KR20020053722A

KR20020053722A - 가변 텀블 발생용 흡기포트의 제조방법

Info

Publication number: KR20020053722A
Application number: KR1020010082531A
Authority: KR
Inventors: 김규환; 황규한
Original assignee: 이계안; 현대자동차주식회사
Priority date: 2000-12-27
Filing date: 2001-12-21
Publication date: 2002-07-05

Abstract

본 발명은 엔진의 연소실로 공급되는 공기의 유동저항을 최소화하면서 서로 다른 통로로 공기를 흐르게 하여 텀블을 발생시킬 수 있도록 하면서도, 그 구성이 간단하여 인접 부품들과의 관계에서 공간상의 제약을 회피할 수 있고, 제조방법도 종래의 흡기포트코어에 격벽이 미리 설치되는 구조만을 부가하는 것으로서 간단하므로 저렴한 제작 비용이 소요된다.

Description

가변 텀블 발생용 흡기포트의 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING INTAKE PORT TO GENERATE VARIABLE TUMBLE FLOW}

본 발명은 가변 텀블 발생용 흡기포트의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 엔진의 연소실에 공급되는 공기의 공급경로를 다원화하여 자연적으로 텀블이 형성되도록 하는 엔진의 흡기포트를 제작하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 엔진의 내부에 흡입된 혼합기는 그 유동성이 클수록 화염의 전파가 용이하여 엔진의 연소성능이 향상된다.

최근 상기와 같은 연소성능 향상을 위한 유동성 증대방법에는 흡입되는 공기 자체가 연소실 내부에서 강한 회전을 하면서 흡입되도록 하는 방법이 사용되고 있는바, 흡기포트의 형상을 조절하여 연소실내의 종와류(텀블: tumble)를 형성하는 방식이 많이 사용되고 있다.

도 1에는 이와 같은 방식의 텀블을 형성하기 위한 엔진의 흡기계를 도시하고 있는바, 엔진의 연소실(102)로 공기를 제공하는 흡기관(104)과, 상기 흡기관(104)과 병렬로 설치된 바이패스관(106) 및 상기 흡기관(104)에 설치되어 흡기관을 통한 공기의 흐름을 제어하도록 설치된 조절밸브(108)를 구비하고 있다.

상기와 같은 장치에서 연소실(102)내에 텀블을 형성하는 메커니즘은 상기 조절밸브(108)에 의해 상기 흡기관(104)으로 통과하는 공기의 흐름을 제어함으로써, 상시 바이패스관(106)을 통해 공급되는 공기와 흡기관(104)을 통해 공급되는 공기가 서로 다른 유속을 형성하도록 하면, 공기가 연소실로 유입되면서 서로 다른 유속에 의해 소용돌이를 형성하도록 하는 것으로서, 텀블의 형성여부 및 형성량 등은 상기 조절밸브(108)의 개도에 따라 변화되도록 되어 있다.

그런데, 상기한 바와 같이 구성되어 작동되는 엔진의 가변 텀블 발생장치는 종래의 흡기관(104)에 별도의 바이패스관(106)을 구비해야 하므로 다른 부품들과의 관계에 있어서 그 설치공간상의 문제점 및 제작의 복잡성 등이 대두된다.

또한, 상기와 같은 별도의 바이패스관(106)은 구조상 그 형상이 다수의 굴곡을 포함해야 하는데, 이와 같은 형상은 바이패스관(106)의 내부를 통과하는 공기에 큰 유동저항이 발생되도록 하여 흐르는 공기의 유속을 저하시키는 원인으로 작용하므로, 바이패스관의 좁은 단면적을 이용한 빠른 유속의 공기유동 형성으로 흡기관을 통한 공기 유속과의 차이를 발생시켜 텀블이 생기도록 하려는 본래의 목적을 달성하기에 다소 불리한 측면이 있다.

이에 본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 것으로, 엔진의 연소실로 공급되는 공기의 유동저항을 최소화하면서 서로 다른 통로로 공기를 흐르게 하여 텀블을 발생시킬 수 있도록 하고, 그 구성이 간단하여 인접 부품들과의 관계에서 공간상의 제약을 회피할 수 있고 제조방법도 간단한 가변 텀블 발생용 흡기포트의 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래기술에 의한 텀블을 발생시키기 위한 엔진의 흡기계를 도시한 도면,

도 2는 본 발명에 의해 제작될 엔진의 가변 텀블 발생장치를 도시한 구조도,

도 3은 본 발명에 따른 가변 텀블 발생용 흡기포트의 제조방법을 도시한 순서도,

도 4는 상부금형제작단계의 상부금형을 도시한 도면,

도 5는 하부금형제작단계의 하부금형을 도시한 도면,

도 6은 금속판설치단계에 사용될 금속판의 평면도,

도 7은 상부금형에 도 6의 금속판이 설치되는 금속판설치단계의 도면,

도 8은 상부금형과 하부금형이 맞추어진 상태를 도시한도면,

도 9-13 및 도 14는 상부금형과 하부금형의 사이에 금속판이 설치된 다양한 상태를 도시한 예시도면,

도 15는 상부금형과 하부금형이 맞추어진 상태에서 주물사가 충진된 것을 도시한 도면,

도 16은 도 15의 상태에서 상부금형과 하부금형을 분리하여 제작된 흡기포트코어의 사시도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1; 흡기포트3; 격판(금속판)

5; 제1통로7; 제2통로

9; 개도조절밸브11; 구동수단

13; 흡기관15; 연통공간

17; 밸브스풀19; 연소실

27; 공작용홈50; 상부금형

52; 하부금형54; 단차부

56; 주물사58; 흡기포트코어

60; 굴곡부62; 위치결정용홈

64; 위치결정용돌기

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 가변 텀블 발생용 흡기포트의 제조방법은 흡기포트의 제1통로를 이룰 공간이 형성된 상부금형을 제작하는 상부금형제작단계와; 흡기포트의 제2통로를 이룰 공간이 형성된 하부금형을 제작하는 하부금형 제작단계와; 상기 상부금형과 하부금형이 서로 맞추어지는 부분에 금속판이 설치될 수 있는 단차부를 형성하는 단차부형성단계와; 상기 단차부에 격벽이 될 소정의 금속판을 조립하는 금속판조립단계와; 상기 상부금형과 하부금형을 합형시키고, 상기 합형된 금형의 내부에 주물사를 충진시키는 주물사충진단계와; 상기 합형된 금형을 분리하여 상기 금속판이 일체화된 흡기포트코어를 꺼내는 코어제작단계와; 상기 흡기포트코어를 실린더헤드를 주조하는 금형에 조립하여 주조한 후, 상기 흡기포트코어의 주물사를 제거하여 상기 금속판이 흡기포트내의 격벽으로 남도록 하는 실린더헤드주조단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 엔진의 가변 텀블 발생장치를 도시한 것으로서, 엔진의 흡기포트(1)에는 격벽(3)이 구비되어 흡기포트(1)를 공기가 유동하는 제1통로(5)와 제2통로(7)로 구분짓고 있으며, 상기 격벽(3)의 공기 유입측에는 상기 제1통로(5)와 제2통로(7)의 개도를 선택적으로 가변시킬 수 있도록 하는 개도조절밸브(9)가 구비되어 있으며, 상기 개도조절밸브(9)에는 이를 조작 및 제어할 구동수단(11)이 연결되어 있다.

여기서, 상기 개도조절밸브(9)는 도시된 바와 같이 흡기관(13)과 흡기포트(1)의 사이에 설치되어 원형단면을 가진 연통공간(15)을 구비하고 있고, 상기 연통공간(15)의 내부에는 상기 연통공간(15)에 내접하는 반원형 단면 형상의 밸브스풀(17)이 구비되어 상기 밸브스풀(17)의 회전에 의해 상기 제1통로(5)와 제2통로(7)의 개도를 가변시킬 수 있도록 하고 있다.

물론, 상기 개도조절밸브(9)에는 공지의 구동수단(11)이 연결되어 엔진의 ECU(도시되지 않음)에 의해 제어됨에 의해 상기 제1통로(5)와 제2통로(7)의 개도를 조절하게 되어 있다.

한편, 상기 흡기포트(1)에 설치된 격벽(3)은 흡기포트(1)의 내부에서 일측으로 치우쳐진 상태로 설치되어, 상기 제1통로(5)와 제2통로(7)의 깊이는 서로 다르게 형성되도록 하고 있는데, 본 실시예에서는 흡기포트(1) 단면의 상측으로 상기 격벽(3)이 치우쳐진 상태로 형성되어 상측의 제1통로(5)가 하측의 제2통로(7)보다깊이가 얕게 되어 있어서, 결국 제1통로의 유동단면적이 제2통로의 유동단면적보다 작게 되어 있다.

따라서, 상기와 같이 서로 다른 유동단면적을 제공하는 제1통로(5)와 제2통로(7)를 공기가 유동하면, 유동단면적이 작은 제1통로(5)측의 유속이 제2통로(7)측보다 빠르게 되어 상기와 같은 제1,2통로를 통과한 공기는 상기와 같은 유속의 차이로 인해 엔진의 연소실(19)내에 자연적으로 텀블을 형성하게 된다.

물론, 상기와 같은 텀블의 강도는 상기한 개도조절밸브(9)가 상기 제1통로(5)와 제2통로(7)의 개도를 변화시킴에 의해 조절되어, 엔진의 운전상태에 따라 최적의 흡기 유동상태를 구현하게 된다.

상기한 바와 같은 가변 텀블 발생장치의 제작에 있어서 가장 중요하고 까다로운 부분은 흡기포트(1)의 내부에 상기한 것과 같은 격벽(3)을 설치하는 것으로서, 이하에서는 흡기포트(1)에 격벽(3)을 형성하는 방법에 대하여 도 3을 참조로 기술한다.

상기 격벽(3)은 엔진의 흡기포트(1)내의 좁은 공간에 정확한 위치를 선정하여 설치되어야하며, 그 형상 또한 상기한 바와 같이 통과하는 공기의 유동형태를 결정짓는 중요한 요소로서 정밀한 가공이 필요하다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 필요성에 부응하기 위해 격벽(3)의 형상을 원하는 대로 정확하게 가공할 수 있도록 함은 물론 엔진의 흡기포트(1)내에 정확한 위치에 격벽(3)이 설치될 수 있도록 하기 위해서 엔진의 실린더헤드의 주조시에 흡기포트를 형성하는데에 사용되는 흡기포트코어에 격벽(3)을 미리 삽입하여형성하는 방법을 제시한다.

즉, 다음과 같은 일련의 단계로 구성된 방법을 개시하는 바, 흡기포트(1)의 제1통로(5)를 이룰 공간이 형성된 상부금형(50)을 제작하는 상부금형제작단계(S1)와; 흡기포트(1)의 제2통로(7)를 이룰 공간이 형성된 하부금형(52)을 제작하는 하부금형 제작단계(S2)와; 상기 상부금형(50)과 하부금형(52)이 서로 맞추어지는 부분에 금속판(3: 상기 격벽과 동일한 부품이므로 동일한 부호로 표시하도록 한다)이 설치될 수 있는 단차부(54)를 형성하는 단차부형성단계(S3)와; 상기 단차부(54)에 격벽이 될 소정의 금속판(3)을 조립하는 금속판조립단계(S4)와; 상기 상부금형(50)과 하부금형(52)을 합형시키고, 상기 합형된 금형의 내부에 주물사(56)를 충진시키는 주물사충진단계(S5)와; 상기 합형된 금형을 분리하여 상기 금속판(3)이 일체화된 흡기포트코어(58)를 꺼내는 코어제작단계(S6)와; 상기 흡기포트코어(58)를 실린더헤드를 주조하는 금형에 조립하여 주조한 후, 상기 흡기포트코어의 주물사를 제거하여 상기 금속판(3)이 흡기포트(1)내의 격벽으로 남도록 하는 실린더헤드주조단계(S7)로 이루어진다.

물론, 상기 상부금형제작단계(S1: 도 9)와 하부금형제작단계(S2: 도 10)의 순서에는 큰 의미가 없고 흡기포트(1)의 내측에 형성될 공간의 형상을 각각 제1통로(5)와 제2통로(7)로 나누어서 상부금형(50) 및 하부금형(52)에 형성하도록 하며, 상기 제1통로(5)와 제2통로(7)의 단면적은 서로 다르게 형성한다.

상기 단차부형성단계(S3)는 실제로는 상기 상부금형(50) 및 하부금형(52)의 제작시에 상기 제1통로(5) 및 제2통로(7)의 형성과 함께 단차부가 형성되도록 수행될 수 있지만 설명을 위하여 구분된 것으로서, 도 4에는 상부금형(50)에만 홈으로 형성된 단차부(54)를 도시하고 있는데, 이외에도 다양한 방법으로 단차부가 형성될 수 있다.

즉, 상기 단차부는 상부금형(50)과 하부금형(52)이 서로 맞추어지는 부분에 형성되면 되는데, 도 9-도 13에 도시된 것과 같이 차례로, 상부금형(50)과 하부금형(52)에 각각 홈으로 형성되어 금속판(3) 두께의 중앙이 상부금형과 하부금형의 금형분리선(P/L)상에 위치되도록 된 것(도 9),

상부금형(50)에 홈으로 형성되어 금속판(3)의 하부금형측 면은 상부금형과 하부금형의 금형분리선(P/L)상에 위치되도록 된 것(도 10),

반대로, 하부금형(52)에 홈으로 형성되어 금속판(3)의 상부금형측 면은 상부금형과 하부금형의 금형분리선(P/L)상에 위치되도록 된 것(도 11),

상부금형(50)에 홈으로 형성되고 하부금형(52)에 돌출부로 형성된 것(도 12),

반대로, 상부금형(50)에 돌출부로 형성되고 하부금형(52)에 홈으로 형성된 것(도 13) 등 다양한 형태로 형성될 수 있다.

아울러, 상기 금속판조립단계(S4)에서는 격벽이될 금속판(3)을 상기 상부금형과 하부금형의 사이에 조립해 넣는데, 여기서 상기 조립되는 금속판(3)에는 도 14에 도시된 바와 같이 굴곡부(60)를 형성하여, 상기 굴곡부(60)에 의해 제1통로(5)와 제2통로(7)의 단면적이 서로 다르게 형성되도록 할 수도 있다.

또한, 경우에 따라서는 상기 격벽(3)이 상기와 같이 흡기포트의 상하방향에수직하게 설치되지 않고 소정각도 회전된 상태로 설치될 수 있도록 가공하여 연소실로 유입되는 공기가 종와류(텀블)는 물론 횡와류의 성분도 동시에 형성할 수 있도록 할 수 있다.

상기한 바와 같이 형성된 단차부(54)에는 도 6에 도시된 바와 같은 금속판(3)이 도 7과 같이 조립되는데, 상기 금속판(3)에는 도시된 바와 같이 위치결정용홀(62)이 형성되고, 나중에 실린더 헤드에 일체화된 상태에서 실린더 헤드에 밸브가이드를 장착할 때에 요구되는 공구의 진입공간을 제공하기 위해 공작용홈(27)이 형성되어 있다.

한편, 상기 상부금형제작단계(S1)에서는 도 4에 도시된 것처럼 상기 위치결정용홀(62)에 삽입될 위치결정용돌기(64)를 더 형성하여, 상기 금속판(3)을 조립할 때 그 위치를 신속하게 결정할 수 있도록 함으로써 조립작업이 더욱 용이해지도록 할 수 있다.

상기 금속판조립단계(S4)에서 조립되는 금속판(3)은 그 재질이 실린더헤드를 이루는 모재 보다 용융점이 높은 재질로 이루어지도록 하여 실린더헤드의 주조시에 주입되는 모재의 용탕에 의해 녹는 것이 방지되도록 할 수 있다.

상기와 같이 금속판(3)이 상부금형과 하부금형의 사이에 삽입되면 도 8에 도시된 바와 같은 상태가 되고, 여기에 도 15에 도시된 것처럼 주물사(56)를 충진하여 주물사가 굳으면 상기 상부금형과 하부금형을 분리하여 도 16에 도시된 바와 같이 격벽이될 금속판(3)과 일체로된 흡기포트코어(58)를 완성한다.

상기와 같이 제작된 흡기포트코어(58)는 실린더헤드를 주조하기 위해 마련된금형에 조립하여 실린더헤드의 주조 후, 상기 흡기포트코어의 주물사(56)를 제거하면, 상기 금속판(3)은 흡기포트(1)내의 격벽으로 남게 된다.

이때, 상기 흡기포트코어(58)에 일체화된 금속판(3)에는 상기 상부금형에 손쉽게 조립되도록 하기 위해 형성되었던 위치결정용홀(62)이 남아있는 바, 상기 실린더헤드의 주조시에 상기 위치결정용홀(62)에는 실린더헤드를 이루는 모재 용탕이 통과하여 굳어지게 되므로 상기 금속판(3)이 실린더헤드의 흡기포트에 더욱 견고하게 고정되도록 하는 효과도 발생된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 엔진의 연소실로 공급되는 공기의 유동저항을 최소화하면서 서로 다른 통로로 공기를 흐르게 하여 텀블을 발생시킬 수 있도록 하면서도, 그 구성이 간단하여 인접 부품들과의 관계에서 공간상의 제약을 회피할 수 있고, 제조방법도 종래의 흡기포트코어에 격벽이 미리 설치되는 구조만을 부가하는 것으로서 간단하므로 저렴한 제작 비용이 소요된다.

Claims

흡기포트의 제1통로를 이룰 공간이 형성된 상부금형을 제작하는 상부금형제작단계와;

흡기포트의 제2통로를 이룰 공간이 형성된 하부금형을 제작하는 하부금형제작단계와;

상기 상부금형과 하부금형이 서로 맞추어지는 부분에 금속판이 설치될 수 있는 단차부를 형성하는 단차부형성단계와;

상기 단차부에 격벽이 될 소정의 금속판을 조립하는 금속판조립단계와;

상기 상부금형과 하부금형을 합형시키고, 상기 합형된 금형의 내부에 주물사를 충진시키는 주물사충진단계와;

상기 합형된 금형을 분리하여 상기 금속판이 일체화된 흡기포트코어를 꺼내는 코어제작단계와;

상기 흡기포트코어를 실린더헤드를 주조하는 금형에 조립하여 주조한 후, 상기 흡기포트코어의 주물사를 제거하여 상기 금속판이 흡기포트내의 격벽으로 남도록 하는 실린더헤드주조단계

로 이루어진 것을 특징으로 하는 가변 텀블 발생용 흡기포트의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 상부금형제작단계와 하부금형제작단계에서 상기 제1통로와 제2통로는각 통로를 이룰 공간의 깊이가 서로 다르게 형성되는 것을 특징으로 하는 가변 텀블 발생용 흡기포트의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 상부금형제작단계와 하부금형제작단계에서 상기 제1통로와 제2통로는 단면적이 서로 다르게 형성되는 것을 특징으로 하는 가변 텀블 발생용 흡기포트의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 금속판조립단계에서 조립되는 금속판은 굴곡부를 형성하여, 상기 굴곡부에 의해 흡기포트의 제1통로와 제2통로의 단면적이 서로 다르게 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 가변 텀블 발생용 흡기포트의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 단차부형성단계에서 상기 단차부는 상부금형과 하부금형에 각각 홈으로 형성되어 금속판 두께의 중앙이 상부금형과 하부금형의 금형분리선상에 위치되도록 된 것을 특징으로 하는 가변 텀블 발생용 흡기포트의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 단차부형성단계에서 상기 단차부는 상부금형에 홈으로 형성되어 금속판의 하부금형측 면은 상부금형과 하부금형의 금형분리선상에 위치되도록 된 것을 특징으로 하는 가변 텀블 발생용 흡기포트의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 단차부형성단계에서 상기 단차부는 하부금형에 홈으로 형성되어 금속판의 상부금형측 면은 상부금형과 하부금형의 금형분리선상에 위치되도록 된 것을 특징으로 하는 가변 텀블 발생용 흡기포트의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 단차부형성단계에서 상기 단차부는 상부금형에 홈으로 형성되고 하부금형에 돌출부로 형성된 것을 특징으로 하는 가변 텀블 발생용 흡기포트의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 단차부형성단계에서 상기 단차부는 상부금형에 돌출부로 형성되고 하부금형에 홈으로 형성된 것을 특징으로 하는 가변 텀블 발생용 흡기포트의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 금속판조립단계에서 조립되는 금속판에는 위치결정용홀이 형성되고, 상기 상부금형제작단계에서는 상기 위치결정용홀에 삽입될 위치결정용돌기를 더 형성하는 것을 특징으로 하는 가변 텀블 발생용 흡기포트의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 금속판조립단계에서 조립되는 금속판은 그 재질이 실린더헤드를 이루는 모재보다 용융점이 높은 재질로 이루어지도록 된 것을 특징으로 하는 가변 텀블 발생용 흡기포트의 제조방법.