KR19980048075A - 자동차용 엔진의 실린더 헤드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원기둥 형상의 흡기밸브와 배기밸브를 지닌 자동차용 엔진에서 흡기포트와 배기포트를 수직 대칭으로 인접하게 배치하여 구조를 단순화시킨 실린더 헤드에 관한 것으로, 이것은 제 1 내지 제 4흡기밸브(3134)의 회전에 따라 선택적으로 개방되어 흡기 다기관(80)을 통해 유입된 공기를 실린더(5154)내로 보내는 흡기포트(6164)가 제 1 내지 제 4배기밸브(4144)의 회전에 따라 선택적으로 개방되어 실린더(5154)내의 배기가스를 배기 다기관(90)으로 보내는 배기포트(7174)와 격벽(68)을 중심으로 수직 대칭으로 배치된 구조를 지닌다.

Description

자동차용 엔진의 실린더 헤드

본 발명은 자동차용 엔진의 실린더 헤드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 원기둥 형상의 흡기밸브와 배기밸브를 지닌 엔진에서 흡기포트와 배기포트를 수직 대칭으로 인접하게 배치하여 구조를 단순화시킨 자동차용 엔진의 실린더 헤드에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차용 엔진의 구성요소를 대별하여 보면, 엔진의 본체를 구성하는 부분으로 다수의 실린더가 일체로 제작되며, 각 실린더 사이에는 냉각수가 유동하는 워터 재킷과 냉각수 통로가 형성되어 있는 실린더 블록과, 이 실린더 블록의 상부에 배치되어 피스톤과 함께 연소실을 형성하는 부분으로, 각종 밸브 기구 및 스파크 플러그나 분사밸브 등이 설치되는 실린더헤드와, 크랭크축이 설치되는 크랭크 케이스로 이루어져 있다.

도 1은 종래의 자동차용 엔진의 일부를 단면하여 도시한 사시도로, 통상, 실린더 블록(2)에 일체로 형성된 실린더(1)내에는 커넥팅 로드(4)를 통해 전달되는 크랭크축의 회전력에 의해 실린더(1)의 벽면을 따라 상하 이동하는 피스톤(3)이 설치되어 있으며, 실린더 헤드(5)와 피스톤(3)의 헤드부에 의해 제공되는 연소실에는 흡기다기관(7)을 거쳐 흡기포트(6)로 유입된 공기가 흡입된다.

이와 같이 흡입된 공기는 분사밸브를 통해 연료가 공급되어 혼합기를 형성하게 되며, 피스톤(3)에 의해 혼합기가 압축되면, 스파크 플러그(16)에 의해 점화되어 이때, 발생되는 폭발력으로 크랭크 축을 회전시켜 동력을 얻는다.

또한, 종래의 실린더 헤드(5)에는 흡입행정 중에 흡기포트(6)를 개방하기 위한 흡기밸브(8) 및 연소 후에, 배기가스를 위한 배기 밸브(15)가 스프링(9), (13)에 의해 가압된 상태로 설치되어 있으며, 이들 밸브(8), (15)를 구동하기 위한 로커 아암(10), (14)과 푸시로드(12) 및 밸브 리프터(18)가 차례로 연결되어 있어, 캠축(19)에 의해 흡기밸브(8)와 배기밸브(15)를 구동하는 구조를 지닌다.

도 2의 (a)와 (b)는 각각, 종래의 자동차용 엔진의 구성을 보인 측면 단면도와 평면도이다. 이들 도면에 도시한 바와 같이, 실린더(1)의 상부에는 흡기밸브(8)의 개방시에 외기를 도입하기 위한 흡기포트(6)와, 배기밸브(15)의 개방시에 배기가스를 외부로 배출하기 위한 배기포트(6a)가 일정간격으로 이격된 상태로 배치되어 있다. 또한, 흡기포트(6)에는 신선한 외기를 흡입하는 흡기 다기관(7)이 연결되어 있으며, 배기포트(6a)에는 배기가스를 배기 파이프를 통해 외부로 배출하기 위한 배기 다기관(7a)이 연결된다.

이러한 구성을 지닌 종래의 자동차용 엔진의 실린더 헤드는 흡기밸브와 배기밸브를 작동하여 흡기포트와 배기포트를 선택적으로 개방하기 위한 밸브 구동장치가 복잡하게 설치되어 있으며, 신선한 공기가 흡입되는 흡기포트 및 연소된 배기가스가 배출되는 배기포트가 실린더 헤드에 걸쳐서 횡방향으로 배치되어 있기 때문에, 구조가 복잡하다. 또한, 엔진의 출력을 높이기 위해 최근에는 흡기밸브와 배기밸브 수를 여러개 설치하는 엔진(가령, DOHC엔진)이 증가하는 추세이므로, 워터재킷의 공간이 점점 줄어들어 냉각효과가 저하되는 문제가 있다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명은 원통체를 일부 절결하여 개방면으로 형성한 원기둥형 흡기밸브와 배기밸브를 채용하여 구조를 단순화시킨 자동차용 엔진의 흡기포트와 배기포트를 수직으로 인접하게 배치함으로써, 구조를 단순화시키고 워터 재킷의 공간을 충분히 확보할 수 있는 자동차용 엔진의 실린더 헤드를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 자동차용 엔진의 일부를 단면하여 도시한 사시도

도 2의 (a)와 (b)는 각각, 종래의 자동차용 엔진의 구성을 보인 측면 단면도와 평면도

도 3은 본 발명에 따른 자동차용 엔진의 전체적인 구성을 보인 사시도

도 4는 본 발명에 따른 실린더 헤드의 구성을 보인 평면도

도 5는 본 발명에 따른 실린더 헤드의 구성을 보인 단면도

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

20: 크랭크축22: 커넥팅 로드

24: 피스톤26: 타이밍 기어

28: 타이밍 벨트30: 흡기밸브축 풀리

3134: 제 14:흡기밸브36: 흡기밸브축

38, 48: 베어링40: 배기밸브축 풀리

4144: 제 14:배기밸브46: 배기밸브축

5154: 제 14실린더56: 워터 재킷

58: 실린더 헤드 가스켓6164: 제 14 흡기포트

66: 매니폴드 가스켓68: 격벽

7174: 제 14배기포트80: 흡기 다기관

90: 배기 다기관

상술한 본 발명의 목적은 타이밍 벨트를 통해 전달되는 타이밍 기어의 회전력에 의해 구동되는 흡기밸브축 풀리 및 배기밸브축 풀리와, 일단에는 흡기밸브축 풀리 및 배기밸브 축 풀리가 장착되며, 중앙에는 원기둥 형상의 제 1 내지 제 4흡기밸브와 제 1 내지 제 4배기밸브가 각각 일체로 형성된 흡기밸브축 및 배기밸브축을 포함하는 자동차용 엔진의 실린더 헤드에 있어서, 제 1 내지 제 4흡기밸브의 회전에 따라 선택적으로 개방되어 흡기 다기관을 통해 유입된 공기를 실린더 내로 보내는 흡기포트는 제 1 내지 제 4배기밸브의 회전에 따라 선택적으로 개방되어 실린더 내의 배기가스를 배기 다기관으로 보내는 배기포트와 격벽을 중심으로 수직 대칭으로 배치되는 것을 특징으로 하는 자동차용 엔진의 실린더 헤드에 의해서 달성된다.

본 발명에 의하면, 흡기포트와 배기포트를 수직으로 인접하게 배치하였기 때문에, 구조가 간단하며, 워터 재킷의 공간을 충분히 확보할 수 있으므로, 냉각성능을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

이하, 첨부한 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자동차용 엔진의 실린더 헤드에 대하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 자동차용 엔진의 전체적인 구성을 보인 사시도이며, 도 4는 본 발명에 따른 실린더 헤드의 구성을 보인 평면도이고, 도 5는 그에 대한 구성을 보인 단면도이다.

먼저, 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명에서 채용한 엔진의 전체적인 구성을 보면, 커넥팅 로드(22)에 의해 다수의 피스톤(24)이 회전 가능하게 장착되는 크랭크축(20)과, 크랭크축(20)의 일단에 끼워진 타이밍 기어(26)와, 타이밍 벨트(28)를 통해 전달되는 타이밍 기어(26)의 회전력에 의해 구동되는 흡기밸브축 풀리(30) 및 배기밸브축 풀리(40)와, 일단에는 흡기밸브축 풀리(30)가 장착되며, 중앙에는 원기둥 형상의 제 1 내지 제 4흡기밸브(3134)가 일체로 형성된 흡기밸브축(36)과, 일단에는 배기밸브축(46)이 장착되며, 중앙에는 원기둥 형상의 제 1 내지 제 4배기밸브(4144)가 일체로 형성된 배기밸브축(46)으로 이루어져 있다.

여기에서, 타이밍 벨트(28)는 텐셔너(76)에 의해 가압되어 있다. 또한, 흡기밸브축(36)과 배기밸브축(46)을 회전시키는 흡기밸브축 풀리(30)와 배기밸브축 풀리(40)의 직경은 타이밍 기어(26)의 직경에 비해 크게 형성함으로써, 충분한 감속비를 얻어 밸브개폐 순서에 따라 제 1 내지 제 4흡기밸브(3134) 및 제 1 내지 제 4배기밸브(4144)를 선택적으로 개방시키도록 하였다.

다음, 도 4는 본 발명에 따른 실린더 헤드의 구성을 보인 평면도이다.

도시한 바와 같이, 본 발명의 흡기밸브축(36)과 배기밸브축(46)의 일단에는 타이밍 벨트(28)에 의해 전달되는 회전력에 의해 작동되는 흡기밸브축 풀리(30)와 배기밸브축 풀리(40)가 장착되어 있으며, 중앙에는 원기둥 형상의 제 1 내지 제 4흡기밸브(3134) 및 제 1 내지 제 4배기밸브(4144)가 일체로 형성되어 있으며, 이들 밸브(3134), (4144)사이에는 베어링(38), (48)이 끼워져 있다.

여기에서, 실린더 헤드(50)의 하부에 배치되는 실린더 블록에는 제 1실린더 내지 제 4실린더(5154)가 차례로 형성되어 있으며, 이들 실린더(5154)의 상부에는 각기, 본 발명의 제 1흡기포트 내지 제 4흡기포트(6164) 및 제 1배기포트 내지 제 4배기포트(7174)가 차례로 배치되어 있다. 또한, 이들 흡기포트(6164)와 배기포트(7174)는 원기둥 형상의 흡기밸브(3134) 및 배기밸브(4144)에 의해 선택적으로 개방되어 흡기를 흡입하거나 연소 후의 배기가스를 배출하게 된다.

이해를 돕기 위해, 4행정 기관의 폭발순서(1→3→4→2→1)에 따라 밸브의 개방상태를 살펴보기로 한다. 가령, 제 4실린더(54)가 흡입행정인 경우를 예로들면, 이때에는 제 4흡기밸브(34)만이 개방된 상태에서 나머지 흡기밸브(3133)는 모두 닫힌 상태를 유지하게 되며, 외부의 공기는 제 4흡기포트(34)를 통해 제 4실린더(54)로 공급된다.

이때, 제 1실린더(51)와 제 3실린더(53)의 경우에는 각각, 폭발 및 압축 상태이므로, 이들 실린더(51, 53)의 상부에 배치된 흡기밸브(31, 33)와 배기밸브(41, 43)는 모두 닫혀있다. 또한, 제 2실린더(52)는 배기상태이므로, 제 2배기밸브(42)가 개방됨으로써, 연소된 가스는 제 2배기포트(72)를 통해 배기 다기관을 거쳐 외부로 배출되는데, 이를 다음의 도 4에 보다 상세히 도시하였다.

도 5는 제 1실린더(51)상에 배치된 제 1흡기포트(61)와 제 1배기포트(71)를 도시한 단면도이다.

도 5를 보면, 실린더 블록을 구성하는 제 1실린더(51)내에는 커넥팅 로드(22)에 의해 피스톤(24)이 벽면을 타고 미끄럼 이동할 수 있도록 장착되어 있으며, 실린더 블록과 상부의 실린더 헤드(50)사이에는 헤드 가스켓(58)이 끼워져 있다.

또한, 실린더 헤드(50)에는 냉각수가 흐르는 통로인 다수의 워터 재킷(56)이 형성되어 있으며, 중앙에는 격벽(68)이 형성되어 있다. 이 격벽(68)을 중심으로 좌, 우측에는 각각 흡기포트(61)와 배기포트(71)가 수직 대칭으로 형성되어 있으며, 이들 흡기포트(61)와 배기포트(71)를 선택적으로 개방하는 제 1흡기밸브(31)와 제 1배기밸브(41)가 각각, 제 1흡기밸브축(36) 및 제 2흡기밸브축(36)상에 일체로 형성되어 있다.

여기에서, 흡기밸브(31)의 작동에 의해 흡기포트(61)가 반정도 개방된 상태로 도시하였으며, 배기밸브(41)에 의해 배기포트(71)는 닫혀있는 상태로 도시하였다.

격벽(68)을 중심으로 인접하게 수직으로 배치된 제 1흡기포트(61)와 제 1배기포트(71)는 각각 흡기 다기관(80) 및 배기 다기관(90)과 연결되어 있다. 또한, 흡입공기 및 배기가스의 누출을 막기 위해 제 1흡기포트(61)와 제 1배기포트(71)가 형성된 실린더 헤드(50)및 흡기 다기관(80)과 배기 다기관(90)사이에는 매니폴드 가스켓(66)을 삽입하였다.

이와 같이, 본 발명의 실린더 헤드(50)에서는 흡기포트(61)와 배기포트(71)를 서로 격벽(68)을 중심으로 수직으로 배치하였기 때문에, 워터 재킷(56)을 배치할 수 있는 공간을 충분히 확보할 수 있다.

이상으로 설명한 본 발명에 따른 자동차용 엔진의 실린더 헤드는 흡기포트와 배기포트를 수직으로 인접하게 배치함으로써, 구조가 간단하며, 워터 재킷의 공간을 충분히 확보할 수 있으므로, 냉각성능을 향상시킬 수 있는 효과를 갖는다.

Claims (1)

1. 타이밍 벨트(28)를 통해 전달되는 타이밍 기어(26)의 회전력에 의해 구동되는 흡기밸브축 풀리(30) 및 배기밸브축 풀리(40)와, 일단에는 상기 흡기밸브축 풀리(30) 및 배기밸브축 풀리(40)가 장착되며, 중앙에는 원기둥 형상의 제 1 내지 제 4흡기밸브(3134)와 제 1 내지 제 4배기밸브(4144)가 각각 일체로 형성된 흡기밸브축(36) 및 배기밸브축(46)을 포함하는 자동차용 엔진의 실린더 헤드에 있어서,

   상기 제 1 내지 제 4흡기밸브(3134)의 회전에 따라 선택적으로 개방되어 흡기 다기관(80)을 통해 유입된 공기를 실린더(5154)내로 보내는 흡기포트(6164)는 상기 제 1 내지 제 4배기밸브(4144)의 회전에 따라 선택적으로 개방되어 상기 실린더(5154)내의 배기가스를 배기 다기관(90)으로 보내는 배기포트(7174)와 격벽(68)을 중심으로 수직 대칭으로 배치되는 것을 특징으로 하는 자동차용 엔진의 실린더 헤드.