돌출 형성되어 연소실의 각 배기구와 배기통로를 통해 연결되는 실린더 헤드가 차량에 적용되고 있으며, 각 배기출구를 통해 배출되는 배기가스의 온도를 낮추기 위해 돌출 형성되는 부분에 워터자켓이 형성된다.

그러나, 상기와 같은 종래의 워터자켓은 유입된 냉각수가 배기통로를 냉각시키기 위해 유입됨에 따라, 냉각수의 흐름이 돌출된 부분에 집중되어 냉각수의 유속이 저하되는 문제점이 있다.

또한, 냉각수의 유속이 저하됨으로써, 실린더 헤드의 각 연소실의 냉각효율이 저하되어 실린더 헤드의 전체적인 온도가 높아지고, 이로 인해, 엔진의 전체적인 내구성도 저하되는 문제점도 내포하고 있다.

이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래 기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 배기출구가 형성된 돌출부가 일체로 구비되는 실린더 헤드에서 상대적으로 온도가 높은 돌출부의 내부에 냉각수의 유동흐름을 증대시킴으로써, 배기가스가 배출되는 돌출부의 온도를 낮춰 냉각효율을 향상시키고, 실린더 헤드의 전체적인 내구성을 향상시키도록 하는 실린더 헤드용 워터자켓을 제공하고자 한다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 실린더 헤드용 워터자켓은 배기가스가 배출되는 배기출구가 형성된 돌출부를 포함하는 실린더 헤드의 내부에 구비되는 실린더 헤드용 워터자켓에 있어서, 상기 돌출부의 내부에서 상기 배기출구와 연결되는 배기통로의 상부에 냉각수가 이동되도록 형성되는 상부 워터자켓; 상기 돌출부의 내부에서 상기 배기출구와 연결되는 배기통로의 하부에 냉각수가 이동되도록 형성되는 하부 워터자켓; 및 상기 돌출부의 내부에서 냉각수를 상기 배기출구 측으로 유동시키도록 상기 상부 워터자켓과 상기 하부 워터자켓을 상호 연결하여 형성되는 적어도 하나 이상의 연결부를 포함하되, 상기 연결부는 상기 돌출부의 내부에서 상기 배기출구의 폭 방향을 기준으로 양측에 각각 형성되며, 상기 상부 워터자켓과 상기 하부 워터자켓을 연결하는 제1 연결부; 및 각각의 상기 제1 연결부 내측을 연결하는 제2 연결부를 포함할 수 있다.

삭제

상기 제1 연결부는 상기 상부 워터자켓과 상기 하부 워터자켓에 수직방향으로 배치될 수 있다.

상기 제2 연결부는 상기 제1 연결부의 상하방향으로 내측 중앙을 연결하여 형성될 수 있다.

상기 제1 연결부와 상기 제2 연결부는 “H”자 형상으로 형성될 수 있다.

상기 배기출구는 상기 돌출부의 측면 중앙에서 상하방향으로 일정간격을 두고, 상부에 배치되는 제1 배기출구와 하부에 배치되는 제2 배기출구를 포함할 수 있다.

상기 제2 연결부는 상기 제1 배기출구와 상기 제2 배기출구의 사이에서 상기 돌출부의 내부에 형성될 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 실린더 헤드용 워터자켓에 의하면, 배기출구가 형성된 돌출부가 일체로 구비되는 실린더 헤드에서 상대적으로 온도가 높은 돌출부의 내부에 냉각수의 유동흐름을 증대시킴으로써, 배기가스가 배출되는 돌출부의 온도를 낮춰 실린더 헤드의 전체적인 냉각효율을 향상시키는 효과가 있다.

또한, 돌출부의 과열방지를 통해 냉각효율을 향상시킴으로써, 실린더 헤드의 크랙 및 파손 발생을 방지하고, 실린더 헤드의 내구성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 실린더 헤드용 워터자켓이 적용되는 실린더 헤드의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 실린더 헤드용 워터자켓의 형상을 코어의 형상으로 표현한 워터자켓 코어의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 실린더 헤드용 워터자켓에서 냉각수의 유동흐름을 도시한 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

이에 앞서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.

그리고 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

또한, 명세서에 기재된 “...유닛”, “...수단”, “...부”, “...부재” 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 하는 포괄적인 구성의 단위를 의미한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 실린더 헤드용 워터자켓이 적용되는 실린더 헤드의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 실린더 헤드용 워터자켓의 형상을 코어의 형상으로 표현한 워터자켓 코어의 사시도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 실린더 헤드용 워터자켓(200)이 내부에 구비되는 실린더 헤드(100)는 배기가스가 배출되는 배기출구(120)가 형성된 돌출부(110)를 포함한다.

여기서, 상기 배기출구(120)는 상기 돌출부(110)의 측면 중앙에서 상기 실린더 헤드(100)의 상하방향으로 일정간격을 두고, 상부에 배치되는 제1 배기출구(122)와 하부에 배치되는 제2 배기출구(124)를 포함할 수 있다.

상기와 같이 형성된 각 배기출구(120)는 실린더의 연소실과 연결되어 각 연소실에서 배출되는 배기가스를 배기라인으로 배출시킨다.

이와 같이 구성되는 실린더 헤드(100)의 내부에 구비되는 상기 워터자켓(200)은, 도 2에서 도시한 바와 같이, 상부 워터자켓(210), 하부 워터자켓(220), 및 연결부(230)를 포함한다.

먼저, 상기 상부 워터자켓(210)은 상기 돌출부(110)의 내부에서 상기 배기출구(120) 중, 상기 제1 배기출구(122)와 연결되는 배기통로의 상부에 냉각수가 이동하도록 형성된다.

상기 하부 워터자켓(220)은 상기 돌출부(110)의 내부에서 상기 배기출구(120) 중, 상기 제2 배기출구(124)와 연결되는 배기통로의 하부에 냉각수가 이동되도록 형성된다.

여기서, 상기 상부 워터자켓(210)과 상기 하부 워터자켓(220)은 상기 실린더 헤드(100)의 내부에 형성되는 메인 워터자켓(240)으로부터 상기 돌출부(110)의 상부와 하부를 향하여 각각 일체로 돌출 형성된다.

즉, 상기 상부 워터자켓(210)은 상기 돌출부(110)의 내부에서 상부에 형성되며, 상기 하부 워터자켓(220)은 상기 돌출부(110)의 내부에서 하부에 형성된다.

한편, 상기 메인 워터자켓(240)은 길이방향을 따라 형성되는 밸브홀(242)이 4개가 구비되며, 상기 각 밸브홀(242)은 각 연소실에 대응하는 위치에 각각 형성된다.

본 실시예에서, 상기 각 밸브홀(242)은 4개의 연소실을 갖는 4기통 엔진에서 각 연소실에 대응하는 위치에 4개가 형성되는 것을 일 실시예로 하여 설명하고 있으나, 이에 한정된 것은 아니며, 상기 밸브홀(242)의 위치 및 개수는 엔진의 기통 및 연소실의 위치에 따라 변경하여 적용이 가능하다.

그리고 상기 연결부(230)는 상기 돌출부(110)의 내부에서 냉각수를 상기 배기출구(120) 측으로 유동시키도록 상기 상부 워터자켓(210)과 상기 하부 워터자켓(220)을 상호 연결하여 형성된다.

여기서, 상기 연결부(230)는 제1 연결부(232)와 제2 연결부(234)를 포함할 수 있다.

먼저, 상기 제1 연결부(232)는 상기 돌출부(110)의 내부에서 상기 배기출구(120)의 폭 방향을 기준으로 양측에 각각 형성된다. 이러한 제1 연결부(232)는 상기 상부 워터자켓(210)과 상기 하부 워터자켓(220)을 상호 연결할 수 있다.

여기서, 상기 제1 연결부(232)는 상기 상부 워터자켓(210)과 상기 하부 워터자켓(220)에 수직방향으로 배치될 수 있다.

그리고 상기 제2 연결부(234)는 각각의 상기 제1 연결부(232) 내측을 연결한다.

이러한 제2 연결부(234)는 상기 제1 연결부(232)의 상하방향으로 내측 중앙을 연결하여 형성될 수 있다.

이와 같이 구성되는 상기 제1 연결부(232)와 상기 제2 연결부(234)는 전체적인 형상이“H”자 형상으로 형성될 수 있다.

즉, 상기 제2 연결부(234)는 상기 제1 배기출구(122)와 상기 제2 배기출구(124)의 사이에서 상기 돌출부(110)의 내부에 형성된다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 실린더 헤드용 워터자켓에서 냉각수의 유동흐름을 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 상기 메인 워터자켓(240)으로 유입된 냉각수는 상기 상부 워터자켓(210)과 상기 하부 워터자켓(220)으로 각각 유동된다.

여기서, 냉각수는 상기 제1 연결부(232)와 제2 연결부(234)를 통하여 상부 워터자켓(210)과 하부 워터자켓(220)으로부터 돌출부(110)의 내부를 유동하게 된다.

그러면, 돌출부(110)의 내부를 통과하는 냉각수는 상기 상부 및 하부 워터자켓(210, 220)과 연결부(230)를 통하여 유동흐름이 증대될 수 있다.

이에 따라, 연결부(230)를 통과하는 냉각수는 배기가스가 배출로 인해 상대적으로 온도가 높은 상기 제1, 및 제2 배기출구(122, 124)가 형성된 상기 돌출부(110)를 원활하게 냉각할 수 있다. 즉, 상기 연결부(230)로 유동되는 냉각수는 배기출구(120)가 위치되는 상기 돌출부(110)의 온도가 과도하게 상승되는 것을 방지할 수 있다.

따라서, 상기한 바와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 실린더 헤드용 워터자켓(200)을 적용하면, 배기출구(120)가 형성된 돌출부(110)가 일체로 구비되는 실린더 헤드(100)에서 상대적으로 온도가 높은 돌출부(110)의 내부에 냉각수의 유동흐름을 증대시킴으로써, 배기가스가 배출되는 돌출부(110)의 온도를 낮춰 실린더 헤드(110)의 전체적인 냉각효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 돌출부(110)의 과열방지를 통해 냉각효율을 향상시킴으로써, 실린더 헤드(100)의 크랙 및 파손 발생을 방지하고, 실린더 헤드(110)의 내구성을 향상시킬 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

100 : 실린더 헤드 110 : 돌출부
120 : 배기출구 122 : 제1 배기출구
124 : 제2 배기출구 200 : 워터자켓
210 : 상부 워터자켓 220 : 하부 워터자켓
230 : 연결부 232 : 제1 연결부
234 : 제2 연결부 240 : 메인 워터자켓
242 : 밸브홀

Claims

배기가스가 배출되는 배기출구가 형성된 돌출부를 포함하는 실린더 헤드의 내부에 구비되는 실린더 헤드용 워터자켓에 있어서,
상기 돌출부의 내부에서 상기 배기출구와 연결되는 배기통로의 상부에 냉각수가 이동되도록 형성되는 상부 워터자켓;
상기 돌출부의 내부에서 상기 배기출구와 연결되는 배기통로의 하부에 냉각수가 이동되도록 형성되는 하부 워터자켓; 및
상기 돌출부의 내부에서 냉각수를 상기 배기출구 측으로 유동시키도록 상기 상부 워터자켓과 상기 하부 워터자켓을 상호 연결하여 형성되는 적어도 하나 이상의 연결부;를 포함하되,
상기 연결부는
상기 돌출부의 내부에서 상기 배기출구의 폭 방향을 기준으로 양측에 각각 형성되며, 상기 상부 워터자켓과 상기 하부 워터자켓을 연결하는 제1 연결부; 및
각각의 상기 제1 연결부 내측을 연결하는 제2 연결부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 실린더 헤드용 워터자켓.
삭제
제1항에 있어서,
상기 제1 연결부는
상기 상부 워터자켓과 상기 하부 워터자켓에 수직방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 실린더 헤드용 워터자켓.
제1항에 있어서,
상기 제2 연결부는
상기 제1 연결부의 상하방향으로 내측 중앙을 연결하여 형성되는 것을 특징으로 하는 실린더 헤드용 워터자켓.
제1항에 있어서,
상기 제1 연결부와 상기 제2 연결부는 “H”자 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 실린더 헤드용 워터자켓.
제1항에 있어서,
상기 배기출구는
상기 돌출부의 측면 중앙에서 상하방향으로 일정간격을 두고, 상부에 배치되는 제1 배기출구와 하부에 배치되는 제2 배기출구를 포함하는 것을 특징으로 하는 실린더 헤드용 워터자켓.
제6항에 있어서,
상기 제2 연결부는
상기 제1 배기출구와 상기 제2 배기출구의 사이에서 상기 돌출부의 내부에 형성되는 것을 특징으로 하는 실린더 헤드용 워터자켓.