KR102108929B1 - 실린더헤드의 워터재킷 - Google Patents

실린더헤드의 워터재킷 Download PDF

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Abstract

본 발명은 실린더헤드에 유입되는 냉각수를 배기포트홀 주변에 먼저 통과시켜 실린더헤드의 온도를 균일하게 냉각시키는 기술에 관한 것으로, 본 발명에서는 실린더헤드에 마련된 각 배기포트홀 주변에 하나의 냉각수유입구가 형성되어 냉각수가 집중적으로 유입되고, 상기 냉각수유입구를 통해 유입되는 냉각수가 상기 배기포트홀 주변에 우선적으로 유동되는 형상으로 냉각수유로가 형성된 워터재킷;을 포함하여 구성되는 실린더헤드의 워터재킷이 소개된다.

Description

실린더헤드의 워터재킷{WATER JACKET OF CYLINDER HEAD}
본 발명은 실린더헤드에 유입되는 냉각수를 배기포트 주변에 먼저 통과시켜 실린더헤드의 온도를 균일하게 냉각시키는 실린더헤드의 워터재킷에 관한 것이다.
엔진을 구동하면 혼합기의 연소에 의해 온도가 크게 상승하게 되므로, 이를 냉각시켜 엔진의 작동에 적합한 온도로 유지시키기 위해 실린더블록 및 실린더헤드에 냉각수가 흐를 수 있는 공간인 워터재킷을 형성한다.
즉, 워터재킷의 내부를 순환하면서 엔진의 열을 흡수한 냉각수가 라디에이터에 유입되어 열교환되고, 라디에이터에서 다시 워터재킷으로 유입되어 실린더블록과 실린더헤드를 냉각시킨 후, 라디에이터로 유입되는 경로로 순환하게 된다.
그런데, 실린더헤드의 워터재킷의 경우, 냉각수유입구가 여러 곳에 나누어져 형성되어 있다.
즉, 워터재킷에 유입되는 냉각수의 흐름 경로가 여러 곳에 분리되어 구성되므로, 특정 부분에 냉각수를 집중적으로 유도하기 어려운 것은 물론, 냉각수의 유속이 상대적으로 낮아지게 되어, 냉각수 온도가 빠르게 상승하게 된다.
따라서, 실린더헤드 배기포트의 금속면 온도가 국부적으로 높아지는 핫스팟 부분이 발생하게 되고, 이 부분에서 노킹이 다발하게 되면서 연소 불안정에 의해 연비가 저하되는 문제가 생기게 된다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-2014-0078437 A
본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 실린더헤드에 유입되는 냉각수를 배기포트 주변으로 먼저 통과시켜 실린더헤드의 온도를 균일하게 냉각시키는 실린더헤드의 워터재킷을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 실린더헤드에 마련된 각 배기포트홀 주변에 하나의 냉각수유입구가 형성되어 냉각수가 집중적으로 유입되고, 상기 냉각수유입구를 통해 유입되는 냉각수가 상기 배기포트홀 주변에 우선적으로 유동되는 형상으로 냉각수유로가 형성된 워터재킷;을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
서로 이웃하는 각 실린더의 배기포트홀 사이에 제1격벽이 형성되고; 서로 이웃하는 각 실린더의 흡기포트홀 사이에 제2격벽이 형성되며; 상기 제1격벽의 단부와 제2격벽의 단부 사이에 통로가 형성되어, 상기 통로를 통해 냉각수가 유동되도록 구성할 수 있다.
상기 냉각수유로는, 상기 냉각수유입구를 통해 유입되는 냉각수가 연소실과 이어진 배기포트홀의 단부 주변으로 유동되는 형상으로 형성된 제1유로;를 포함할 수 있다.
상기 제1유로는 냉각수유입구에서 분기되어 각 배기포트홀을 감싸는 형상으로 형성될 수 있다.
상기 제1유로의 단부에서 연소실 상부를 가로질러 형성된 제2유로;를 더 포함할 수 있다.
상기 제2유로는, 상기 실린더헤드에 형성된 스파크플러그홀을 감싸는 형상으로 형성될 수 있다.
상기 제2유로는, 연소실과 이어진 흡기포트홀의 단부 주변을 감싸는 형상으로 형성될 수 있다.
상기 제2유로에서 실린더헤드 내에 형성된 오일재킷 주변에 이어지도록 형성된 제3유로; 상기 제3유로와 이어지도록 형성되어 냉각수가 토출되는 냉각수토출구;를 더 포함할 수 있다.
상기 제3유로는 오일재킷 주변으로 분기되어 형성되고; 상기 냉각수토출구는 상기 분기된 제3유로가 합쳐지는 부분에 형성될 수 있다.
상기 냉각수유입구는 실린더헤드의 하부에서 냉각수가 유입되도록 형성되고; 상기 제1유로는 냉각수유입구에서 배기포트홀 방향을 향하여 냉각수가 흐르도록 실린더헤드의 하부에 형성되며; 상기 제2유로는 배기포트홀에서 흡기포트홀 방향을 향하여 냉각수가 흐르도록 실린더헤드의 하부에 형성되며; 상기 제3유로는 흡기포트홀에서 배기포트홀 방향을 향하여 냉각수가 흐르도록 실린더헤드의 상부에 형성되고; 상기 냉각수토출구는 실린더헤드의 상부에서 냉각수가 토출되도록 형성될 수 있다.
상기한 과제 해결수단을 통해 본 발명은, 실린더헤드의 워터재킷으로 유입되는 모든 냉각수가 배기포트 부분에 집중하여 가장 우선적으로 통과되므로, 배기포트 부분을 통과하는 냉각수의 유속이 상승하게 되고, 이에 이 부분의 금속면 온도를 낮추게 된다. 따라서, 실린더헤드 연소실의 금속면 온도를 균일하게 하여 국부적 온도상승에 따른 핫스팟이 제거되는바, 노킹 발생 위험을 감소시켜 연비를 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실린더헤드에 형성된 워터재킷을 측면에서 바라본 냉각수 흐름 경로를 예시하여 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 실린더헤드에 형성된 워터재킷을 아래에서 바라본 냉각수 흐름 경로를 예시하여 나탄낸 도면.
도 3은 본 발명의 실린더헤드에 형성된 워터재킷을 위에서 바라본 냉각수 흐름 경로를 예시하여 나타낸 도면.
본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실린더헤드의 워터재킷은, 냉각수 흐름 경로를 특정 부분에 집중적으로 유도할 수 있도록 구성된다.
도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명을 구체적으로 살펴보면, 실린더헤드(1) 내에 냉각수가 유동되는 워터재킷(3)이 형성되고, 이 워터재킷(3)에는 냉각수가 흐를 수 있는 냉각수유로가 형성된다.
구체적으로, 상기 워터재킷(3)은, 실린더헤드(1)에 마련된 각 배기포트홀(5) 주변에 하나의 냉각수유입구(3a)가 형성되어 냉각수가 집중적으로 유입되고, 상기 냉각수유입구(3a)를 통해 유입되는 냉각수가 상기 배기포트홀(5) 주변에 우선적으로 유동되는 형상으로 냉각수유로를 형성하게 된다.
즉, 실린더헤드(1)의 워터재킷(3)으로 유입되는 모든 차가운 냉각수가 상대적으로 온도가 높은 배기포트 주변의 한 지점에 집중되어 우선적으로 유입 및 유동됨으로써, 배기포트홀(5) 부분을 통과하는 냉각수의 유속이 상승하게 된다. 따라서, 배기포트 부분의 금속면 온도를 낮추게 되어, 내노킹성을 향상시키고 연비를 개선하게 된다.
아울러, 본 발명은 서로 이웃하는 각 실린더의 배기포트홀(5) 사이에 제1격벽(15)이 형성되고, 또한 서로 이웃하는 각 실린더의 흡기포트홀(7) 사이에 제2격벽(17)이 형성될 수 있다.
예컨대, 어느 하나의 실린더에 대응하는 배기포트홀(5)과, 이와 이웃하는 다른 실린더에 대응하는 배기포트홀(5) 사이에 제1격벽(15)이 형성되고, 어느 하나의 실린더에 대응하는 흡기포트홀(7)과, 이와 이웃하는 다른 실린더에 대응하는 흡기포트홀(7) 사이에 제2격벽(17)이 형성될 수 있다.
그리고, 상기 제1격벽(15)의 단부와 제2격벽(17)의 단부 사이에 냉각수유로와 이어지는 통로(19)가 형성됨으로써, 상기 통로(19)를 통해 냉각수가 유동될 수 있게 된다.
이때에, 상기 제1격벽(15) 및 제2격벽(17)은 실린더헤드(1)를 형성하는 금속 구조물이 워터재킷(3)을 향해 돌출 형성되어 구현할 수 있다.
즉, 실린더헤드(1)에 형성된 각 냉각수유입구(3a)를 통해 냉각수가 유입되면, 상기 격벽 및 통로(19)의 구조를 통해 각 실린더를 이루는 실린더헤드(1)의 워터재킷(3) 구간 내에서 대부분의 냉각수 유량이 유동되면서 일부 냉각수 유량만이 이웃하는 워터재킷(3) 구간 내로 유동된다.
따라서, 실린더헤드(1) 내의 각 워터재킷(3) 구간 별로 냉각수를 집중적으로 유도함으로써, 배기포트 부분의 온도가 국부적으로 높아지는 현상을 차단하고, 또한 실린더헤드(1)의 각 워터재킷(3) 구간에 유입된 냉각수가 통로(19)를 통해 이웃하는 워터재킷(3) 구간 내로 유동되어, 냉각수의 유동정체 현상을 방지하게 되는바, 실린더헤드(1)의 냉각성능을 향상시키게 된다.
이때에, 상기 제1격벽(15)의 단부가 전체적으로 냉각수토출구(3e)를 향하여 한 방향으로만 절곡된 형상으로 형성될 수 있다.
즉, 실린더헤드(1)의 워터재킷(3)에 유입된 냉각수가 냉각수토출구(3e)를 향해 유동되는 과정에서 절곡 형성된 제1격벽(15)의 단부 형상을 따라 가이드됨으로써, 냉각수의 유속 저항이 저감되고, 이에 냉각수의 유속 상승을 통해 배기포트부의 온도 상승을 효과적으로 방지하게 된다.
한편, 상기 냉각수유로는 제1유로(3b)를 포함하여 구성할 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면, 냉각수유입구(3a)를 통해 상기 실린더헤드(1) 내에 냉각수가 유입될 수 있다.
예컨대, 상기 냉각수유입구(3a)는 실린더헤드(1)의 하부에서 냉각수가 유입되도록 형성할 수 있다.
그리고, 상기 제1유로(3b)는 상기 냉각수유입구(3a)를 통해 유입된 냉각수가 연소실(11)과 이어진 배기포트홀(5)의 단부 주변으로 유입되도록 형성한 것으로, 일단이 냉각수유입구(3a)와 이어지게 된다.
예컨대, 상기 제1유로(3b)는 냉각수유입구(3a)에서 분기되어 각 배기포트홀(5)을 감싸는 형상으로 형성할 수 있고, 이에 냉각수가 상기 배기포트홀(5) 주변을 통과하면서 유동될 수 있다.
이때에, 상기 제1유로(3b)는 냉각수유입구(3a)에서 배기포트홀(5)을 향하여 냉각수가 흐르도록 실린더헤드(1)의 하부에 형성할 수 있다.
즉, 각 실린더가 이루는 실린더헤드(1) 별로 냉각수유입구(3a)를 통해 유입되는 모든 차가운 냉각수가 제1유로(3b)에 우선하여 집중적으로 유도됨으로써, 배기포트홀(5) 주변을 통과하는 냉각수의 유속이 상대적으로 증가하게 되고, 이에 배기포트부의 금속면 온도를 저감하여 국부적 온도상승에 따른 핫스팟이 제거되는바, 이에 노킹 발생 위험을 감소시켜 연비를 향상시키게 된다.
아울러, 본 발명의 냉각수유로는, 상기 제1유로(3b)의 단부에서 연소실(11) 상부를 가로질러 형성한 제2유로(3c)를 더 포함하여 구성할 수 있다.
예컨대, 상기 제2유로(3c)는 일단이 제1유로(3b)의 타단과 이어지도록 형성된 것으로, 상기 실린더헤드(1)에 형성된 스파크플러그홀(9)을 감싸는 형상으로 형성할 수 있고, 이에 냉각수가 상기 스파크플러그홀(9) 주변을 통과하면서 유동될 수 있다.
또한, 상기 제2유로(3c)는 연소실(11)과 이어진 흡기포트홀(7)의 단부 주변을 감싸는 형상으로 형성할 수 있고, 이에 냉각수가 흡기포트홀(7)의 주변을 통과하면서 유동될 수 있다.
이때에, 상기 제2유로(3c)는 배기포트홀(5)에서 흡기포트홀(7)을 향하여 냉각수가 흐르도록 실린더헤드(1)의 하부에 형성할 수 있다.
즉, 제1유로(3b)를 통과한 냉각수가 실린더헤드(1) 내에서 상대적으로 온도가 높은 연소실(11) 상부 지점을 통과하면서 이 부분을 냉각함으로써, 실린더헤드(1)에서의 국부적 온도상승에 따른 핫스팟이 제거되는바, 노킹 발생 위험을 감소시켜 연비를 향상시키게 된다.
아울러, 본 발명의 냉각수유로는, 상기 제2유로(3c)의 단부에서 실린더헤드(1) 내에 형성된 오일재킷(13) 주변에 이어지도록 형성한 제3유로(3d)를 더 포함하여 구성할 수 있다.
예컨대, 상기 제3유로(3d)의 일단이 제2유로(3c)의 타단과 이어지도록 형성할 수 있다.
특히, 상기 제3유로(3d)는 오일재킷(13) 주변으로 분기되어 형성할 수 있다. 여기서, 상기 제3유로(3d)는 흡기포트홀(7)에서 배기포트홀(5)을 향하여 냉각수가 흐르도록 실린더헤드(1)의 상부에 형성할 수 있다.
즉, 배기포트홀(5)의 주변 및 연소실(11) 주변을 통과하면서 열을 흡수한 냉각수가 오일재킷(13) 주변을 지나면서 오일과 열교환됨으로써, 오일웜업 시간을 단축하여 마찰 손실을 저감하게 되고, 이에 연비 향상을 도모하게 된다.
아울러, 본 발명의 냉각수유로는 상기 제3유로(3d)와 이어지도록 형성하여 냉각수가 토출되는 냉각수토출구(3e)를 더 포함하여 구성할 수 있다.
예컨대, 상기 제3유로(3d)의 타단이 냉각수토출구(3e)와 이어지도록 형성할 수 있는 것으로, 상기 냉각수토출구(3e)는 상기 분기된 제3유로(3d)가 합쳐지는 부분에 형성할 수 있다.
여기서, 상기 냉각수토출구(3e)는 실린더헤드(1)의 상부 일측에 위치하도록 형성할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 실린더헤드(1)의 워터재킷(3)으로 유입되는 차가운 모든 냉각수가 실린더헤드(1)에서 금속면 온도가 가장 높은 배기포트 부분에 집중하여 가장 우선적으로 통과되므로, 배기포트 부분을 통과하는 냉각수의 유속이 상승하게 되고, 이에 이 부분의 금속면 온도를 낮추게 된다. 따라서, 실린더헤드(1) 연소실(11)의 금속면 온도를 균일하게 하여 국부적 온도상승에 따른 핫스팟이 제거되는바, 노킹 발생 위험을 감소시켜 연비를 향상시키게 된다.
한편, 본 발명은 상기한 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
1 : 실린더헤드 3 : 워터재킷
3a : 냉각수유입구 3b : 제1유로
3c : 제2유로 3d : 제3유로
3e : 냉각수토출구 5 : 배기포트홀
7 : 흡기포트홀 9 : 스파크플러그홀
11 : 연소실 13 : 오일재킷
15 : 제1격벽 17 : 제2격벽
19 : 통로

Claims (11)

  1. 실린더헤드에 마련된 각 배기포트홀 주변에 하나의 냉각수유입구가 형성되어 냉각수가 집중적으로 유입되고, 상기 냉각수유입구를 통해 유입되는 냉각수가 상기 배기포트홀 주변에 우선적으로 유동되는 형상으로 냉각수유로가 형성된 워터재킷;을 포함하고,
    서로 이웃하는 각 실린더의 배기포트홀 사이에 제1격벽이 형성되고;
    서로 이웃하는 각 실린더의 흡기포트홀 사이에 제2격벽이 형성되며;
    상기 제1격벽의 단부와 제2격벽의 단부 사이에 통로가 형성되어, 상기 통로를 통해 냉각수가 유동되도록 구성하고,
    상기 제1격벽의 단부는 냉각수토출구 방향만을 향하여 절곡된 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 실린더헤드의 워터재킷.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 냉각수유로는,
    상기 냉각수유입구를 통해 유입되는 냉각수가 연소실과 이어진 배기포트홀의 단부 주변으로 유동되는 형상으로 형성된 제1유로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 실린더헤드의 워터재킷.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1유로는 냉각수유입구에서 분기되어 각 배기포트홀을 감싸는 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 실린더헤드의 워터재킷.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1유로의 단부에서 연소실 상부를 가로질러 형성된 제2유로;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실린더헤드의 워터재킷.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제2유로는,
    상기 실린더헤드에 형성된 스파크플러그홀을 감싸는 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 실린더헤드의 워터재킷.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 제2유로는,
    연소실과 이어진 흡기포트홀의 단부 주변을 감싸는 형상으로 형성된 것을 특징으로하는 실린더헤드의 워터재킷.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 제2유로에서 실린더헤드 내에 형성된 오일재킷 주변에 이어지도록 형성된 제3유로;
    상기 제3유로와 이어지도록 형성되어 냉각수가 토출되는 냉각수토출구;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실린더헤드의 워터재킷.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제3유로는 오일재킷 주변으로 분기되어 형성되고;
    상기 냉각수토출구는 상기 분기된 제3유로가 합쳐지는 부분에 형성된 것을 특징으로 하는 실린더헤드의 워터재킷.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 냉각수유입구는 실린더헤드의 하부에서 냉각수가 유입되도록 형성되고;
    상기 제1유로는 냉각수유입구에서 배기포트홀 방향을 향하여 냉각수가 흐르도록 실린더헤드의 하부에 형성되며;
    상기 제2유로는 배기포트홀에서 흡기포트홀 방향을 향하여 냉각수가 흐르도록 실린더헤드의 하부에 형성되며;
    상기 제3유로는 흡기포트홀에서 배기포트홀 방향을 향하여 냉각수가 흐르도록 실린더헤드의 상부에 형성되고;
    상기 냉각수토출구는 실린더헤드의 상부에서 냉각수가 토출되도록 형성된 것을 특징으로 하는 실린더헤드의 워터재킷.
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