KR20050037981A

KR20050037981A - 실린더 헤드의 제조 방법

Info

Publication number: KR20050037981A
Application number: KR1020040084094A
Authority: KR
Inventors: 아카바고노미
Original assignee: 닛산 지도우샤 가부시키가이샤
Priority date: 2003-10-20
Filing date: 2004-10-20
Publication date: 2005-04-25
Also published as: DE602004031812D1; KR100611180B1; JP4172371B2; US20050082028A1; US7100671B2; EP1526270A3; EP1526270A2; JP2005118859A; EP1526270B1

Abstract

흡기 구멍에 대한 칸막이판(partition plate)을 가진 실린더 헤드를 제조하는 방법에서는, 흡기측 말단부(intake-side distal end) 및 실린더측 말단부를 가진 칸막이판이 준비되어 있다. 이 칸막이판은 흡기 구멍을 형성하는 코어내에 위치되고, 용융 금속은 칸막이판의 주변에 공급된다. 이 용융 금속을 응고시킨 후에, 코어는 제거된다. 적어도 칸막이판의 흡기측 말단부는 용융 금속의 열에 의해 유발된 칸막이판의 열 팽창을 허용하는 팽창 허용 공간내에 위치된다.

Description

실린더 헤드의 제조 방법{METHOD OF MANUFACTURING CYLINDER HEAD}

본 발명은 실린더 헤드를 제조하는 방법에 관한 것으로써, 특히, 칸막이판을 배치한 흡기 구멍을 가진 실린더 헤드를 제조하는 방법에 관한 것이다.

최근, 내연 기관의 실린더는, 텀블판(tumble plate)이라 하는 칸막이판을 가진 흡기 구멍이 형성된 실린더 헤드를 포함하고 있다.

일본 특허 출원 공개 공보 제2001-193469호(단락(0011, 0020 및 0022)과 도 1, 도 3 및 도 4 참조) 및 일본 특허 출원 공보의 번역 버전 제2002-501829호(단락(0022) 및 도 3 참조)에는, 흡기 구멍의 흡기측 말단부내에 배치된 공기 흐름 제어 밸브가 제어되면서, 칸막이판이 흡기 구멍에서 실린더 보어로 유입되는 흡입 공기를 편향시켜, 실린더 보어 내부에서 발생하는 텀블 흐름을 세게 하여 연료 소모에 관해 개선하도록 하는 구조가 개시되어 있다.

부수적으로, 아래의 설명에서, 칸막이판에 대해, 공기 및 연료 가스와 같은 흡입 공기가 통과되는 측은, "흡기측"으로 지칭되고, 대향측, 즉, 실린더 보어측은 "실린더측"으로 지칭된다.

그러나, 본 발명에 따르면, 칸막이판의 예들은, 흡기 구멍의 칸을 막는 칸막이벽으로서 일체 형성되는 칸막이판, 캐스트인(cast-in) 몰딩 중에 열 팽창으로 유발된 변형에 대한 대응책을 취하도록 파형(corrugated) 구성으로 형성되는 칸막이판 및, 캐스트인 몰딩 중에 고정 상태로 칸막이판이 신뢰할 수 있게 되도록 보스(boss) 또는 돌편을 갖는 칸막이판을 포함한다.

어떠한 경우에도, 실린더 헤드의 흡기 구멍을 통과하는 흡입 공기의 흐름의 저항을 증가시키지 않도록 얇은 벽 구조내에는 칸막이판을 형성해야 하고, 용융 금속으로부터 유발되는 열 영향을 고려해야 한다.

특히, 실린더 헤드를 캐스트 몰딩할 시에, 캐스트인 형성을 실행하도록 흡기 구멍 형성 샌드(sand) 코어내에 칸막이판을 배치하는 가능성이 발생한다. 이와 같은 캐스트인 형성 중에는, 칸막이판과 이 칸막이판을 지지하는 코어 간의 열 팽창 계수의 차가 크고, 칸막이판은 용융 금속의 열로 인해 열 팽창하여, 코어에 악영향을 주어, 결과적으로, 실린더 헤드내에 버(burr)를 형성하는 것을 알 수 있다.

이런 이유로, 번거로운 연속 처리 작업을 수행할 필요성이 있을 뿐만 아니라, 캐스트 품질을 저하시킬 가능성이 있고, 칸막이판의 열 영향을 적절히 고려해야 한다는 것을 알 수 있다.

그러나, 흡기 구멍의 칸을 막는 칸막이 벽이 캐스트 몰딩에 의해 얇은 벽 구조내에 형성되기가 어렵고, 흡입 공기의 흐름의 저항성을 증가시킬 가능성이 있다. 특히, 파형 구성에 형성된 칸막이판에 의해, 칸막이판이 흡기 구멍의 반경 방향으로의 열 팽창을 흡수할 수 있을 지라도, 흡기 구멍의 축 방향으로의 열 팽창은 흡수될 수 없다. 이런 돌편이 칸막이판을 확실히 고정하기 위해 캐스트인하도록 부분적으로 돌출되는 칸막이판의 원주 주변으로도, 이와 같은 시도는, 흡기 구멍의 축 방향으로 일어나는 칸막이판의 열 팽창에 대한 효과적인 대응책일 수 없다.

본 발명은, 본 발명에 관한 이와 같은 연구로 완성하였고, 그 목적은, 얇은 벽을 가진 칸막이판이 캐스팅 몰드에서 캐스트 몰딩을 위한 용융 금속으로 칸막이판을 캐스트인하도록 예비적으로 배치될 시에도, 용융 금속으로부터 유발된 열 영향이 가능한 최소로 되어, 평활한 캐스트 몰딩을 수행할 수 있는 실린더 헤드의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 양태는 흡기 구멍에 대한 칸막이판을 가진 실린더 헤드를 제조하는 방법을 제공하는 것으로서, 이 방법은, 흡기측 말단부 및 실린더측 말단부를 가진 칸막이판을 준비하는 단계, 적어도 칸막이판의 흡기측 말단부가 용융 금속의 열에 의해 유발된 칸막이판의 열 팽창을 허용하는 팽창 허용 공간내에 위치되도록 칸막이판을 흡기 구멍을 형성하는 코어내에 위치시키는 단계, 용융 금속을 칸막이판의 주변에 공급하는 단계, 상기 용융 금속을 응고시키는 단계 및, 상기 코어를 제거하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 특징 및 이점은 아래의 도면과 관련한 설명으로부터 보다 명백해진다.

이하, 본 발명에 따른 다수의 실시예의 실린더 헤드는 첨부한 도면을 적절히 참조로 상세히 기술된다. 부수적으로, 다수의 실시예에서, 동일한 부품은 동일한 참조 번호를 나타내어, 설명을 간략화하거나 생략한다.

(제 1 실시예)

본 발명에 따른 제 1 실시예가 아래에 기술된다.

먼저, 흡기 구멍(4)에 대한 칸막이판(10)을 가진 실린더 헤드(1)에 대해 기술된다.

도 1은, 본 실시예의 기관의 실린더 헤드(1)를 도시한 개략적 단면도이고, 도 2는, 실린더 헤드(1)의 흡기 구멍(4)의 직교면 상에 취해지고, 도 1의 선 A-A상에 취해진 단면도에 대응하는 단면도이며, 도 3은 실린더 헤드(1)내의 현재의 흐름 상태를 설명한 개략도이고, 도 4는 도 3에 도시된 실린더 헤드의 개략적 평면도이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 실린더 헤드(1)는 실린더 블록(2)의 상부에 배치되고, 흡입 공기 흐름을 유입하는 흡기 구멍(4)을 가지며, 흡기 매니폴드(manifold)(IN)로부터 실린더 보어(3) 및 배기 구멍(5)으로 송출되는 공기 및 연료 가스로 구성되는데, 상기 배기 구멍(5)을 통해, 실린더 보어(3)내에서 연소로부터 생성한 배기 가스는 배출된다. 부수적으로, 기관 흡기 및 배기 구조는, 2개의 흡기 밸브(6) 및 2개의 배기 밸브(7)를 가진 4개의 밸브를 갖는 하나의 실린더를 포함하는 타입이다.

흡기 구멍(4)내에는, 흡입 공기가 흡기측(도 3의 외부 터미널측)으로부터 실린더측으로 흐르는 (도 3의 일련의 백색 화살표로 도시된 바와 같은) 방향을 따라 연장하는 칸막이판(10)이 배치된다.

칸막이판(10)의 흡기측에서의 실린더 헤드(1)에는, 제어 밸브(11)가 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 배치되는 흡기 매니폴드(IN)가 연결된다. 흡기 구멍(4)은 칸막이판(10)에 의해 상부 구멍(4u) 및 하부 구멍(4d)로 칸이 막혀지고, 하부 구멍(4d)을 제어 밸브(11)로 폐쇄함과 동시에, 흡입 공기는 상부 구멍(4u)을 통해 상승 속도로 흘러, 결과적으로, 실린더 보어(13)내에 강화된 수직 와류, 즉, 텀블 흐름을 형성한다.

흡기 구멍(4)은 실린더에 더 근접하여 큰 곡선을 이루는 통로를 가지며, 다수의 부정확한 장소에 위치되는 칸막이판(10)의 실린더측 말단부(Ta)에 의해, 현재의 공기 흐름의 특성에서 불규칙성(irregularities)이 발생하여, 텀블 흐름이 발생되는 상황에 현저하게 악영향을 준다. 따라서, 실린더측 말단부(Ta)의 위치 결정 장소는 예외적으로 중요한 장소를 형성한다. 대조적으로, 칸막이판(10)의 흡기측 말단부(Tb)가 위치되는 장소는 흡입 공기를 분산하고, 제어 밸브(11)를 배치하는 측 역할을 한다. 따라서, 흡기측 말단부(Tb)의 장소내의 불규칙성불규칙성서도, 현재의 흐름의 특성에는 어떤 변화도 일어나지 않으며, 일반적으로, 칸막이판(10)의 흡기측 말단부(Tb)는, 실린더측 말단부(Ta)가 위치되는 장소에 요구되는 것보다 고 정확도로 장소에 배치될 필요가 없다.

그래서, 본 실시예는, 실린더 헤드(1)를 캐스트 몰딩할 시에, 실린더측 말단부(Ta)는 고정 위치에 배치되는 반면에, 흡기측 말단부(Tb)는 다수의 장소에 비교적 자유롭게 형성되어, 칸막이판(10)이 용융 금속을 주입할 시에 열 영향을 받을 시에도, 흡기측 말단부(Tb)의 영역에서 열 영향을 흡수할 수 있는 구조를 실현할 수 있다.

이하, 실린더 헤드를 제조하는 방법이 아래에 상세히 기술된다.

도 5는 본 실시예의 구멍 코어(이하, 코어로 지칭됨)를 몰딩하는 코어 형성 몰드(이하, 코어 몰드로 지칭됨)를 도시한 개략적 단면도이고, 도 6은 일부가 칸막이판을 노출시키도록 절단되는 본 실시예의 코어를 몰딩하는 코어 형성 몰드를 도시한 개략적 평면도이며, 도 7은 도 6의 필수 부분의 확대도이고, 도 8은 코어가 본 실시예의 실린더 헤드를 다이 캐스팅(die-casting)하기 위해 배치되는 다이 캐스팅 몰드를 도시한 개략적 단면도이며, 도 9는 도 7의 선 B-B 상에 취해진 개략적 단면도이다.

본 실시예의 실린더 헤드를 제조하는 방법에 의하면, 먼저, 도 5에 도시된 바와 같이, 코어 몰드(20)를 이용하여 코어(22)가 몰드된다. 코어 몰드(20)는, 코어 형성 상부 몰드(20a) 및 코어 형성 하부 몰드(20b)와 같은 다수의 부분 몰드로 이루어지고, 이들을 조합한 부분 몰드는 몰드 샌드가 코어(22)를 형성하도록 흩날리어져 조밀하게 되는 코어를 몰딩하는 공동부(21)를 내부에 형성한다. 부수적으로, 참조 번호(22a)는 코어(22)에 대한 코어 프린트를 나타낸다.

특히, 칸막이판(10)이 코어 몰드(20)에 배치되는 상태에서, 도 6에 도시된 바와 같이, 몰드 샌드는 공동부(21)내에 흩날리어져 코어(22)를 형성한다. 코어 몰드(20)의 몰드 분할선 상에 형성된 레스트(rest) 상에 배치되지 않는 식으로 칸막이판(10)은 코어 몰드(20)내에 위치된다. 즉, 칸막이판(10)은 하부 몰드(20b)의 공동부(21)의 주변 가장자리에 배치되어, 이와 같은 상태에서, 고정 장소에 지지된다.

도 7에 보다 상세히 도시된 바와 같이, 칸막이판(10)은 측면 가장자리(10a)로부터 약간 돌출한 측면 돌출부(10b)를 가지며, 컷아웃(cutout)(10c)은 측면 돌출부(10b)에서의 흡기측 말단부(Tb)내에 형성된다. 측면 돌출부(10b)는, 칸막이판(10)이 아래에 기술되는 용융 금속으로 캐스트인될 시에 칸막이판(10)을 보다 확실하게 유지하는 영역 역할을 한다. 한편, 컷아웃(10c)은 몰드 샌드가 입력하여, 샌드 벽 부분(24)을 형성하는 영역 역할을 한다. 여기서, 용어 "샌드 벽 부분"은, 얇은 벽 두께를 가져 연장되는 코어(22)를 연장시키도록 컷아웃(10c)을 따라 몰드 샌드에 의해서만 형성되고, 용융 금속의 진입을 막는 일종의 위어(weir) 역할을 하며, 그리고 상세 기능이 나중에 상세히 기술되는 부분을 의미한다.

따라서, 코어(22)는, 도 5에 도시된 코어 몰드(20)내에 형성되고, 코어 형성 상부 몰드(20a) 및 코어 형성 하부 몰드(20b)와 같은 부분 몰드를 도 5의 화살표(S1)로 도시된 바와 같이 분리 방향으로 분리함으로써 취해진다.

그 후, 도 8에 도시된 바와 같이, 코어(22)는 실린더 헤드(1)를 형성하는 캐스팅 몰드(25)내에 배치된다. 캐스팅 몰드(25)는, 상부 몰드(25a), 하부 몰드(25b) 및 측면 몰드(25c)로 구성되고, 코어(22)는 하부 몰드(25b)와 측면 몰드(25c) 사이에 지지되어, 상부 몰드(25a)로 커버되며, 공동부(26)는 실린더 헤드(1)를 형성하도록 정해진다. 부수적으로, 참조 번호(23)는 워터 재킷(water jacket)용 코어를 나타낸다.

이와 같은 상태에서, (도시되지 않은) 탕구(pouring gate)를 통해 알루미늄 합금과 같은 용융 금속을 공동부(26)에 주입함으로써, 도 1에 도시된 바와 같은 실린더 헤드(1)가 형성되고, 용융 금속을 주입할 동안, 용융 금속에 의해 유발된 열로 인해, 열 팽창이 코어(22)내에 배치된 칸막이판(10)에서 일어난다.

여기서, 본 실시예에 의하면, 코어(22)내에 배치된 칸막이판(10)의 흡기측 말단부(Tb)에서의 코어(22)내에 팽창 허용 공간(30)이 형성된다. 팽창 허용 공간(30)은, 압력이 존재할 시에도, 용융 금속의 열로 인해 칸막이판(10)에 작용하는 열 팽창으로부터 유발된 코어(22)에 대한 손상 또는 균열의 발생을 방지하는 영역 역할을 한다. 부수적으로, 팽창 허용 공간(30)이 칸막이판(10)의 열 팽창을 허용하는 기능을 가지는 한, 팽창 허용 공간(30)의 형태 또는 위치는 주요 관심사가 아니며, 도 5 내지 도 9에 도시된 팽창 허용 공간(30)은 코어(22)내에 배치된 칸막이판(10)의 흡기측 말단부(Tb)에서의 코어(22)내에 형성된다.

이와 같은 팽창 허용 공간(30)은, 코어(22)를 형성할 시에 칸막이판(10)의 흡기측 말단부(Tb)의 근처로부터 몰드 샌드를 제거함으로써 형성된다. 도 9에 도시된 바와 같이, 두께(y 방향으로의 길이)가 칸막이판(10)의 판 두께(t)보다 더 크도록 배치되고, 칸막이판(10)의 흡기측 말단부(Tb)와 공간(30)의 바닥 간의 길이(L)가 용융 금속의 열로 인한 열 팽창에 의해 유발된 세로 방향(x 방향)으로의 칸막이판(10)의 연장을 흡수하는 값으로 설정되는 범위까지 팽창 허용 공간(30)은 일정한 비율로 결정된다.

따라서, 캐스팅 몰드(25)내에 배치되는 이와 같은 팽창 허용 공간(30)을 가진 코어(22)에 의해, 용융 금속을 공동부(26)내에 주입함으로써, 칸막이판(10)의 측면 가장자리(10a) 및 측면 돌출부(10b)가 캐스트인될 수 있고, 용융 금속을 응고함으로써, 측면 가장자리(10a) 및 측면 돌출부(10b)와 같은 이들 부분은 고정적으로 유지된다.

동시에, 칸막이판(10)은 용융 금속의 열로 인해 열 팽창하고, 이와 같은 열 팽창은 흡기측 말단부(Tb) 상에서 총체적으로 발생하며, 이 흡기측 말단부(Tb)는 팽창 허용 공간(30)내에서 팽창하기 쉬우며, 즉, 칸막이판(10)의 흡기측 말단부(Tb)는 단지 x 방향으로 슬라이드(팽창)한다. 결과적으로, 칸막이판(10)의 흡기측 말단부(Tb)를 향한 코어(22)에는 어떤 압력도 가해지지 않아, 본질적으로 코어(22)에는 어떤 균열 또는 손상이 발생하지 않는다.

또한, 코어(22)에는 칸막이판(10)의 흡기측 말단부(Tb)에서 샌드 벽 부분(24)이 형성되고, 팽창 허용 공간(30)의 양 단부는, 실질적으로 샌드 벽 부분(24)으로 커버된 상태에 있어, 용융 금속이 팽창 허용 공간(30)에 직접 들어가지 못하게 한다. 따라서, 용융 금속 주입의 경우, 어떤 용융 금속도 실질적으로 팽창 허용 공간(30)에 들어가지 않으며, 제각기 얇은 벽 및 연장된 구조에 형성되는 샌드 벽 부분(24)은 열 팽창이 발생하는 칸막이 벽(10)에 의해 파괴되어, 칸막이판(10)이 팽창 허용 공간(30)내로 슬라이드하도록 한다. 즉, 샌드 벽 부분(24)은 열 팽창으로부터 칸막이 벽(10)을 보호하는데 어떤 효과도 나타내지 못한다.

결과적으로, 중요한 위치를 형성하는 실린더측 말단부(Ta)의 위치가 유지되는 상태에서, 열 팽창은, 코어(22)에 대한 어떠한 손상 또는 균열없이 칸막이판(10)에서 발생하여, 실린더 헤드(1)를 캐스트 몰딩하기 위해 칸막이 벽(10)이 고 정밀도로 캐스트인하도록 한다.

그 후에, 코어(22)는 샌드로 형성되므로, 샌드는 코어(22)를 제거하기 위해 파괴된다.

결과적으로, 코어(22)내의 균열로부터 유발되는 어떤 버도(burr) 실린더 헤드(1)에서 발생하지 않아, 연속 성가진 디버링(deburring) 작업을 현저하게 감소시킬 수 있다.

도 10은 팽창 허용 공간(30)이 루스 피스(loose piece)(Pa)를 이용하여 형성되는 방법을 설명한 개략적 평면도이고, 도 11은 도 10의 선 C-C 상에 취해진 개략적 단면도이다.

팽창 허용 공간(30)에 대응하는 구성에서 팽창 허용 공간(30)을 형성하기 위해 코어(22)로부터 몰드 샌드를 제거할 필요성이 생기지만, 루스 피스(Pa)는 이 공간(30)을 형성하는 형성 부재로서 이용된다.

도 10의 평면도에 도시된 바와 같이, 특히, 도 11에 도시된 바와 같이, 각 루스 피스(Pa)는 공간(30)에 대응하는 사이즈를 가진 말단부를 가지며, 또한 말단부로부터 테이퍼된(tapered) 형태로 기울어진 상부면 및, 거의 수평면 상의 하부면을 가진 판을 포함한다. 공간(30)을 칸막이판(10)의 흡기측 말단부(Tb)에 형성하기 위해서는, 이 판을 코어(22)내에 배치하여, 이 코어(22)가 형성된 후에 제거한다. 부수적으로, 도면에서, 참조 부호("O")는 몰드 샌드를 흩날리는 샌드 블로잉(blowing) 구멍을 나타낸다.

특히, 코어(22)를 형성할 시와, 몰드 샌드가 코어(22)를 형성하도록 샌드 블로잉 구멍(O)을 통해 공동부내로 흩날려진 후에, 루스 피스(Pa)에는, 칸막이판(10)의 흡기측 말단부(Tb)와 맞물려 유지되는 각각의 말단부가 배치되어, 도 5에 도시된 코어 몰드(20)가 화살표(S1)로 도시된 바와 같은 방향으로 분리될 시에 코어 몰드(25)와 함께 제거되도록 분리되는 방향과 수직인 (도면의 화살표(S2)로 도시된 바와 같은) 방향으로 이동된다. 부수적으로, 도 10 및 도 11은, 루스 피스(Pa)가 흡기측 말단부(Tb)에 인접하여 유지되는 상태로부터 방향(S2)으로 루스 피스(Pa)를이동하는 상태를 도시한 것이다.

도 11에서, 선 T-T는 연속 단계에서 기계적으로 처리되는 표면을 나타내고, 코어(22)는 코어 프린트(22a)에 가까운 측에서 파괴되기가 비교적 쉽게 형성되며, 코어 프린트(22a)는 이와 같은 연속 기계적 처리 시에 제거된다. 코어가 이와 같이 손상될 경우에, 코어(20)가 기계적 처리를 반드시 행하는 적당한 영역을 갖도록 선택되면, 연속 보정은 쉽게 행해져, 결함있는 제품을 생산할 가능성을 줄일 수 있다.

특히, 루스 피스(Pa)는, 코어 몰드(20)가 분리되는 방향(S1)과 수직인 방향(S2)의 몰드로부터 분리되고, 팽창 허용 공간(30)은 도 11에 도시된 바와 같이 코어(22)에 배치된 칸막이판(10)의 흡기측 말단부(Tb)로부터 수평으로 연장하도록 형성된다. 도 12는 팽창 허용 공간이 다른 예를 설명한 개략적 평면도이고, 도 13은 도 12의 선 D-D 상에 취해진 개략적 단면도이다.

칸막이판(10)의 열 팽창량이 비교적 낮으므로, 팽창 허용 공간(30)은 칸막이판(10)의 표면 방향으로 연장하는 식으로 반드시 형성될 필요는 없다.

즉, 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, 코어 몰드(20)에는 부분적으로 돌편(Pb)이 형성되는데, 이 돌편에 의해, 코어 몰드(20)를 분리할 시에, 팽창 허용 공간(30)은 칸막이판(10)의 흡기측 말단부(Tb)로부터 상향-하향 방향으로, 즉, 도 13에 도시된 수직 방향으로 연장하도록 형성된다.

특히, 돌편(Pb)은, 코어 몰드(22)를 형성할 시에, 돌편(Pb)의 말단부가 칸막이판(10)의 흡기측 말단부(Tb)와 인접하여 유지되는 상태에서의 위치에 배치된다. 그 후, 몰드 샌드는 샌드 블로잉 구멍(O)을 통해 공동부 내로 흩날려져 코어(22)를 형성한 후에, 팽창 허용 공간(30)을 형성할 시에 돌편(Pb)에 대응하는 분리 결과를 위해 양 화살표(S1)로 도시된 바와 같이 코어 몰드(20)를 분할한다. 부수적으로, 코어 몰드(20)를 형성할 시에, 공간(30)의 측면으로부터 용융 금속의 진입을 막을 필요성이 있는 경우에, 공간(30)의 양 측면에는 샌드 벽 부분이 형성될 수 있다.

결과적으로, 도 8에 도시된 바와 같이, 코어(22)는 캐스팅 몰드(25)내에 배치되고 나서, 용융 금속이 주입된다. 이것이 발생할 시에, 용융 금속이 측면 영역으로부터 팽창 허용 공간(30)에 들어가는 가능성이 존재하면, 용융 금속은 (도시되지 않은) 분리 측면 몰드에 의해 폐쇄되는 공간(30)에 주입된다.

따라서, 수직으로 연장하는 공간(30)이 칸막이판(10)의 흡기측 말단부(Tb)에 형성되는 상태에서 용융 금속이 공동부내에 주입될 시에, 팽창 허용 공간(30)은 열 팽창으로부터 유발된 칸막이판(10)의 연장 길이보다 더 큰 체적을 가져, 칸막이판(10)의 열 팽창 체적을 흡수할 수 있다.

(제 2 실시예)

본 발명에 따른 제 2 실시예가 아래에 기술된다.

도 14는 본 실시예의 판 부재가 칸막이판의 단부에 위치되는 구조를 도시한 개략적 평면도이고, 도 15는 도 14의 선 E-E 상에 취해진 개략적 단면도이며, 도 16은 도 15의 필수 부분의 확대도이다.

도 14 내지 도 16에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 팽창 허용 공간(30)은 판 부재(32)를 이용하여 U형 단면 구성으로 형성되며, 이 구성은 칸막이판(10)의 흡기측 말단부(Tb)를 커버한다.

도 15에 도시된 바와 같이, 칸막이판(10)이 코어 몰드(20)에 예비로 배치되는 상태에서 코어(22)를 형성할 시에, 도 16에 상세히 도시된 바와 같이, 팽창 허용 공간(30)이 흡기측에 보다 근접한 칸막이판(10)의 단부 근처의 영역에 형성되도록 U형 바닥벽(32a)을 흡기측 상에 배치하는 식으로 본체부(32b)가 칸막이판(10)과 맞물리는 상태에서 판 부재(32)는 코어 몰드(20)의 공동부(21)의 원주 가장자리에 배치된다.

판 부재(32)는 칸막이판(10)과 동일한 재료로 제조될 수 있거나, 다른 금속, 또는 금속보다 열 저항성을 가진 세라믹과 같은 다른 재료로 형성될 수 있다. 판 부재(32)가 칸막이판(10)과 동일한 재료로 형성될 시에도, 판 부재(32)는 칸막이판(10)이 연장하는 방향에 대하여서는 칸막이판(10)보다 더 작아서, 용융 금속의 열로부터 유발된 판 부재(32)의 열 팽창은 실질적으로 무시될 수 있다. 더욱이, 판 부재(32)가 코어(22)로부터 돌출한 양 단부를 가지므로, 용융 금속은 판 부재(32)의 내부에 들어가고, 판 부재(32)의 양 측면은 원한다면 사이드 몰드로 폐쇄될 수 있다.

물론, 판 부재(32)로 형성되는 공간(30)은, 제 1 실시예를 참조로 기술된 길이(L) 및 두께(h)를 가진 치수로 구성될 수 있다.

따라서, 판 부재(32)를 이용하여 팽창 허용 공간(30)을 형성함으로써, 칸막이판(10)의 열 팽창을 흡수할 수 있을 뿐만 아니라, 공간(30)을 쉽게 형성할 수 있고, 코어(22)를 신속히 형성하면서, 작업 능력을 보다 개선할 수 있다.

도 17은 본 실시예의 판 부재가 칸막이판의 단부에 위치되는 변형된 형태의 구조를 도시한 필수 부분의 개략적 평면도이다.

즉, 판 부재(32)가 한 쌍의 코어(22)를 통해 코어(22)의 축에 수직인 방향(도 17의 수직 방향)으로 연장하여, 코어(22)내에 매몰(bury)되도록 제공되는 분리 피스로 분할될 수 있는 구조를 가진 판 부재(32)에는 어떤 제한도 의도되지 않는다.

이와 같이 행함으로써, 샌드 벽 부분(24)은 제각기 판 부재(32)의 단부 상에 형성되어, 본질적으로 코어(22)로 하여금 용융 금속이 판 부재(32)의 내부에 들어가지 못하게 하여, 작업 능력을 개선한다.

부수적으로, 본 실시예에서, U형 단면을 가진 판 부재(32)는 실린더 헤드를 형성한 후에 기계적 처리에 의해 제거된다.

(제 3 실시예)

본 발명에 따른 제 3 실시예가 아래에 기술된다.

도 18은 본 발명에 따른 본 실시예의 열 가용성을 가진 인서트(insert)가 코어내에 배치되는 구조를 도시한 개략적 단면도이다.

본 실시예에 의하면, 팽창 허용 공간(30)은 열 가용성 인서트(33)를 이용하여 형성되고, 인서트(33)는 칸막이판(10)의 흡기측 말단부(Tb)와 접촉하여 코어(22)내에 배치된다.

열 가용성 인서트(33)의 일례는 왁스, 스티렌 발포체(foam) 및 각종 플라스틱 발포체를 포함할 수 있다.

도 18에 도시된 바와 같이, 코어(22)내에 배치된 칸막이판(10)의 흡기측 말단부(Tb)에 용융 금속을 주입함으로써, 열 가용성 인서트(33)를 포함하는 코어(22)는 열 가용성 인서트(33)를 용융 금속의 열에 의해 용해하여, 코어(22)내에 몰드 샌드없이 소정의 공간(30)을 형성한다. 결과적으로, 용융 금속의 열로 인해 열 팽창되는 칸막이판(10)에 의해, 칸막이판(10)은, 코어(22)가 눌려질 가능성이 없거나, 균열이 발생하지 않고 공간(30)내로 평활하게 팽창한다.

인서트(33)가 열 가용성이고, 용융 금속에 의해 용해되는 인서트(33)로부터 생성하는 공간(30)에 용융 금속이 들어가지 못하게 하는 것이 바람직하지만, 코어(22)에는 샌드 벽 부분이 적당히 형성되어, 칸막이판(10)이 팽창하는 주기 동안에 용융 금속의 진입을 제한할 수 있다.

열 가용성 인서트(33)를 칸막이판(10) 상에 설치할 시에, 왁스로 형성되는 인서트(33)는 용해되어, 칸막이판(10)에 접촉됨과 동시에 왁스가 응고된다. 더욱이, 인서트(33)가 스티렌 발포체로 구성되면, 인서트(33)는 접착제를 이용하여 칸막이판(10)에 설치될 수 있거나, 칸막이판(10)에는 인서트(33)가 물리적으로 고정되는 노치가 형성될 수 있다.

게다가, 인서트(33)는, 용융 금속의 열로 인해 가용성이 있는 재료, 즉, 반드시 용해되어 소멸하는 재료로 형성될 뿐만 아니라, 칸막이판(10)의 열 팽창을 방해하지 않는 재료를 충분히 포함할 수 있다. 일례의 인서트(33)는 탄성 재료를 포함할 수 있다. 이 탄성 재료는 각종 직물(fabric), 펠트 및 스폰지 고무를 포함할 수 있다.

따라서, 탄성 재료로 제조되는 인서트(33)가 코어(22)내에 배치되는 상태에서 용융 금속을 코어(22)내에 배치된 칸막이판(10)의 흡기측 말단부(Tb)에 주입함으로써, 소정의 공간(30)이 최종 단계에서 코어(22)내에 형성되어, 어느 정도까지는 칸막이판(10)의 열 팽창을 허용하며, 탄성 재료는 본질적으로 변형하여 칸막이판(10)이 열 팽창하도록 한다.

탄성 재료를 칸막이판(10) 상에 설치할 시에, 탄성 재료는 물리적인 방식으로나 접착제를 통해 칸막이판(10) 상에 고정될 수 있다.

부수적으로, 상술한 본 실시예가 실린더 헤드의 형성에 관련되고, 칸막이판의 열 팽창에 관해 연구되었지만, 본 발명은 반드시 칸막이판에만 제한되지 않고, 금속판이 캐스팅 동작 중에 동시에 캐스트인하는 경우에 널리 적용될 수 있다. 또한, 팽창 허용 공간(30)은 흡기측 상에 배치되지만, 실린더측 상에도 배치될 수 있다.

이제는, 보다 상세한 예를 설명하기로 한다.

(예 1)

이 예에서, 팽창 허용 공간(30)은 도 10 및 도 11에 도시된 루스 피스(Pa)를 이용하여 형성되었다. 각종 칸막이판(10)은, 0.5 mm 이상이고, 3 mm 이하인 범위 내의 두께로 준비되었고, 코어 몰드(20)가 코어(22)를 형성할 시에 분리되는 방향과 거의 수직인 방향으로 루스 피스(Pa)를 이탈(pull out)하는 식으로 루스 피스(Pa)는 코어 몰드(20) 내에 배치되었다.

루스 피스(Pa)는 칸막이판(10)의 판 두께 보다 더 큰 두께의 말단부를 가졌고, 칸막이판(10)의 흡기측 말단부(Tb)로부터 시작하는 거의 0.5 내지 3 mm의 값의 길이의 공간(30)을 형성하는 구성을 가졌다. 또한, 코어(22)에는, 거의 1 mm 이상이고, 2 mm 이하인 두께를 가진 샌드 벽 부분(24)이 형성되었다.

코어가 형성된 후, 루스 피스(Pa)는 이탈되었고, 코어(22)는 실린더 헤드를 형성하는 캐스팅 몰드(25) 내에 배치되었으며, 용융 금속을 주입할 시에, 샌드 벽 부분(24)의 영향으로 인해 어떤 용융 금속도 공간(30)내에 들어가지 않았다. 더욱이, 칸막이판(10)은 용융 금속의 열로 인해 열 팽창하였고, 이 열 팽창이 공간(30)에서 흡수되어, 코어(22) 내에는 어떤 균열 또는 손상도 발견되지 않았다.

(예 2)

이 예에서, 팽창 허용 공간(30)은 도 12 및 도 13에 도시된 돌편(Pb)을 이용하여 형성되었다. 각종 칸막이판(10)은, 0.5 mm 이상이고, 3 mm 이하인 범위 내의 두께로 준비되었고, 돌편(Pb)은, 코어(22)를 형성할 시에 코어 몰드(20)의 돌편(Pb)이 칸막이판(10)의 단부와 접하여 유지되는 상태로 되었다.

돌편(Pb)은, 칸막이판(10)의 흡기측 말단부(Tb)로부터 시작하는 거의 0.5 내지 3 mm의 값의 길이의 공간(30)을 형성하는 구성을 가졌다.

코어가 형성된 후, 돌편(Pb)은 코어 몰드(20)와 함께 몰드로부터 제거되었고, 공간(30)이 형성된 코어(22)는 실린더 헤드를 형성하는 캐스팅 몰드(25) 내에 배치되었으며, 공간(30)의 상부면은 사이드 몰드로 폐쇄되었다. 용융 금속을 주입할 시에, 어떤 용융 금속도 공간(30)에 들어가지 않았고, 칸막이판(10)은 용융 금속의 열로 인해 열 팽창하였지만, 이 열 팽창이 공간(30)에서 흡수되어, 코어(22) 내에는 어떤 균열 또는 손상도 발견되지 않았다.

(예 3)

이 예에서, 팽창 허용 공간(30)은, 도 14 내지 도 16에 도시된 바와 같이, U형 단면에 형성된 비교적 긴 판 부재(32)를 이용하여 형성되었다. 각종 칸막이판(10)은, 0.5 mm 이상이고, 3 mm 이하인 범위 내의 두께로 준비되었고, 칸막이판(10)과 동일한 재료로 제조된 판 부재(32)가 이용되었고, 제각기 거의 0.5 내지 3 mm의 범위의 길이의 공간(30)을 형성하는 구성을 가졌다.

칸막이판(10) 및 판 부재(32)는 서로 맞물려, 이와 같은 상태에서, 이들은 코어(22) 내에 배치됨과 동시에, 코어(22)는 실린더 헤드를 형성하는 캐스팅 몰드 내에 배치되었지만, 판 부재(32)의 양 측면은 사이드 몰드로 폐쇄되었다. 용융 금속을 주입할 시에, 어떤 용융 금속도 판 부재(32)에 들어가지 않았고, 칸막이판(10)은 용융 금속의 열로 인해 열 팽창하였지만, 이 열 팽창이 U형 판 부재(32) 내에 형성된 공간(30)에서 흡수되어, 코어(22) 내에는 어떤 균열 또는 손상도 발견되지 않았다.

(예 4)

이 예에서, 팽창 허용 공간(30)은, 도 14 내지 도 16에 도시된 바와 같이, 제각기 U형 단면에 형성된 비교적 짧은 판 부재(32)를 이용하여 형성되었다. 각종 칸막이판(10)은, 0.5 mm 이상이고, 3 mm 이하인 범위 내의 두께로 준비되었고, 각종 U형 판 부재(32)는 칸막이판(10)과 동일한 두께를 가진 칸막이판(10)과 동일한 재료로 제조되었지만, 이 판 부재의 상부면은 1 mm 미만으로 제한하였으며, 즉, 0.5 mm 이상이고, 1 mm 이하인 범위 내의 두께가 칸막이판(10) 상에 설치됨과 동시에, 판 부재(32)는 제각기 거의 0.5 내지 3 mm의 범위의 길이의 공간(30)을 형성하는 코어(22)내에 배치되었다.

코어(22)는 실린더 헤드를 형성하는 캐스팅 몰드 내에 배치되어, 용융 금속이 주입되었다. 칸막이판(10) 및 코어(22)의 상태는 예 1과 동일하게 양호한 결과를 가졌다. 이 예에 의하면, 어떤 U형 판 부재(32)도 용융 금속으로 캐스트인되지 않았으므로, U형 판 부재(32)는 캐스트 몰딩 후에 이 용융 금속을 제거할 시에 코어와 함께 제거될 수 있었다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 실린더 헤드를 제조하는 방법에 의하면, 칸막이판이 실린더 헤드의 흡기 구멍 및 팽창 허용 공간을 형성하는 코어 내에 예비로 배치되어, 칸막이판의 열 팽창을 허용하고, 코어의 적어도 말단부를 칸막이판의 흡기측 상에 형성하는 영역 내에 형성되며, 칸막이판은 용융 금속의 열로 인한 열 팽창 중에 코어에 악영향을 미치지 않도록 하여, 실린더 헤드가 평활하게 형성되도록 할 수 있다. 즉, 용융 금속의 열로 인해 칸막이판에서 발생된 열 팽창의 존재에서도, 팽창으로부터 유발된 압력으로 인한 어떤 손상 또는 균열도 코어에서 생기지 않으며, 칸막이판은 본질적으로 고 위치 설정 정확도로 소정의 장소에 위치될 수 있다.

특히, 칸막이판은 흡기 구멍내에 배치되어, 실린더 내부에서, 텀블 흐름이 흡기측으로부터 실린더측으로 흐르는 공기 스트림에서 발생하도록 하며, 칸막이판의 단부가 위치되는 장소는 중요한 요소를 형성한다. 이 점에서, 코어 내의 팽창 공간을 칸막이판의 흡기측에 보다 근접한 장소에 형성함으로써, 칸막이판의 열 팽창의 존재에서도 실린더측에 보다 근접한 칸막이판의 터미널 장소가 소정의 장소에 유지될 수 있어, 흡기 텀블 흐름을 확실하게 강화시킬 수 있다.

더욱이, 코어에서 발생된 균열에 의해, 캐스트 몰딩으로부터 번거로운 디버링 작업을 생성하는 실린더 헤드 상에 버가 발생하지만, 팽창 허용 공간은 코어에서 균열의 발생을 막고, 연속 단계에서 어떤 디버링 작업이 요구되지 않는다. 또한, 팽창 허용 공간은 캐스팅 몰드에 단지 약간의 보정을 적용함으로써 형성될 수 있고, 실린더 헤드는 평활하게 제조되어, 양호한 작업 능력을 제공할 수 있다.

2003년 10월 20일 자로 출원된 일본 특허 출원 번호 TOKUGAN 2003-359929의 전체 내용은 여기서 참조로 포함된다.

본 발명이 본 발명의 소정의 실시예를 참조로 상술되었지만, 본 발명은 상술한 실시예로 제한되지 않는다. 상술한 실시예의 수정 및 변형은 요지의 견지에서 당업자에게는 이루어질 수 있다. 본 발명의 범주는 다음의 청구범위를 참조로 한정된다.

도 1은 본 발명에 따른 제 1 실시예의 엔진 실린더 헤드를 도시한 개략적 단면도.

도 2는 직교면 상에 취해지고, 도 1의 선 A-A상에 취해진 단면에 대응하는 본 실시예의 흡기 구멍의 단면도.

도 3은 도 1에 도시된 구조를 보다 상세히 도시하도록 본 실시예의 실린더 헤드내의 현재의 공기 흐름 상태를 설명한 개략도.

도 4는 도 3에서 Z 방향으로 관측되는 바와 같은 실린더 헤드의 개략적 평면도.

도 5는 본 실시예의 구멍 코어(port core)를 몰딩하는 몰드(mold)를 도시한 개략적 단면도.

도 6은 칸막이판을 노출시키도록 절단되는 본 실시예의 구멍 코어를 몰딩하는 몰드를 도시한 개략적 평면도.

도 7은 도 6에 도시된 필수 부분을 도시한 확대도.

도 8은 구멍 코어가 본 실시예의 실린더 헤드를 캐스트 몰딩(cast molding)하는 캐스팅 몰드내에 배치되는 상태를 설명한 개략적 단면도.

도 9는 도 7의 선 B-B 상에 취해진 개략적 단면도.

도 10은 팽창 허용 공간이 본 실시예의 루스 피스(loose piece)를 이용하여 형성되는 방법을 설명한 개략적 평면도.

도 11은 도 10의 선 C-C 상에 취해진 개략적 단면도.

도 12는 팽창 허용 공간이 본 실시예의 다른 예의 돌편(projection)을 이용하여 형성되는 방법을 설명한 개략적 평면도.

도 13은 도 12의 선 D-D 상에 취해진 개략적 단면도.

도 14는 본 발명에 따른 제 2 실시예의 판 부재가 칸막이판의 단부에 위치되는 구조를 도시한 개략적 평면도.

도 15는 도 14의 선 E-E 상에 취해진 개략적 단면도.

도 16은 도 15에 도시된 필수 부분을 도시한 확대도.

도 17은 본 실시예의 판 부재가 칸막이판의 단부에 위치되는 변형된 형태의 구조를 도시한 개략적 평면도.

도 18은 본 발명에 따른 제 3 실시예의 열 가용성 인서트(soluble insert)가 코어내에 위치되는 구조를 도시한 개략적 단면도.

Claims

흡기 구멍에 대한 칸막이판을 가진 실린더 헤드를 제조하는 방법에 있어서,

흡기측 말단부 및 실린더측 말단부를 가진 칸막이판을 준비하는 단계,

적어도 칸막이판의 흡기측 말단부가 용융 금속의 열에 의해 유발된 칸막이판의 열 팽창을 허용하는 팽창 허용 공간 내에 위치되도록 칸막이판을 흡기 구멍을 형성하는 코어내에 위치시키는 단계,

용융 금속을 칸막이판의 주변에 공급하는 단계,

상기 용융 금속을 응고시키는 단계 및,

상기 코어를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 실린더 헤드 제조 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 코어는 샌드 코어를 포함하는 것을 특징으로 하는 실린더 헤드 제조 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 칸막이판은 상기 흡기측 말단부와 상기 실린더측 말단부 사이로 연장하고, 캐스트 몰딩 동안에 용융 금속에 의해 캐스트인되는 한 쌍의 측면 가장자리를 포함하는 것을 특징으로 하는 실린더 헤드 제조 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 팽창 허용 공간은 열 팽창으로부터 유발된 상기 칸막이판의 두께 및 연장을 허용하는 치수를 가지는 것을 특징으로 하는 실린더 헤드 제조 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 팽창 허용 공간은 상기 칸막이판의 상기 흡기측 말단부에 연결되는 것을 특징으로 하는 실린더 헤드 제조 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 팽창 허용 공간은 상기 코어를 몰딩하는 코어 몰드가 분할되는 방향을 가로지르는 방향으로 자유롭게 제거할 수 있는 판 부재를 이용하여 형성되는 코어에 시간에 맞게 형성되는 것을 특징으로 하는 실린더 헤드 제조 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 팽창 허용 공간은 상기 코어를 형성하는 코어 몰드내에 배치된 돌편을 이용하여 형성되는 코어에 시간에 맞게 형성되는 것을 특징으로 하는 실린더 헤드 제조 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 팽창 허용 공간은 U형 단면에 형성된 판 부재를 이용하여 형성되는 코어에 시간에 맞게 형성되는데, 상기 판 부재에 의해 상기 칸막이판은 상기 칸막이판의 단부에 배치되는 상기 판 부재의 바닥 벽과 샌드위치되는 것을 특징으로 하는 실린더 헤드 제조 방법.
제 8 항에 있어서,

상기 U형 단면을 가진 상기 판 부재의 한 쌍의 측면 가장자리는 상기 코어 외부에 배치되는 것을 특징으로 하는 실린더 헤드 제조 방법.
제 8 항에 있어서,

상기 U형 단면을 가진 상기 판 부재는 상기 코어 내부에 배치되는 것을 특징으로 하는 실린더 헤드 제조 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 팽창 허용 공간은 상기 칸막이판의 단부 상에 배치되는 인서트를 이용하여 형성되는 코어에 시간에 맞게 형성되는 것을 특징으로 하는 실린더 헤드 제조 방법.
제 11 항에 있어서,

상기 인서트는 열 가용성이 있는 것을 특징으로 하는 실린더 헤드 제조 방법.
제 11 항에 있어서,

상기 인서트는 탄성 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 실린더 헤드 제조 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 팽창 허용 공간이 형성되는 상기 코어의 일부는 상기 용융 금속이 들어가지 못하게 제한하는 벽을 포함하는 것을 특징으로 하는 실린더 헤드 제조 방법.