KR20050037983A - 흡기 포트용 칸막이판, 흡기 포트 성형용 샌드 코어 및실린더 헤드 - Google Patents

Abstract

흡기 포트용 칸막이판(텀블판)은 실린더 헤드의 흡기 포트를 형성하는 흡기 포트 성형용 샌드 코어(포트 코어)에 미리 설치되고, 실린더 헤드의 주조 성형시에 캐스트-인되어, 흡기 포트를 복수의 포트로 칸막이한다. 칸막이판은 흡기 포트 성형용 샌드 코어에 대한 위치 이동을 방지시키는 이동 방지부가 구비된다.

Description

흡기 포트용 칸막이판, 흡기 포트 성형용 샌드 코어 및 실린더 헤드{Partition plate for intake port, intake port molding sand core and cylinder head}

본 발명은 흡기 포트용 칸막이판, 흡기 포트 성형용 샌드 코어(sand core) 및 실린더 헤드에 관한 것이다.

최근의 내연 기관의 실린더는 텀블판(tumbling plate)으로도 불리는 칸막이판을 갖는 실린더를 포함한다. 흡기 포트의 흡기측 단부에 배치된 유동 제어 밸브를 제어함으로써 흡기 포트로부터 실린더 보어(bore)로 유입된 흡기가 칸막이판에 의해 편류하여, 실린더 보어에서 발생한 텀블류(수직 소용돌이)를 강화하여, 연비 소비의 향상을 도모할 수 있다.

이 명세서에서는 칸막이판에 있어서, 공기와 연료 가스와 같은 흡기가 유입해 오는 측을 "흡기측", 그 대향측, 즉 실린더 보어측은 "실린더측"으로 기재된다.

실린더 헤드를 주조 성형할 때에, 금속제 칸막이판을 흡기 포트 성형용 샌드 코어에 위치하여, 칸막이판을 캐스트-인법으로 제조한다.

그러나, 전술의 방법은 칸막이판이 약한 상호 작용력으로 흡기 포트 성형용 샌드 코어에 유지된다. 따라서, 코어가 핸들링될 때에 의도하지 않은 힘이 가해지고 그 힘에 의해서 코어에 대한 위치 이동이 생길 수 있다. 코어에 대한 칸막이판의 위치 이동의 발생은 실린더 헤드의 주조 성형시에 흡기 포트에 대한 칸막이판의 위치 이동을 초래하여, 칸막이판이 기대되는 기능을 발휘할 수 없게 된다는 문제가 있다.

본 발명은 상기 상황의 관점에서 제공된다. 본 발명에 따르면, 주조품의 품질은, 흡기 포트 성형용 샌드 코어에 대한 칸막이판의 위치 이동을 방지하여 흡기 포트에 대한 칸막이판의 위치 이동을 크게 개선함으로써 향상 될 수 있다.

본 발명의 기술적 측면에 따르면, 실린더 헤드의 흡기 포트를 다수의 포트로 칸막이하는 흡기 포트용 칸막이판, 즉, 실린더 헤드의 흡기 포트를 형성하는 흡기 포트 성형용 샌드 코어에 미리 배치되고, 실린더 헤드의 주조 성형시에 캐스트-인되는 칸막이판에는 흡기 포트 성형용 샌드 코어에 대한 위치 이동을 방지시키는 이동 방지부가 제공된다.

본 발명의 제2 기술적 측면에 따르면, 실린더 헤드는 흡기 포트와, 칸막이판에는 흡기 포트 성형용 샌드 코어에 대한 위치 이동을 방지시키는 이동 방지부가 구비되어, 코어에 미리 위치하고, 실린더 헤드의 주조 성형시에 캐스트-인되어, 다수의 포트로 흡기 포트를 칸막이하는 흡기 포트의 칸막이판을 포함한다.

본 발명의 제3 기술적 측면에 따르면, 흡기 포트 내에 칸막이판을 갖는 실린더 헤드의 주조 성형법은 1) 실린더 헤드의 흡기 포트를 형성하는 흡기 포트 성형용 샌드 코어 내에 칸막이판을 위치시키는 단계와, 2) 칸막이판에 흡기 포트 성형용 샌드 코어에 대한 위치 이동을 방지시키는 이동 방지부를 구비시키는 단계와, 3) 외측으로 돌출하도록 이동 방지부의 양측 가장자리부에 캐스트-인하는 단계를 포함한다.

본 발명의 바람직한 실시 형태를 도면을 참조하여 설명한다.

(제1 실시 형태)

흡기 포트(14)용 칸막이판(100)을 갖는 실린더 헤드(10)가 기술된다. 이하에서 흡기 포트(14)용 칸막이판(100)은 텀블판(100)으로도 기재된다.

도 1은 엔진의 실린더 헤드(10)를 도시하는 개략 단면도이고, 도 2는 1차 축에 수직인 흡기 포트(14)의 단면도이며, 도 3은 실린더 헤드(10)에서 기류를 도시하는 개략도이며, 도 4는 도 3의 평면도이다.

도 1 및 도 3에 있어서, 실린더 헤드(10)가 실린더 블록(11)의 상부에 구비되고, 흡기 매니폴드(12)로부터 공기와 연료 가스를 포함하는 흡기류를 도입하는 흡기 포트(14)와, 실린더 보어(13)에서 연소된 후에 생성되는 배기 가스를 배출하는 배기 포트(15)를 갖는다. 도면에 도시된 엔진은 1개의 실린더와 4개의 밸브를 갖고, 2개의 흡기 밸브, 2개의 배기 밸브가 구비되어 있다.

흡기 포트(14)에서, 텀블판(100)이 흡기측(도 3의 외주연)으로부터 실린더측을 향하여 흡기의 흐름 방향(아웃라인 화살표)을 따라서 구비된다. 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 텀블판(100)의 흡기측에 제어 밸브(18)를 갖는 흡기 매니폴드(12)가 접속된다. 흡기 포트(14)가 텀블판(100)에 의해 상부 포트(14u)와 하부 포트(14d)로 분할되고, 하부 포트(14d)가 제어 밸브(18)에 의해 밀폐될 때, 흡기는 가속되어 상부 포트(14u) 내를 흘러, 실린더 보어(13)에서 강한 텀블(수직 소용돌이)의 형성을 촉진시킨다.

흡기 포트(14)에서, 실린더측의 통로가 크게 굴곡하고 있어, 텀블판(100)의 실린더측 단부(Ta)의 위치에 편차가 있으면, 기류의 특징이 바뀌어, 텀블(tumble)을 발생시키는 조건에 크게 영향을 미친다. 따라서 실린더측 단부(Ta)의 위치는 중요한 위치임을 의미한다.

한편, 텀블판(100)의 흡기측 단부(Tb)의 위치는 흡기가 분기하는 측면이고, 게다가, 제어 밸브(18)가 구비되는 곳이다. 따라서, 위치의 편차는 기류의 특징을 변화시키지 못하고, 일반적으로 실린더측 단부(Ta)의 위치보다 흡기측 단부(Ta)의 위치를 정밀하게 설정할 필요는 없다.

따라서, 전술한 바와 같이 실린더 보어(13)에서 소망의 텀블류를 형성하여 연료 소비의 개선을 이루기 위해서, 제약이 허용하는 한, 실린더측 단부(Ta)의 위치는 연소실 가까이에 배치시키는 것이 바람직하고, 즉, 연료 분사 범위 또는 밸브 작동 범위를 간섭하지 않는 한계 위치이다.

그러나, 전술한 바와 같은 일반적으로 사용되는 캐스트-인법에서, 흡기 포트 성형용 샌드 코어가 텀블판을 지지하는 힘은 약하여, 텀블판의 위치가 코어에 대하여 변하기 쉽다. 그 결과, 실린더 헤드의 주조 성형시에 흡기 포트(14)에 대한 텀블판(14)의 위치 이동도 발생하기 쉽다. 그러므로, 연료 분사 범위 또는 밸브 작동 범위를 간섭하지 않는 한계 위치에 실린더측 단부(Ta)를 위치시키는 것이 어렵다.

본 실시 형태에 따르면, 흡기 포트 성형용 샌드 코어에 대한 텀블판의 위치 이동은 실린더 헤드(10)의 주조 성형시에 방지되는데, 주조 성형 후의 흡기 포트에 대한 텀블판의 위치는 조절되고, 텀블판(100)의 실린더측 단부(Ta)가 도 10(a)-도 10(d)에 도시된 바와 같이 연료 분사 범위 또는 밸브 작동 범위를 간섭하지 않는 한계 위치에 위치시킬 수 있다.

도 5(a) 및 도 5(b)는 제1 실시 형태의 텀블판(100)을 도시하는 평면도 및 측면도이다. 도 5(a)에서, 실린더 헤드에 의해 캐스트-인되었을 때의 흡기의 흐름 방향은 x축으로 표시되고, x축과 직교하는 텀블판의 폭 방향은 y축으로 표시되었다.

도 5(a) 및 도 5(b)에 도시된 바와 같이, 본 실시 형태의 텀블판(100)은 실린더 헤드(10)의 흡기 포트(14)를 형성하는 후술의 흡기 포트 성형용 샌드 코어(200, 도 6 참조)에 미리 위치하고, 실린더 헤드(10)의 주조 성형시에 캐스트-인된다. 텀블판(100)은 실린더 헤드(10)의 흡기 포트(14)를 다수의 포트(상부 포트(14u,), 하부 포트(14d))로 나누는 기능을 실시한다. 텀블판(100)에서, 흡기 포트 성형용 샌드 코어(200)에 대한 위치 이동을 방지시키는 이동 방지부(140)가 구비된다. 이하에서는 텀블판(100)이 미리 위치하는 흡기 포트 성형용 샌드 코어(200)를 포트 코어(200)로 기재한다.

보다 구체적으로, 텀블판(100)은 박형의 대략 직사각 형상이고, 실린더 헤드(10)가 주조될 때에 용융 금속에 캐스트-인되는 양측 가장자리부(Tc)와, 양측 가장자리부(Tc)에 연속하는 동시에 흡기 포트(14)의 흡기 흐름의 상류측에 배치되는 흡기측 단부(Tb)와, 양측 가장자리부(Tc)에 연속하는 동시에 흡기 흐름의 하류측에 배치되는 실린더측 단부(Ta)가 구비된다. 양측 가장자리부(Tc)의 내부는 흡기 포트(14)를 칸막이하는 칸막이부(103)로 작용한다. 도면에서, 부호 101, 102는 양측 가장자리부(Tc)에서의 측단면(101)과 두께 방향에서의 단면(102)을 각각 나타낸다.

재활용을 고려하여 알루미늄 합금이 텀블판(100)의 재료로 사용되는 것이 바람직하다.

텀블판(100)의 두께는 흡기 포트(14)의 흡기 순환에 대하여 저항을 일으키지 않도록 감소되는 것이 바람직하다. 그러나, 텀블판(100)의 재료가 알루미늄 합금인 경우에 열 처리시에 실린더 헤드(10) 주조품의 열 변형을 방지할 필요를 고려하여 약 1.5㎜ 이상이 바람직하다.

이동 방지부(140)가 용융 금속에 캐스트-인되는 양측 가장자리부(Tc)에 연속하는 실린더측 단부(Ta)와 흡기측 단부(Tb)에 형성되고, 성형용 샌드 코어에 위치하는 단차부(141, 142)를 갖는다. 단차부(141, 142)는 실린더측 단부(Ta)의 양측 가장자리부(Tc)에 인접하여 배치된다. 도면에서, 실린더측 단부(Ta)의 단차부(141)는 양측 가장자리부(Tc)에 인접하여 위치하고, 하류측으로 돌출하는 한 쌍의 돌출부(141a)를 구비한다. 반면에, 흡기측 단부(Tc)의 단차부(142)는 양측 가장자리부(Tc)에 인접하여 위치하고, 상류측으로 돌출하는 한 쌍의 돌출부(142a)를 갖는다. 단차부(141, 142)는 텀블판(100)의 흡기의 흐름 방향(x)을 따라서 연장되고 x축에 대하여 경사진다. 이동 방지 기능을 하는 단차부(141, 142)의 길이와 흡기의 흐름 방향(x)에 대한 경사각은, 텀블판(100)을 포트 코어(200)에 유지시키는데 요구되는 힘과, 텀블판(100)을 포트 코어(200)에 위치시키데 요구되는 정밀도에 기인하여 변화시킬 수 있다.

텀블판(100)의 흡기측 단부(Tb)의 돌출부(142a)는 모서리가 둥글게 이루어진다. 그 이유는 실린더 헤드(10)의 주조 성형 후의 후가공에서, 흡기 매니폴드(12)가 접속되는 실린더 헤드(10)의 단면이 컷터 등으로 가공되는 경우가 있기 때문이다. 그러한 경우에 텀블판(100)의 흡기측 단부(Tb)는 보다 완만하게 절삭될 수 있어, 가공동안 발생하는 리턴 버어(return burr)가 억제될 수 있다.

텀블판(100)의 제조법은 특별히 제한되지 않는다. 그러나, 텀블판(100)은 동일한 품질에 저렴한 비용으로 제조되는 관점에서 프레스 성형으로 제조된다.

도 6(a) 및 도 6(b)는 제1 실시 형태의 텀블판(100)이 미리 위치하는 포트 코어(200)를 도시하는 평면도 및 측면도이다. 또, 도 7은 포트 코어(200)의 주조에 사용되는 주형(300)을 도시하는 개략 단면도이고, 도 8은 포트 코어(200)를 주조하는 주형을 파단하여 노출되는 텀블판(100)을 도시하는 평면도이다. 포트 코어(200)를 주조하는 주형(300)은 이하에서 코어 주형(300)으로 기재된다.

실린더 헤드(10)의 주조 성형시에, 도 6에 도시된 포트 코어(200)의 주조는 우선 도 7에 도시된 코어 주형(300)을 사용하여 실시된다.

포트 코어(200)가 도 9에 도시된 실린더 헤드(10)를 주조 성형하는 주형(400)에 위치하고, 실린더 헤드(10)의 흡기 포트(14)가 성형된다.

포트 코어(200)는 전술한 텀블판(100)이 양측 가장자리부(Tc)에서 용융 금속에 캐스트-인되도록 외측으로 돌출하고, 단차부(141, 142)가 코어 샌드(210)에 위치하여, 미리 위치한다.

외측으로 돌출하는 텀블판(100)의 양측 가장자리부(Tc)는 용융 금속에 캐스트-인될 때에 텀블판(100)의 유지를 확실하게 하는 부분이다. 캐스트-인 마진(cast-in margin)은 예를 들면 약 2㎜ 정도로 설정된다.

코어 주형(300)은 코어 상부 주형(301)과 코어 하부 주형(302)으로 구성되는 다수의 부분 주형을 포함한다. 전술한 부분 주형은 서로 인접하고, 포트 코어(200)를 형성하는 공동(303)이 내부에 형성된다. 공동(303)에서 코어 샌드가 주입되고, 밀착되어 포트 코어(200)를 형성한다.

도 8에 도시된 바와 같이, 코어 주형(300)에 텀블판(100)이 미리 위치한 상태에서 코어 샌드가 주입되어 포트 코어(200)가 주조된다. 텀블판(100)이 코어 주형(300)에서 이동되지 않도록 위치하고, 코어 주형(300)의 주형 접합면에 형성된 자리에 위치된다. 구체적으로, 텀블판(100)이 코어 하부 주형(302)의 공동의 가장자리에 위치하는 상태로 지지된다.

코어 주형(300)에서 주조된 포트 코어(200)는 도 7에 화살표로 도시된 분할방향(D)으로 코어 하부 주형(302)과 코어 상부 주형(301)과 같은 부분 주형을 분할함으로써 코어 주형(300)으로부터 취출된다. 도 7에서 부호 201은 스커팅 보드(skirting board)를 나타낸다.

이렇게 주조되는 포트 코어(200)에서, 텀블판(100)의 단차부(141, 142)가 포트 코어(200)를 형성하는 코어 샌드(210)에 위치하여 배치된다. 단차부(141, 142)를 상기 방식으로 배치시킴으로써, 실린더측 단부(Ta)의 코어 샌드(210)로의 진입 길이(bite length)와 흡기측 단부(Tb)의 코어 샌드(210)로의 진입 길이가 길어진다. 단차부(141, 142)가 x축 방향으로 연장함에 따라서, 코어 샌드부로의 진입 길이가 더욱 길어진다. 따라서, 코어 샌드(210)의 상호 작용력과 코어 샌드부와 텀블판(100)의 상호 작용력에 더하여, 텀블판(100)을 포트 코어(200)에 대하여 유지시키기 위한 유지력에 포트 코어(200)의 항절력(transverse rupture strength)을 이용하는 것이 가능하다. 따라서, 포트 코어(200)에 대한 텀블판(100)의 유지력이 증가된다. 또, 단차부(141, 142)는 y축 방향으로 코어 샌드(210)에 대하여 저항벽으로 작용한다.

그러므로, 실린더측 단부(Ta)와 흡기측 단부(Tb)가 선형 형상으로 형성되는 경우와 비교하여, 텀블판(100)은 x축 방향을 따르는 힘과 y축 방향을 따르는 힘에 대하여 충분한 저항을 할 수 있다. 포트 코어(200)를 핸들링할 때에 의도하지 않은 힘이 가해지는 경우라도, 포트 코어(200)에 대한 텀블판(100)의 위치 이동이 방지될 수 있다. 또한, 포트 코어(200)에 대한 텀블판(100)의 위치 이동이 발생하지 않기 때문에 포트 코어(200)로부터 외측으로 돌출하는 캐스트-인 마진을 확실하게 확보할 수 있다.

도 9는 실린더 헤드(10)를 주조 성형하는 주형(400)에 포트 코어(200)가 위치하는 상태를 도시하는 단면도이다.

도 9에 도시된 바와 같이, 포트 코어(200)는 실린더 헤드(10)를 주조 성형하는 주형에 통합된다. 상기 주형(400)은 상부 주형(401), 하부 주형(402), 및 측면 주형(403)을 포함한다. 포트 코어(200)가 하부 주형(402)과 측면 주형(403) 사이에 지지되고, 상부 주형(401)에 의해 피복될 때, 실린더 헤드(10)를 주조 성형하기 위한 공동(404)이 내부에 형성된다. 도면 부호 405는 워터 자켓 주조용 코어를 나타낸다. 예를 들면 저압 주조법이 채용될 수 있다.

이 상태에서, 알루미늄 합금 또는 다른 금속을 포함하는 용융 금속이 도시되지 않은 탕구(sprue)로부터 공동(404) 내로 유입될 때, 텀블판(100)이 양측 가장자리부(Tc)에서 캐스트-인된다. 이어서, 용융 금속이 응고하면, 양측 가장자리부(Tc)의 전체가 고정되어, 도 1에 도시된 바와 같은 실린더 헤드(10)가 형성된다.

본 실시 형태에서, 텀블판(100)의 실린더측 단부(Ta)와 흡기측 단부(Tb)에 코어 샌드(210)에 위치하게 되는 단차부(141, 142)를 갖는 이동 방지부(140)가 구비된다. 포트 코어(200)에 대한 텀블판(100)의 위치 이동은 이동 방지부(140)에 의해 방지되므로, 포트 코어(200)가 주형(400)에 통합되는 경우에 텀블판(100)이 주형에서 설계상의 정규 위치에 배치될 수 있다. 이에 의해, 텀블판(100)의 양측 가장자리부(Tc)가 용융 금속에 캐스트-인될 때에 흡기 포트(14)에 대한 텀블판(100)의 위치가 규제될 수 있고 텀블판(100)이 실린더 헤드(10)에서 설계상의 소망 위치에 배치될 수 있다.

도 10(a) 및 도 10(b)는 멀티 포인트 분사형 연료 분사 장치가 통합되는 실린더 헤드(10)에서의 흡기 포트(14)를 도시하는 개략 평면도 및 개략 단면도이고, 도 10(c) 및 도 10(d)는 싱글 포인트 분사형(SPI) 연료 분사 장치가 통합되는 실린더 헤드(10)에서의 흡기 포트(14)를 도시하는 개략 평면도 및 개략 단면도이다.

본 실시 형태에서, 흡기 포트(14)에 대한 텀블판(100)의 위치가 규제되기 때문에, 텀블판(100)의 실린더측 단부(Ta)는 연료 분사 범위 또는 밸브 제어범위를 간섭되지 않는 한계 위치에 위치할 수 있다.

구체적으로, 도 10(a) 및 도 10(b)에 도시된 바와 같이, MPI형 장치가 통합되는 실린더 헤드(10)에서, 실린더측 단부(Ta)는 연료 분사 범위를 간섭되지 않는 한계 위치에 위치할 수 있다. 또한, 도 10(c) 및 도 10(d)에 도시된 바와 같이, SPI형 연료 분사 장치가 통합되는 실린더 헤드(10)에서, 실린더측 단부(Ta)는 밸브 작동 범위(22)를 간섭하지 않는 한계 위치에 위치할 수 있다. 어느 쪽의 경우에서도, 텀블판(100)의 단차부(141, 142)는 연료 분사 범위 또는 밸브 작동 범위를 간섭하지 않는다. 실린더측 단부(Ta)를 연료 분사 범위 또는 밸브 작동 범위를 간섭하지 않는 한계 위치에 위치시킴으로써, 실린더 보어(13)에서 소망의 텀블류를 확실하게 형성할 수 있어, 연료 소비 등이 확실하게 개선된다.

전술한 바와 같이, 본 실시 형태에 따르면, 포트 코어(200)에 대한 텀블판(100)의 위치 이동을 방지함으로써, 흡기 포트(14)에 대한 텀블판(100)의 위치 이동이 크게 개선될 수 있다. 양측 가장자리부의 캐스트-인 마진이 일정하게 유지되기 때문에, 어느 한 쪽의 캐스트-인 마진이 작아져서 포트를 충분하게 칸막이하는 일은 없다. 그러므로, 텀블판(100)은 흡기 포트(14)를 확실히 칸막이할 수 있다. 텀블판(100)의 위치가 안정하기 때문에, 편류인 텀블류가 안정되고, 연료 소비도 안정되어, 실린더 헤드(10)의 품질이 개선된다. 또, 텀블판(100)의 실린더측 단부(Ta)가 연료 분사 범위(21) 또는 밸브 작동 범위(22)를 간섭하지 않는 한계 영역에 위치할 수 있고, 실린더 보어(13)에서 소망의 텀블류가 형성될 수 있어, 연료 소비가 더욱 개선된다.

한편, 텀블판의 캐스트-인부가 제품에 융착되어 있지 않으므로, 캐스트-인부는 제품 형태에서 노치(notch) 형상을 갖는다. 텀블판(100)의 위치가 흡기 포트(14)에 대하여 이동될 때에, 캐스트-인 마진이 커지는 측면에서 노치의 형상이 커져서, 응력이 집중하여 강도의 저하를 초래할 우려가 있다. 본 실시 형태에서, 양단의 캐스트-인 마진이 일정하게 유지되기 때문에, 전술한 강도 저하는 일어나지 않는다.

도 11(a) 및 도 11(b)는 단차부의 형성 위치를 변경한 텀블판(100b, 100c)을 도시하는 평면도이다.

본 발명은, 이동 방지부(140)로 작용하는 단차부(141, 142)가 텀블판(100)의 실린더측 단부(Ta)와 흡기측 단부(Tb)의 양쪽에 구비되는 경우에 한정되지 않는다. 포트 코어(200)에 대한 텀블판(100)의 위치 이동이 방지된다면, 이동 방지부(140)가 실린더측 단부(Ta) 또는 흡기측 단부(Tb)의 어느 한 쪽에 구비될 수도 있다. 예를 들면, 도 11(a)에 도시된 바와 같이, 이동 방지부(140)로 작용하는 단차부(141)가 실린더측 단부(Ta)에만 배치될 수 있고, 도 11(b)에 도시된 바와 같이 이동 방지부(140)로 작용하는 단차부(142)가 흡기측 단부(Tb)에만 배치될 수 있다. 상술의 어느 한 쪽의 경우가 채용될 수 있다.

상술의 어느 한 쪽의 경우에, 포트 코어(200)에 대한 텀블판(100b, 100c)의 위치 이동을 방지함으로써, 흡기 포트(14)에 대한 텀블판(100b, 100c)의 위치 이동이 크게 개선될 수 있어, 제품의 품질이 개선될 수 있다. 또, 텀블판(100b, 100c)의 실린더측 단부(Ta)가 연료 분사 범위(21) 또는 밸브 작동 범위(22)를 간섭하지 않는 한계 위치에 위치할 수 있고, 실린더 보어(13)에서 소망의 텀블류를 형성할 수 있어, 연료 소비가 더욱 개선될 수 있다.

(제2 실시 형태)

도 12(a) 및 도 12(b)는 제2 실시 형태에 따른 텀블판(100d)을 도시하는 평면도이고, 텀블판(100d)이 미리 위치하는 포트 코어(200d)를 도시하는 평면도이다. 제2 실시 형태의 텀블판(100d, 100e)은 이동 방지부(140)로 작용하는 단차부(143, 144)가 실린더측 단부(Ta)의 중심부에 위치하는 점에서, 제1 실시 형태와 상위하다.

이동 방지부로 작용하는 단차부는 실린더측 단부(Ta) 및/또는 흡기측 단부(Tb)의 양측 가장자리부(Tc)에 인접하여 배치되는 경우에 한정되지는 않으나, 실린더측 단부(Ta) 및/또는 흡기측 단부(Tb)의 대략 중심에 배치될 수도 있다.

본 실시 형태에서, 도 12(a) 및 도 12(b)에 도시된 바와 같이, 단차부(143)는 실린더측 단부(Ta)의 중심부에 배치되고 하류측으로 돌출하는 하나의 돌출부(143a)를 구비한다.

(제3 실시 형태)

도 13(a) 및 도 13(b)는 제3 실시 형태에 따른 텀블판을 도시하는 평면도이고, 텀블판(100e)이 미리 위치하는 포트 코어(200e)를 도시하는 평면도이다.

제3 실시 형태의 텀블판(100d, 100e)은 이동 방지부(140)로 작용하는 단차부(143, 144)가 실린더측 단부(Ta)의 중심부에 위치하는 점에서, 제1 실시 형태와 상위하다.

또한, 제3 실시 형태에서는, 도 13(a) 및 도 13(b)에 도시된 바와 같이, 단차부(144)가, 상류측으로 오목하도록 실린더측 단부(Ta)의 중심부에 위치하는 하나의 오목부(144a)를 갖게 하여 형성된다.

제2 실시 형태 또는 제3 실시 형태의 어느 경우에 있어서, 텀블판(100d, 100e)의 단차부(143, 144)가 포트 코어(200d, 200e)를 형성하는 코어 샌드(210)에 위치하여 배치된다. 단차부(143, 144)가 이런 방법으로 배치되는 경우에도, 포트 코어(200d, 200e)에 대한 텀블판(100d, 100e)의 위치 이동은 포트 코어(200d, 200e)가 핸들링될 때에 의도하지 않은 힘이 작용하는 경우라도 방지될 수 있다.

제2 실시 형태와 제3 실시 형태에 따르면, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 포트 코어(200d, 200e)에 대한 텀블판(100d, 100e)의 위치 이동을 방지함으로써, 흡기 포트(14)에 대한 텀블판(100d, 100e)의 위치 이동이 크게 개선될 수 있어, 제품의 품질이 개선될 수 있다. 또, 텀블판(100d, 100e)의 실린더측 단부(Ta)가 연료 분사 범위(21) 또는 밸브 작동 범위(22)를 간섭하지 않는 한계 위치에 위치할 수 있고, 실린더 보어(13)에서 소망의 텀블류를 형성할 수 있어, 연료 소비가 크게 개선될 수 있다.

또, 제1 실시 형태의 변형에 설명한 것과 마찬가지로, 이동 방지부(140)로 작용하는 단차부(143, 144)가 실린더측 단부(Ta)뿐만 아니라 흡기측 단부(Tb)의 중심부 또는 흡기측 단부(Tb)의 대략 중심부에 구비된다.

또, 단차부가 실린더측 단부(Ta)의 양측 가장자리부(Tc)에 인접한 부분에 배치되는 반면, 단차부는 또한 흡기측 단부(Tb)의 중심부에 배치된다.

(제4 실시 형태)

도 14(a) 및 도 14(b)는 제4 실시 형태의 텀블판(100f)이 미리 위치하는 포트 코어(200f)를 도시하는 평면도 및 측면도이다.

본 실시 형태의 텀블판(100f)은, 포트 코어(200f)에 대한 텀블판(100f)의 위치 이동을 방지시키는 이동 방지부(140)에 덧붙여, 용융 금속의 응고를 촉진하는 촉진부(110)가 양측 가장자리부(Tc)의 측단면(101)에 구비되는 점에서, 제1 실시 형태와 상위하다. 다른 구조는 제1 실시 형태와 같다.

전술한 바와 같이, 텀블판(100f)의 실린더측 단부(Ta)의 위치는 텀블류를 발생시키는 조건에 크게 영향을 미치기 때문에 중요한 위치이다.

본 실시 형태에서, 실린더 헤드(10)를 주조하는 경우에, 텀블판(100f)의 실린더측 단부(Ta)가 정위치에 고정되고, 텀블판(100f)의 흡기측 단부(Tb)가 비교적 자유롭게 위치한다. 그러므로, 용융 금속의 유입시에 텀블판(100f)이 열적으로 영향을 받는 경우라도, 흡기측 단부(Tb)가 열 영향을 흡수할 수 있다.

촉진부(110)의 각각이 양측 가장자리부(Tc)의 측단면(101)의 각 부분에 형성되고, 본 실시 형태에서, 상기 부분은 실린더측 단부(Ta)에 인접하는 부분이 되도록 선택된다. 촉진부(110)는 양측 가장자리부(Tc)의 측단면(101) 상에 형성된 오목부(111)를 포함한다. 오목부(111)는 반원호 형상이다. 촉진부(110)로 작용하는 오목부(111)는, 텀블판(100f)에 요구되는 위치 정밀도 및 텀블판(100f)의 열 팽창을 고려하여, 표면의 오목 형상, 수, 설치 위치 및 설치 밀도 등을 변화시킬 수 있는 것은 말할 필요도 없다.

설명을 단순화시키기 위해서, 텀블판(100f)의 양측 가장자리부(Tc)의 부분에서, 촉진부(110)를 구비한 부분을 "응고 촉진부(a)"로 그리고 촉진부(110)를 구비하지 않는 부분을 "평활부(b)"로 부른다.

촉진부(110)는, 다른 부분(평활부(b)) 근방의 용융 금속의 응고에 대하여 촉진부(110)를 구비한 부분(응고 촉진부(a)) 근방의 용융 금속의 응고를 촉진시킴으로써 흡기 포트(14)에 대한 텀블판(100f)의 위치를 고정시키는 기능을 실시한다.

전술한 촉진부(110)를 구비하는 텀블판(100f)이 미리 위치한 포트 코어(200f)는 주형(400)에 통합되고, 용융 금속이 공동(404)에 유입될 때에, 텀블판(100f)이 양측 가장자리부(Tc)에 캐스트-인되어, 용융 금속이 응고됨에 따라서 양측 가장자리부의 전체가 고정된다.

여기서, 양측 가장자리부(Tc)에서의 실린더측 단부(Ta)에 인접한 응고 촉진부(a)는 오목부(111)의 존재에 의해 평활부(b)에 비해 단위 길이당 용융 금속과 접촉 면적이 넓다. 따라서, 텀블판(100f)의 양측 가장자리부(Tc)가 주조될 때에, 응고 촉진부(a) 근방의 용융 금속이 평활부(B) 근방의 용용 금속에 비해 신속하게 냉각되어, 용융 금속의 응고를 촉진시킨다. 또, 오목부(111)의 존재에 의해 용융 금속이 통과할 때에 통로 저항이 증가하여, 응고 촉진부(a) 근방의 용융 금속이 평활부(b) 근방의 용융 금속에 비해 상대적으로 체류하기 쉬워, 용융 금속의 응고를 촉진시킨다.

응고 촉진부(110)에 의한 용융 금속을 급속하게 냉각시키는 작용과 용융 금속을 체류시키는 작용이 협력하여, 응고 촉진부(a) 근방의 용융 금속의 응고는 평활부(b) 근방의 용융 금속의 응고보다 더욱 촉진된다. 그러므로, 양측 가장자리부(Tc)는 평활부(b)보다도 먼저 고정되고, 흡기 포트(1)에 대한 텀블판(100f)의 위치가 규제된다. 또한, 오목부(111)의 존재에 의해, 텀블판(100f)의 이동에 대하여 야기된 반응고 상태의 용융 금속의 저항도 증가된다. 이러한 관점에서, 텀블판(100f)이 이동하기 어려워, 텀블판(100f)의 이동이 방지된다. 본 실시 형태에서, 실린더측 단부(Ta)에 인접한 부분은 양측 가장자리부(Tc)에서의 흡기측 단부(Tb)에 인접한 부분보다 먼저 고정된다. 그러므로, 흡기 포트(14)에 대한 실린더측 단부(Ta)의 위치 이동이 방지될 수 있다.

또한, 응고 촉진부(a) 근방의 용융 금속의 응고가 촉진되기 때문에, 샌드 또는 수지 막의 작은 양이 양측 가장자리부(Tc)에 잔존할 때라도, 기밀성이 확실하게 유지되어, 텀블판(100f)의 고정이 확실한 것으로 된다. 그러므로, 주조 완성 후에 제품으로서 실린더 헤드(10)에서, 텀블판(100f)의 제품에서의 움직임의 발생이 크게 감소될 수 있다.

또, 양측 가장자리부(Tc)의 응고 촉진부(a)가 먼저 고정되고, 평활부(b)가 촉진부(a)보다 비교적 나중에 고정된다. 그러므로, 텀블판(100f)이 용융 금속의 열에 의해 열 팽창하는 방향은 용융 금속이 응고하기 시작한 응고 촉진부(a)로부터 용융 금속이 비응고 상태로 잔류하는 평활부(b)를 향하는 한 방향으로 한정되거나 제어될 수 있다. 본 실시 형태의 텀블판(100f)에서, 실린더측 단부(Ta)의 쪽이 먼저 고정되기 때문에, 텀블판(100f)이 열 팽창하는 방향은 흡기측 단부(Tb)를 향하는 방향으로 한정될 수 있다. 텀블판(100f)의 열 팽창이, 용이하게 팽창하는 흡기측 단부(Tb)에 집약되기 때문에, 포트 코어(200f)는 실린더측 단부(Ta)에 의해서 가압되지 않는다. 그러므로, 크랙 또는 파손이 흡기 포트(14)를 주조하기 위한 포트 코어(200f)의 중요한 영역에서 발생되지 않는다.

텀블판(100f)의 열 팽창이 큰 경우라도, 포트 코어(200f)가 흡기측 단부(Tb)에 의해서 가압되기 때문에, 포트 코어(200f)에서 발생하는 크랙이 스커팅 보드(201)측에 유도 내지 유발될 수 있다. 포트 코어(200f)의 크랙에 의해 야기된 버어(burr)가 주조 완성 후의 제품으로서의 실린더 헤드(10) 내에 발생하지 않고, 제품 형태의 외측 부분에서 발생한다. 따라서, 이후에 버어 제거 작업이 단순화되거나 없어질 수 있다.

전술된 바와 같이, 제4 실시 형태에 따르면, 포트 코어(200f)에 대한 텀블판(100f)의 위치 이동은 텀블판(100f)에 구비된 이동 방지부(140)에 의해 방지될 수 있고, 또, 텀블판(100f)이 열 팽창하는 경우라도, 텀블판(100f)이 중요한 위치인 실린더측 단부(Ta)의 위치가 유지된 상태에서 정밀하게 캐스트-인되게 된다. 따라서, 흡기 포트(14)에 대한 텀블판(100f)의 위치 이동은 더욱 개선될 수 있고, 제품 내에서의 움직임의 발생을 충분히 억제함으로써 제품의 품질이 개선될 수 있고, 또, 포트 코어(200f)의 크랙에 의해 야기된 버어(burr) 발생부가 한정적인 것이 되어, 이후에 버어 제거 작업이 단순화될 수 있다.

한편, 흡기 포트(14) 및 연료 분사 장치 구조 형태에 따르면, 텀블판의 흡기측 단부(Tb)의 위치 정밀도를 높이는 것이 요청되는 경우가 있다. 이 경우에, 용융 금속의 응고를 촉진시키는 촉진부(110)가 흡기측 단부(Tb)에 인접한 부분에 구비되어, 흡기측 단부(Tb)의 위치 정확성이 크게 개선될 수 있다. 또한, 촉진부(110)가 양측 가장자리부(Tc)의 두께 방향에서 측단면(102) 상에 구비될 수 있다. 또, 촉진부(110)가 용융 금속의 응고가 촉진되는 한, 적당한 구조 및 형상을 채용할 수 있고, 예를 들면 돌출부, 돌출 및 오목부 및 관통 구멍이어도 된다.

본 발명에 따르면, 흡기 포트 성형용 샌드 코어에 대한 흡기 포트용 칸막이판의 위치 이동이 이동 방지부에 의해서 방지될 수 있어, 실린더 헤드가 주조 성형될 때에, 흡기 포트에 대한 칸막이판의 위치가 안정적으로 규제되어, 칸막이판의 위치 이동이 크게 개선될 수 있고, 제품의 품질이 개선될 수 있다. 또한, 제품에서 칸막이판의 캐스트-인 마진이 일정하게 유지될 수 있어, 칸막이판이 흡기 포트를 확실하게 칸막이할 수 있고, 흡기 포트에서의 흡기의 편류가 안정화될 수 있다.

본 출원은 35USC §119하에서 일본국 특허 출원 제2003-359933(2003, 10, 20 출원)에 우선권 주장 출원이고, 본원에 참조로서 상기 출원의 전체 내용이 통합된다. 본 발명은 본 발명의 특정 실시 형태를 참조하여 상기에 설명하고 있지만, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되지 않는다. 교시에 입각하여 상기 실시 형태의 변경 및 변화가 당업자에 의해 실시될 것이다. 본 발명의 범위는 하기의 청구항을 참조하여 규정된다.

도 1은 엔진의 실린더 헤드를 도시하는 개략 단면도이다.

도 2는 1차 축에 수직한 흡기 포트의 단면도이다.

도 3은 실린더 헤드에서의 기류를 도시하는 개략도이다.

도 4는 도 3의 평면도이다.

도 5(a) 및 도 5(b)는 제1 실시 형태의 텀블판을 도시하는 평면도 및 측면도이다.

도 6(a) 및 도 6(b)는 제1 실시 형태의 텀블판이 미리 위치하는 포트 코어를 도시하는 평면도 및 측면도이다.

도 7은 포트 코어를 주조하는 주형을 도시하는 개략 단면도이다.

도 8은 포트 코어를 주조하는 주형을 파단하여 노출되는 텀블판의 상태를 도시하는 평면도이다.

도 9는 실린더 헤드를 주조 성형하는 주형 내에 포트 코어를 위치시킨 상태를 도시하는 단면도이다.

도 10(a) 및 도 10(b)는 멀티 포인트 분사(multi-point injection, MPI)형의 연료 분사 장치가 통합되는 실린더 헤드에서의 흡기 포트를 도시하는 개략 평면도 및 개략 단면도이고, 도 10(c) 및 도 10(d)는 싱글 포인트 분사(single point injection, SPI)형의 연료 분사 장치가 통합되는 실린더 헤드에서의 흡기 포트를 도시하는 개략 평면도 및 개략 단면도이다.

도 11(a) 및 도 11(b)는 단차부의 형성 위치를 변경한 텀블판을 도시하는 평면도이다.

도 12(a) 및 도 12(b)는 제2 실시 형태의 텀블판을 도시하고, 상기 텀블판이 미리 위치한 포트 코어를 각각 도시하는 평면도이다.

도 13(a) 및 도 13(b)는 제3 실시 형태의 텀블판을 도시하고, 상기 텀블판이 미리 위치한 포트 코어를 각각 도시하는 평면도이다.

도 14(a) 및 도 14(b)는 제4 실시 형태의 텀블판이 미리 위치한 포트 코어를 도시하는 평면도 및 측면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 실린더 헤드 14 : 흡기 포트

100 : 텀블판 140 : 이동 방지부

141, 142, 143, 144 : 단차부 200 : 포트 코어

Claims (10)

1. 실린더 헤드의 흡기 포트를 다수의 포트로 칸막이하는 흡기 포트의 칸막이판에 있어서,

   흡기 포트 성형용 코어에 대한 위치 이동을 방지시키는 이동 방지부를 포함하고,

   상기 흡기 포트의 칸막이판이 코어 내에 미리 위치하여, 상기 실린더 헤드가 주조 성형될 때에 캐스트-인(cast-in)되는 흡기 포트의 칸막이판.
2. 제1항에 있어서, 상기 이동 방지부의 양측 가장자리부에 연속하는 실린더측 단부 또는 흡기측 단부 중의 적어도 어느 하나에 형성되고, 상기 코어 내에 위치하는 단차부를 추가로 포함하고,

   상기 실린더 헤드가 주조 성형될 때에 상기 양측 가장자리부가 캐스트-인되는 흡기 포트의 칸막이판.
3. 제2항에 있어서, 상기 단차부가 실린더측 단부 또는 흡기측 단부의 양측 가장자리부에 인접한 부분에 배치되는 흡기 포트의 칸막이판.
4. 제2항에 있어서, 상기 단차부가 실린더측 단부 또는 흡기측 단부의 중심부에 배치되는 흡기 포트의 칸막이판.
5. 제2항에 있어서, 상기 실린더 헤드를 주조 성형하는 주형 내에 코어가 위치하여 이의 흡기 포트를 형성하고,

   상기 칸막이판이 양측 가장자리부에서 용융 금속에 캐스트-인되도록 외측으로 돌출하는 방식으로 상기 코어가 위치하고, 상기 단차부가 코어 내측에 위치하는 흡기 포트의 칸막이판.
6. 흡기 포트와,

   흡기 포트 성형용 코어에 대한 위치 이동을 방지시키는 이동 방지부가 구비되고, 상기 흡기 포트를 다수의 포트로 칸막이하는 흡기 포트의 칸막이판을 포함하고,

   상기 칸막이판이 코어 내에 미리 위치하여, 상기 실린더 헤드가 주조 성형될 때에 캐스트-인되는 실린더 헤드.
7. 제6항에 있어서, 상기 흡기 포트의 칸막이판은 이동 방지부의 양측 가장자리부에 연속하는 실린더측 단부 또는 흡기측 단부 중의 적어도 어느 하나에 형성되고, 상기 코어 내에 위치하는 단차부를 갖고,

   상기 실린더 헤드가 주조 성형될 때에 상기 양측 가장자리부가 캐스트-인되는 실린더 헤드.
8. 제6항에 있어서, 상기 흡기 포트의 실린더측 단부 또는 흡기측 단부가 연료 분사 범위 또는 밸브 작동 범위를 간섭하지 않도록 하는 한계 위치에 위치하는 실린더 헤드.
9. 흡기 포트 내에 칸막이판을 갖는 실린더 헤드의 주조 성형법에 있어서,

   실린더 헤드의 흡기 포트를 형성하는 흡기 포트 성형용 코어 내에 칸막이판을 위치시키는 단계와,

   상기 칸막이판에 코어에 대한 위치 이동을 방지시키는 이동 방지부를 구비시키는 단계와,

   용융 금속에 캐스트-인되기 위해 상기 이동 방지부의 양측 가장자리부가 외측으로 돌출되도록 용융 금속을 유입시키는 단계를 포함하는 실린더 헤드의 주조 성형법.
10. 흡기 포트와,

    흡기 포트 성형용 코어에 대한 위치 이동을 방지시키는 이동 방지 수단이 구비되고, 상기 흡기 포트를 다수의 포트로 칸막이하는 흡기 포트의 칸막이 수단을 포함하고,

    상기 칸막이 수단이 코어 내에 미리 위치하여, 실린더 헤드가 주조 성형될 때에 캐스트-인되는 실린더 헤드.