KR20050021444A - 내연기관용 실린더헤드 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배기통로, 실린더헤드 기저부, 실린더헤드 커버, 배기측의 나사체결표면 및 배기측에 나사체결되는 배기매니폴드를 가진 내연기관용 실린더헤드에 관한 것으로서 밀봉표면이 유동방향에 대해 나사체결표면의 상류위치에서 배기통로의 단부에 배열되는 것을 특징으로 한다.

Description

내연기관용 실린더헤드{CYLINDER HEAD OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 제 1항의 전제부특징을 가진 내연기관용 실린더헤드에 관한 것이다.
내연기관에 있어서 배기매니폴드가 플랜지표면위에서 실린더헤드에 나사체결되는 것이 공지되어 있고, 상기 플랜지표면은 밀봉체를 위한 지지면 및 배기매니폴드의 나사체결플랜지를 형성한다. 따라서 단지 연속표면이 기계가공되기 때문에 실린더헤드가 간단히 기계가공되거나 한쪽 평면위에 기계가공이 이루어진다. 배기매니폴드를 고정하기 위한 나사들 및 실린더헤드용 나사들이 요구하는 공간에 기인하여 실린더헤드위에서 나사체결표면은 실린더공간을 향해 가능한 근접하게 배열될 수 없기 때문에, 실린더헤드내에 긴 배기통로가 형성된다. 실린더헤드내부에 위치한 긴 배기통로에 의해 다량의 열이 배기가스로부터 실린더헤드내부의 냉각제로 전달되어, 배기가스를 처리하기 위한 장치 또는 터보차져에서 열이 부족해진다.
도 1은 본 발명을 따르는 실린더헤드의 측면도.
도 2는 본 발명을 따르는 실린더헤드의 단면도.
도 3은 본 발명을 따른는 실린더헤드의 또 다른 단면도.
*부호설명*
1 : 실린더헤드 : 밀봉표면
3 : 배기통로 5a,5b : 나사구멍
본 발명의 목적은 내연기관용 실린더헤드 및 실린더헤드에 나사체결되는 배기매니폴드를 제공하고 배기가스로부터 냉각제로 전달되는 열을 최소화하는 것이다.
상기 목적이 제 1 항의 특징을 가진 실린더헤드 및 실린더헤드에 나사체결되는 배기매니폴드에 의해 달성된다.
본 발명을 따르는 내연기관용 실린더헤드는 필수적으로 배기측부위에 위치한 나사체결표면, 실린더헤드 기저부, 실린더헤드 커버, 배기통로를 가진다. 본 발명에 있어서 흡기측부 및 밸브작동 구면은 중요하지 않다. 배기통로의 길이가 감소되고 배기매니폴드로 전이되는 위치에서 밀봉표면은 실린더헤드의 외형구조내에 배열되며, 상기 외형구조는 배기측부위에서 배기매니폴드를 위한 나사체결표면에 의해 형성된다. 상기 외형구조체내부 및 실린더헤드내에서 나사체결표면내에 밀봉표면이 배열된다. 배기통로위에서 밀봉표면 및 나사체결표면을 가진 유니트가 분리된다. 나사체결표면의 상류위치에 밀봉표면이 배열되면 길이가 감소된 배기통로에 의해 실린더헤드내부의 냉각제로 상대적으로 적은 양의 열이 방출되고 즉 배기가스를 처리하기 위한 장치 또는 터보차져에서 고온의 배기가스는 상대적으로 많은 내부에너지를 가진다. 실린더헤드내부의 배기통로가 내연기관의 냉각액체에 의해 냉각되고, 냉각액체로 다량의 열이 전달되기 때문에 심각한 냉각작용이 발생된다. 배기매니폴드는 공기로 둘러싸이거나 공기간격에 의한 절연기능을 가진 매니폴드로서 설계되므로 배기가스로부터 열방출은 작다. 본 발명의 목적은 심각한 냉각작용이 가능한 작게 형성되는 배기가스 덕트구조의 단면을 설계하고 배기가스덕트구조에서 구성상 필요한 길이의 나머지부분들에 대해 예를 들어, 공기와 같은 양호한 절연특성을 제공하는 것이다. 상기 목적을 달성하기 위하여, 예를 들어, 액체로 냉각되는 것과 같이 심하게 냉각되는 부분으로부터 상대적으로 덜 냉각되거나 절연되는 부분으로 전이되는 전이부분이 배기밸브와 가능한 근접하게 배열되고 배기매니폴드의 나사체결표면의 상류위치에 배열된다. 예를 들어, 액체로 냉각되는 것과 같이 심하게 냉각되는 부분으로부터 상대적으로 덜 냉각되거나 절연되는 부분으로 전이되는 전이부분이 실린더헤드위에서 밀봉표면으로 구성되고, 배기매니폴드의 밀봉플랜지를 따르고 하류위치에 구성된 밀봉체가 상기 밀봉표면에 구성된다. 나사들을 고정하기 위한 구멍들을 가진 배기매니폴드의 나사체결플랜지가 안정성을 위한 크기를 요구하고 실린더헤드내에서 고정나사들의 위치가 공간 및 안정성을 위하여 원하는 대로 이동될 수 없기 때문에 나사기하학적 구조에 의해 배기매니폴드의 나사체결표면은 이동할 수 없다. 예를 들어, 고정나사들은 가스 또는 냉각제통로들을 분할하지 못하고 실린더헤드 나사들로부터 충분한 거리에 배열된다.
본 발명의 실시예에 의하면, 실린더헤드가 적어도 부분적으로 배기매니폴드주위에 장착되고, 즉 실린더헤드 및 배기매니폴드사이에서 그리고 밀봉표면의 바로 하류에 위치한 영역내에서 배기매니폴드의 전체 원주부분 또는 일부분위에 좁은 간격이 형성되며, 상기 간격은 배기매니폴드 및 실린더헤드에 의해 형성된다. 실린더헤드가 적어도 부분적으로 배기매니폴드주위에 장착되기 때문에, 공기로 충진되는 절연층이 배기매니폴드의 구성영역내에 제공되고, 상기 절연층에 의해 열의 방출이 감소된다. 절대적인 열방출 표면이 중요할 뿐만아니라, 실린더헤드의 재료에 의해 둘러싸이는 단면에 있어서 공기가 절연부분으로 이동하여 열방출을 가속할 가능성이 감소되기 때문에, 실린더헤드가 배기매니폴드를 더욱더 광범위하게 장착됨에 따라 불필요한 열방출에 대한 배기매니폴드의 절연작용은 더욱 양호해진다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 배기매니폴드를 실린더헤드에 고정하기 위한 나사구멍이 실린더헤드 기저부 및 실린더헤드 커버내에 배열된다. 그 결과 실린더헤드에 관한 종래기술의 설계에서 실린더헤드의 기저부 및 실린더헤드의 커버가 실린더헤드의 가장 안정한 영역들을 형성하기 때문에, 배기매니폴드를 실린더헤드에 고정시키는 작업은 안정하고 작업신뢰성을 가지게 된다. 예를 들어, 실린더헤드의 기저부 또는 실린더헤드의 커버에 대해 추가로 고정하지 않고 실린더헤드의 측벽에 형성되는 나사체결표면위에서만 나사구멍들을 가진 나사구멍들을 배열하는 경우에 있어서, 배기매니폴드의 중량 및 열부하가 형성될 때 측벽이 변형되는 것을 방지하기 곤란할 수 있다. 배기매니폴드를 실린더헤드에 고정하기 위한 나사구멍이 실린더헤드 기저부 및 실린더헤드 커버내에 고정될 때, 배기매니폴드 및 배기매니폴드에 고정된 터보차져의 중량과 배기매니폴드의 열팽창에 의해 고정나사들위에 작용하는 하중이 실린더헤드의 전체구조내에서 기저부위에서 이상적으로 흡수되거나 지지된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 실린더헤드에 대한 밀봉표면 및 나사체결표면사이에 구성되는 배기매니폴드의 통롭부분이 곡선으로 구성된다. 통로의 중심이 실린더헤드로부터 수직으로 구성되거나 배기매니폴드를 위한 나사체결표면으로부터 수직으로 구성되며, 다음에 배기매니폴드내부에 거의 직각으로 구성된 곡선부내에 구성되어 공통의 수집통로내부로 연장된다. 가능한 크게 형성된 반경을 가지고 상기 곡선부가 구성되기 때문에, 상기 형태의 배열은 실린더헤드의 측부에 큰 구성공간을 요구한다. 공통의 수집통로가 실린더헤드와 근접하게 구성되기 때문에, 배기매니폴드내에서 직각인 곡선부의 일부분이 나사체결표면의 상류위치에 배열되고, 즉 밀봉표면 및 나사체결표면사이에 배열되면, 나사체결표면의 하류위치에서 곡선부의 나머지 부분은 통로의 곡률이 동일한 반경을 가지는 종래기술의 통로보다 상대적으로 작은 구성공간을 요구한다. 나사체결표면위에서 통로의 중심이 가지는 곡률 및 방향이 중요하지 않기 때문에, 조립 및 작업상 문제없이 나사체결표면 및 밀봉표면사이에서 통로부분이 곡선으로 구성될 수 있고, 따라서 통로는 나사체결표면의 평면을 곡선으로 원하는 각도로 통과할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 배기통로의 나사체결표면 및 밀봉표면이 평행하게 배열된다. 두 개의 표면들이 서로 평행하게 배열될 때, 조립작업 및 조립된 상태에서 밀봉표면의 평면에 형성되고 실린더헤드의 밀봉표면에 대해 배기매니폴드의 밀봉표면을 이동시킬 수 있는 하중에 대해 나사의 하중이 발생되지 않는다. 따라서 기계적하중 및 열부하가 클 때도 작업신뢰성이 있는 나사체결이 제공될 수 있다.
또 다른 특징들 및 특징들의 조합이 상세한 설명 및 도면들에 제공된다. 본 발명의 실시예들이 도면에서 간략하게 제공되고 하기 상세한 설명에서 상세히 설명된다.
도 1에 도시되고 본 발명을 따르는 실린더헤드(1)가 실린더의 배기측부에서 측면도로서 도시된다. 도 1에서 배기통로(3) 및 나사체결표면(4a,4b)의 밀봉표면(2)이 (도면에 도시되지 않은 )배기매니폴드를 고정하기 위한 네 개의 나사구멍(5a,5b)들을 가진다. 밀봉표면(2)에서 밀봉표면 및 (도면에 도시되지 않은 )배기매니폴드사이에 삽입되는 (도면에 도시되지 않은 )밀봉체가 균일한 부하를 가지도록 상기 네 개의 나사구멍(5a,5b)들은 원주부에서 가능한 균일하게 분포된다. 또한 나사구멍들이 배열된 위치에서 실린더헤드(1)내에서 상기 나사구멍(5a,5b)을 가능한 단단히 지지하고 고정하며 배기매니폴드를 용이하게 조립된다. 따라서 실린더헤드의 주조재료가 상기 밀봉표면(2)주위에서 부분적으로 장착된다.
본 발명을 따르는 도 1의 실린더헤드(1)를 나사구멍(5a,5b)을 통과하는 단면으로 도시한 도 2가 도시된다. 배기통로(3)의 상류위치에서 상기 밀봉표면(2)이 나사구멍(5a,5b)을 가진 나사구멍(5a,5b)과 평행하게 배열된다. 가상으로 표시되고 연장되는 배기통로(3)에 의해 나사구멍(5a)이 실린더헤드 커버(6)와 만나고 즉 실린더헤드(1)의 물공간(8) 및 오일공간(7)사이의 격실과 만난다. 가상으로 표시되고 연장되는 배기통로에 의해 나사구멍(5b)이 실린더헤드 기저부(9)와 만난다. 상기 구성에 의해 배기매니폴드 나사연결부에 의해 나사구멍(5a,5b)을 통해 나사체결하중이 실린더헤드(1)로 전달되고, 상기 하중은 실린더헤드를 변형시키지 않고 이상적으로 흡수된다.
밀봉표면(2)은 배기통로(3)의 상류위치에서 가능한 멀리 이동한다. (도면에 도시되지 않은 )실린더헤드의 나사체결을 위한 나사연결부의 구멍들, 오일통로 및 물통로에 의해 밀봉표면은 더 이상 이동하지 못하고, 물공간(8)내에서 냉각제에 열을 방출하는 배기채널의 단면길이가 종래기술의 실린더헤드에 비해 감소된다. 나사체결표면(4a,4b) 및 나사구멍(5a,5b)이 이동하면 실린더헤드내부로 하중의 전달을 악화시킬 수 있다.
본 발명을 따르는 도 1의 실린더헤드(1)를 밀봉표면(2)에 대해 수직으로 통과하고 배기통로(3)의 중심을 통과하는 단면이 도 3에 제공된다. 후방에 설치된 밀봉표면(2)이 도 3에 도시된다. 나사체결표면(4a,4b)이 (도면에 도시되지 않은 )배기매니폴드주위에서 부분적으로 조립되고 배기통로의 외측에서 배기통로를 따라 하류위치에 배열되며 밀봉표면(2)과 평행하게 배열된다. 드릴링가공되고 밸브시트를 냉각시키기 위한 냉각제통로(10) 및 (도면에 도시되지 않은 )실린더하우징에 대한 연결구멍(121)이 도시된다. 실린더헤드의 기하학적 형상에 의해 연결구멍(11) 및 냉각제통로(10)가 원하는 대로 배열되지 못하기 때문에, 밀봉표면(2)와 근접하게 위치하거나 밀봉표면과 일치하는 나사체결표면(4a,4b)의 위치설정이 불가능하다.
도 2 및 도 3을 참고할 때, 밀봉표면(2)의 하류위치에서 (도면에 도시되지 않은 )배기매니폴드내부에 위치한 통로중심의 프로파일이 원하는 대로 안내될 수 있다. 즉 배기매니폴드에 구성된 통로중심의 프로파일은 큰 곡률반경, 작은 구성공간, 제조 및 조립가능성 또는 유사한 기준에 관해 최적화될 수 있다.

Claims (5)

  1. 배기통로(3), 실린더헤드 기저부(9), 실린더헤드 커버(6), 배기측의 나사체결표면(4a,4b) 및 배기측에 나사체결되는 배기매니폴드를 가진 내연기관용 실린더헤드(1)에 있어서,
    밀봉표면(2)이 유동방향에 대해 나사체결표면의 상류위치에서 배기통로의 단부에 배열되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 실린더헤드.
  2. 제 1항에 있어서, 실린더헤드(1)가 적어도 부분적으로 배기매니폴드의 주변에 장착되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 실린더헤드.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 배기매니폴드를 고정하기 위한 나사구멍(5)들이 실린더헤드 기저부(9) 및 실린더헤드 커버(6)내에 배열되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 실린더헤드.
  4. 제 1항 또는 제 2 항 또는 제 3항에 있어서, 밀봉표면(2) 및 나사체결표면(4a,4b)사이에 위치한 배기매니폴드의 통로부분이 곡선으로 구성되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 실린더헤드.
  5. 제 1항내지 제 3항중 한 항에 있어서, 배기통로의 밀봉표면(2) 및 나사체결표면(4a,4b)이 서로 평행하게 배열되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 실린더헤드.
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