KR20000071711A - 내연기관용 실린더 헤드 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 내연기관용 실린더헤드(1)에 관한 것으로서, 상기 실린더헤드(1)는 하우징(2) 내에 배열된 적어도 한 개의 실린더헤드 바닥(3)을 구비하고, 상기 실린더헤드 바닥에 적어도 한 개의 가스교환로(14, 15)용 개구부가 제공되며, 이때 실린더헤드 바닥(3) 및 하우징(2)은 상이한 소재로 구성된다. 실린더헤드 바닥(3) 및 하우징(2) 간의 결합이 비의도적으로 풀어지는 것을 막기 위해서, 실리더헤드 바닥(3)은 적어도 한 개의 포지티브 로킹 구역(positive locking zone; 6, 6a, 6b, 6c)을 구비하며, 하우징(2) 내로 주조된다.

Description

내연기관용 실린더 헤드{CYLINDER HEAD FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 내연기관용 실린더헤드에 관한 것으로서, 상기 실린더헤드는 하우징 내에 배열된 적어도 한 개의 실린더헤드 바닥을 구비하고, 상기 실린더헤드 바닥에 적어도 한 개의 가스교환로용 개구부가 제공되며, 이때 실린더헤드 바닥 및 하우징은 상이한 소재로 구성된다.
유럽특허 EP 0 120 223 A2에서 개시된 실린더헤드는 실린더헤드 하우징 내로 압축되며 원형 플레이트로 형성된 실린더헤드 바닥을 포함한다. 소결(sintering)에 의해 형성된 플레이트는 단열성 구조재로서 작용한다. 대체로 멀라이트(mullite)로 구성된 플레이트 내에 강 밸브 시트(steel valve seat)가 수용된다.
계속해서 미국특허 US 4 774 912에는 두 부분으로 이루어진 실린더헤드를 포함하는 내연기관용 복합 실린더헤드(composite cylinder head)가 개시되어 있다. 이때 상기 복합 실린더헤드는 실린더헤드 하우징과 결합된 실린더헤드 바닥을 포함한다. 상기 실린더헤드 바닥은 실린더헤드 하우징 보다 고강도의 소재로 구성된다.
분리된 실린더헤드 바닥을 구비하는 상기 개시된 실린더 헤드의 문제점은 상기 실린더헤드 바닥 및 실린더헤드 하우징 간의 결합이 때때로 풀어진다는데 있다.
본 발명의 목적은 상기 문제점을 피하고, 앞서 기술된 방식의 실린더헤드 바닥을 개선시켜, 결과적으로 실린더헤드 바닥 및 그 주변의 하우징 간에 안전하고 단단한(풀리지 않은) 결합이 이뤄지도록 한다.
상기 목적은 실린더헤드 바닥이 적어도 한 개의 포지티브 로킹 구역을 포함하고, 상기 실린더헤드 바닥이 하우징 내로 주조됨으로써 달성된다. 이를 통해, 상기 실린더헤드 바닥 및 하우징 간에 포지티브 로킹식 결합이 형성되어, 오랜 작동 기간에도 상기 결합이 풀어지는 것을 피할 수 있다.
안전한 결합은 특히 하기에 의해 달성될 수 있다. 즉, 상기 포지티브 로킹 구역에 실린더헤드 바닥 가장자리의 적어도 한 개의 돌출부 및/또는 함몰부가 제공된다. 이때 포지티브 로킹 부분이 환형으로 그 주위를 에워싸도록 형성될 때 특히 간단한 제조가 이루어진다.
이와 관련하여, 상기 포지티브 로킹 구역은 실린더헤드 바닥의 외장에 배열된다. 기타 포지티브 로킹 구역은 상기 연소실을 대향하는 가장자리 영역 내의 측면 및 실린더헤드 바닥 내에 위치한 가스교환로의 개구부 영역에서 형성될 수 있다. 또한, 이와 같이 상기 가스교환로를 에워싸는 포지티브 로킹 구역은 기름 누출을 방지하는 기능을 갖고 있다.
특히 바람직하게 변경된 실시예에서, 상기 실린더헤드 바닥은 단일 소재로 구성되고, 상기 실린더헤드 바닥에 가스교환밸브를 위한 밸브 시트 표면(valve seat surface)이 내장되어 있다. 그 결과, 분리형 밸브 시트링(separate valve seat ring)이 생략될 수 있다. 이를 통해, 실린더헤드 바닥 내에 위치한 가스교환로의 개구부들의 간격이 밸브 시트링을 사용할 때 보다 훨씬 작게 형성될 수가 있어서, 상기 가스교환로의 개구부 횡단면이 훨씬 커질 수 있다. 이때 횡단면은 50% 이상으로 커질 수 있다.
본 발명의 보다 발전된 실시예에서, 상기 실린더헤드 바닥은 연소실 내로 통하는 장착물, 특히 점화 플러그(sparking plug) 및/또는 주입 밸브(injection valve)를 위한 적어도 한 개의 개구부를 구비하고, 상기 장착물을 고정시키기 위한 돌기부는 상기 실린더헤드 바닥과 일체형으로 형성된다. 따라서 상기 점화 플러그 및/또는 주입 밸브와 같은 장착물은 곧바로 실린더헤드 바닥에 고정될 수 있다.
가스교환밸브를 위한 밸브가이드를 형성하는 적어도 한 개의 밸브가이드 몸체(valve guide body)가 상기 실린더헤드 바닥과 일체형을 이루는 경우, 보다 간단한 제조가 이루어질 수 있다. 따라서, 상기 밸브가이드 몸체는 추가의 위치결정 측정(positioning measure)을 필요하지 않은 상태에서, 실린더헤드 바닥과 함께 하우징 내로 주조될 수 있다. 밸브가이드 몸체 및 그 주변의 하우징 간의 안전한 결합이 이루어지기 위해서는, 상기 밸브가이드 몸체의 외부에 포지티브 로킹부―여기서 포지티브 로킹부는 주위를 에워싸는 적어도 한 개의 토러스(torus) 형태를 갖출 때 유리함―를 구비하도록 한다. 이때 밸브가이드 몸체 및 실린더헤드 바닥 간의 연결은 브리지(bridge)에 의해 유리하게 이루어진다.
기타의 특히 유리한 실시예에서, 상기 실린더헤드 바닥 및 실린더 라이너가 일체형으로 형성된다. 이와 관련하여, 하우징과의 안전한 결합은 상기 실린더 라이너의 외측에 적어도 한 개의 포지티브 로킹 구역이 배열됨으로써 달성된다.
상기 실린더헤드 바닥은 바람직하게는 주철, 예를 들면 층상 흑연(lamellar graphite), 구상 흑연(spheroidal graphite) 또는 버미큘러 흑연(vermicular graphite)이 포함된 회색주철(gray cast iron)이나 주강으로 제조된다. 상기 하우징은 알루미늄과 같은 경금속으로 구성될 수 있다.
상기 가스교환로는 가스교환로의 벽이 강 주형에 의해 제조될 수 있도록 형성된다. 강주형은 주조 공정 이후, 궁형(弓形) 또는 직선으로 가스교환로로부터 제거된다.
실린더헤드의 제조는 다음과 같은 단계를 거친다. 즉, 바람직하게 철재(iron material)로 구성된 실린더헤드 바닥이 주형 주조 형틀 내로 삽입된 다음, 하우징의 소재로 주조된다. 주조되기 이전, 상기 실린더헤드 바닥은 예비 가열되고, 또한 경우에 따라 그 표면이 부식된다. 이는 주조된 소재와의 양호한 금속적 결합을 달성하기 위함이다.
본 발명은 도면에 의해 보다 구체적으로 이해될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따라 절단된 실린더헤드의 실린더헤드 바닥의 사시도.
도 2는 실린더헤드 바닥의 평면도.
도 3은 또 다른 실린더헤드 바닥의 사시도.
도 4는 실린더헤드 바닥의 측면도.
도 5는 도 4의 절취선 V-V에 따른 실시예의 실린더헤드를 절단한 도면.
도 6은 본 발명에 따른 다른 실시예의 실린더헤드를 위와 유사하게 절단한 도면.
실린더헤드(1)는 하우징(2) 및 하우징(2) 내로 주조된 실린더헤드 바닥(3)으로 이루어진다. 도면 부호 4는 실린더(5) 내에 왕복 운동하며 연소실(5a)에 근접하는 피스톤을 나타낸다. 이때 도 1에서 도시하는 바와 같이, 실린더헤드(1)는 실린더헤드 실린더 유닛으로 형성되고 실린더(5)는 블라인드 홀 실린더(blind hole cylinder)로 형성된다. 피스톤(4)은 도 1의 실시예에서 L자형 횡단면을 갖는 피스톤링(4a)을 구비하며, 이를 통해 추가의 압축링(compression ring)이 생략될 수 있다.
실린더헤드 바닥(3)의 외장(3a) 영역에 그 주위를 에워싸는 돌출부(7)로 인해 형성된 포지티브 로킹 구역(6)이 제공되며, 상기 영역에 의해 실린더헤드 바닥(3) 및 실린더헤드(1)는 포지티브 로킹식으로 결합된다. 실린더헤드 바닥(3)과 일체형을 이루고 점화 플러그나 주입 밸브와 같은 장착물(9)을 수용하기 위한 돌기부(8)가 제공된다. 장착물(9)의 개구부는 도면 부호 9a로 도시된다. 기타 다른 포지티브 로킹 구역(6a, 6b)은 가장자리 영역(3c)에서 연소실(5a)과 대응하는 전면(3b)에, 및 실린더헤드 바닥(3) 내에 위치한 가스교환채널(14, 15)의 외주에 제공된다.
계속해서, 가스교환밸브(11, 12)를 가이드하기 위한 밸브가이드 몸체(10) 또한 실린더헤드(3)와 일체형으로 구성된다. 밸브가이드 몸체(10)의 외측에 토러스식(torus typed) 포지티브 로킹부(16)가 제공되고, 상기 밸브가이드 몸체는 각각 궁형의 브리지(13)에 의해 실린더헤드 바닥(3)과 연결된다.
도 5의 실시예에서 실린더헤드(1) 및 실린더(5)는 두 개의 부분으로 분리되도록 형성된다.
도 6의 변경된 실시예에서, 실린더헤드 바닥(3)은 피스톤(4)을 수용하는 실린더 라이너(5c)와 일체형을 이룬다. 하우징(2)의 외주를 주조한 소재와의 단단한 결합을 달성하기 위해서는, 실린더 라이너(5c)의 외측에 환형의 포지티브 로킹 구역(6c)이 제공된다.
상기 도면들의 도면부호 14 및 15는 각각 배출로 및 유입로를 도시한다. 이때 배출로(14) 및 유입로(15)의 벽(14a, 15a)은 마찬가지로 실린더헤드 바닥(3)과 일체형으로 형성된다. 이와 관련하여, 배출로(14) 및 유입로(15)는 드로잉 코어(drawing core)에 의한 제조가 이루어질 수 있도록 그 형태를 갖춰야한다. 강 주형은 주조과정 이후에 가스교환로로부터 궁형 또는 직선으로 제거될 수 있다.
실린더헤드 바닥(3)을 위한 소재로는 층상 흑연, 구상 흑연 또는 버미큘러 흑연을 포함한 회색주철이나 주강이 사용될 수 있다. 실린더헤드(1)는 예를 들어 알루미늄으로 구성될 수 있다.
실린더헤드(1)를 제조하기 위해서는, 예비 가공된 실린더헤드 바닥(3)이 예비 가열되고, 그 표면이 부식된 다음, 강 주형 내로 삽입되며, 다이캐스팅 공정에서 하우징(2)의 소재로 주조된다. 상기 표면을 부식하고 예비 가열함으로써, 실린더헤드 바닥 및 하우징(2) 간에는 아주 양호한 금속적 결합이 달성된다.
본 발명에 따른 실린더헤드가 하우징 내에 배열된 적어도 한 개의 실린더헤드 바닥을 구비하고, 상기 실린더헤드 바닥에 적어도 한 개의 포지티브 로킹 구역이 제공되고, 하우징 내로 주조됨으로써, 실린더헤드 바닥 및 하우징 간의 단단한 결합이 달성된다.

Claims (19)

  1. 내연기관용 실린더헤드(1)에 있어서,
    상기 실린더헤드(1)는 하우징(2) 내에 배열된 적어도 한 개의 실린더헤드 바닥(3)을 구비하고, 상기 실린더헤드 바닥에 적어도 한 개의 가스교환로(14, 15)용 개구부가 제공되며, 실린더헤드 바닥(3) 및 하우징(2)은 상이한 소재로 구성되고, 실린더헤드 바닥(3)이 적어도 한 개의 포지티브 로킹 구역(positive locking area; 6, 6a, 6b, 6c)을 구비하며 하우징(2) 내로 주조되는
    내연기관용 실린더헤드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 포지티브 로킹 구역(6, 6a, 6b, 6c)이 실린더헤드 바닥(3)에서 적어도 한 개의 돌출부(6') 및/또는 함몰부를 구비하는 내연기관용 실린더헤드.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 포지티브 로킹 구역(6, 6a, 6b, 6c)이 환형인 내연기관용 실린더헤드.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 포지티브 로킹 구역(6a)이 실린더헤드 바닥(3)의 외장(3a)에 배열되는 내연기관용 실린더헤드.
  5. 제1항 또는 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 포지티브 로킹 구역(6a)이 연소실(5a)을 대향하는 실린더 헤드 바닥(3), 특히 가장자리 영역(3c)에서의 전면(3b)에 배열되는 내연기관용 실린더헤드.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 포지티브 로킹 구역(6b)이 가스교환로(14, 15) 영역에 배열되는 내연기관용 실린더헤드.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실린더헤드 바닥(3)이 단일 소재로 구성되고, 실린더헤드 바닥(3) 내에 가스교환밸브(11, 12)를 위한 밸브 시트 표면이 내장되어 있는 내연기관용 실린더헤드.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실린더헤드 바닥(3)이 연소실(5a) 내로 통하는 장착물(9)―여기서 장착물은 특히 점화 플러그(sparking plug) 및/또는 주입 밸브(injection valve)임―을 위한 적어도 한 개의 개구부(9a)를 구비하고, 상기 장착물(9)을 고정하기 위한 돌기부(8)는 실린더헤드 바닥(3)과 일체형으로 형성되는 내연기관용 실린더헤드.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    가스교환밸브(11, 12)를 위한 밸브가이드하기 위해, 적어도 한 개의 밸브가이드 몸체(valve guide body; 10)가 실린더헤드 바닥(3)과 일체형으로 형성되는 내연기관용 실린더헤드.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 밸브가이드 몸체(10)의 외부에 바람직하게는 그 주위를 토러스(torus)의 형태로 둘러싸는 포지티부 로킹부(16)가 제공되는 내연기관용 실린더헤드.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 밸브가이드 몸체(10)가 브리지(13)에 의해 실린더헤드 바닥(3)과 연결되는 내연기관용 실린더헤드.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 한 개의 상기 가스교환로(14, 15)의 벽(14a, 15a)이 실린더헤드 바닥(3)과 일체형으로 형성되는 내연기관용 실린더헤드.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 한 개의 상기 가스교환로(14, 15)의 벽(14a, 15a)이 궁형 또는 직선으로 제거 가능한 강 주형에 의해 제조될 수 있는 내연기관용 실린더헤드.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실린더헤드 바닥(3) 및 실린더 라이너(5c)가 일체형으로 형성되는 내연기관용 실린더헤드.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    실린더 라이너(5c)의 외측에 적어도 한 개의 포지티브 로킹 구역(6c)이 배열되는 내연기관용 실린더헤드.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    바람직하게는 철재로 구성된 상기 실린더헤드 바닥(3)이 주형 주조틀 내로 삽입된 다음, 하우징(2)의 소재로 주조되는 내연기관용 실린더헤드.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 실린더헤드 바닥(3)이 주조 공정을 거치기 이전에 예비 가열되는 내연기관용 실린더헤드.
  18. 제16항 또는 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실린더헤드 바닥(3)이 주조 공정을 거치기 이전에 그 표면이 부식되는 내연기관용 실린더헤드.
  19. 제16항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실린더헤드(1)가 다이캐스팅에 의해 제조되는 내연기관용 실린더헤드.
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