KR20070003370A

KR20070003370A - 실린더헤드 연소실인서트 냉각장치

Info

Publication number: KR20070003370A
Application number: KR1020050059292A
Authority: KR
Inventors: 곽형식
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2005-07-01
Filing date: 2005-07-01
Publication date: 2007-01-05
Also published as: KR100667414B1

Abstract

본 발명은 실린더헤드 연소실인서트 냉각장치에 관한 것으로, 내부에 냉각공간(11)이 형성되고, 하형(100)에 안착되는 연소실인서트(10)와; 상기 연소실인서트(10)에 연결되고 하형베이스(200)를 통해 외부로 돌출되며, 돌출된 부위에 상기 냉각공간(11)과 연결되는 유입구(24b)와 배출구(25b)를 갖춘 쿨링조인트(20)와; 상기 유입구(24b)와 배출구(25b)를 연결하는 냉각수라인(30)에 설치되는 냉각수탱크(40), 펌프(50), 솔레노이드밸브(60)와; 상기 연소실인서트(10)의 온도를 측정하는 온도센서(70) 및; 상기 온도센서(70)로부터 측정된 연소실인서트(10)의 온도에 따라 상기 솔레노이드밸브(60)를 개폐하여 냉각수 공급을 제어하는 제어유니트(80)를 포함하여 구성된다.

따라서, 연소실인서트 냉각을 통해 금형의 온도편차를 방지하여 실린더헤드 연소실 상면 높이에 편차가 발생하지 않도록 함으로써 밸브시트링의 정확한 설치위치를 확보하여 원활한 흡/배기 작용과 연소가 이루어지도록 함으로써 엔진출력의 향상을 도모하고, 노킹을 방지할 수 있게 되는 효과가 있다.

Description

실린더헤드 연소실인서트 냉각장치{cooling device for combustion chamber insert of cylinder head}

도 1은 실린더헤드 주조시 발생하는 변형 현상을 설명하기 위한 예시도,

도 2는 실린더헤드에 변형이 발생하였을 때 발생하는 문제점을 설명하기 위한 연소실 상부의 단면도로서,

(a)는 정상 상태의 단면도,

(b)는 도 1의 A부위 단면도,

(c)는 도 1의 B부위 단면도,

도 3은 본 발명에 따른 실린더헤드 연소실인서트 냉각장치의 구성도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10 : 연소실인서트, 11 : 냉각공간,

20 : 쿨링조인트, 21 : 조인트바디,

21a : 플랜지부, 21b : 배출통로,

21c : 암나사공, 22 : 록킹멤버,

22a : 수나사부, 22b : 배출통로,

22c : 배출공, 22d : 유입공,

23 : 유입파이프, 24 : 유입호스연결체,

24a : 환형홈, 24b : 유입구,

25 : 배출호스연결체, 25a : 환형홈,

25b : 배출구, 30 : 냉각수라인,

40 : 냉각수탱크, 50 : 펌프,

60 : 솔레노이드밸브, 70 : 온도센서,

80 : 제어유니트, 100 : 하형,

200 : 하형베이스.

본 발명은 실린더헤드 주조 공정시 사용되는 연소실인서트 냉각장치에 관한 것이다.

실린더헤드는 다단으로 분리가능한 상형과 하형으로 이루어진 금형에 용탕(주철 또는 알루미늄 합금)을 주입하여 냉각시킨 뒤, 금형을 분리하여 제품을 취출하고, 열처리 및 후처리 작업을 거쳐 완성하게 되는 일반적인 중력주조방법에 의해 제작된다.

그리고, 실린더헤드의 캠축 설치좌면, 흡/배기통로, 연소실 등의 다양한 내부 형상은 금형내에 삽입설치되는 코어(core=중자, 인서트)에 의해 형성된다.

한편, 실린더헤드의 주조 공정중 용탕을 금형 내에 주입한 뒤, 냉각/응고시 키는 과정에서는 금형 전체에 있어 온도분포의 차가 발생하게 된다.

특히, 하형에 있어 온도분포의 차이는 도 1에 도시된 바와 같이, 실린더헤드(1)의 하면을 중앙은 높고 양측부는 낮은 상태로 변형시키게 되는 바, 이러한 하면 변형량이 약 0.4~0.5mm에 이르고 있다.

또한, 상기와 같은 하면 변형에 수반되어 그 내부에 형성되는 연소실(2)의 상면 높이에 약 0.3mm 정도의 편차를 발생시키고 있다.

따라서, 도 2의 (a)와 같이 연소실(2) 상부의 흡/배기통로 출구 및 입구에 장착되는 밸브시트링(3)이 정위치되지 못하고, (b)에서와 같이 연소실(2) 형상면 보다 깊게 조립되거나 또는 (c)에서와 같이 연소실(2) 형상면 보다 돌출되어 조립되게 된다.

따라서, (b)의 경우에는 흡/배기시 심한 와류가 유발되어 가스의 원활한 유출입이 이루어지지 않게 됨으로써 고속회전시 엔진출력이 저하되고, (c)의 경우에는 돌출면이 열점(hot point)를 형성하여 연료를 조기점화시킴으로써 엔진 노킹현상을 발생시키는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 자연냉각시 발생하는 실린더헤드의 하면 변형을 방지함으로써 연소실 상면 높이에 편차가 발생하지 않도록 함으로써 밸브시트링의 정확한 설치위치를 확보함으로써 원활한 흡/배기 작용과 연소에 의하여 엔진출력이 향상되고 노킹을 방지할 수 있도록 된 실린더헤드 연소실인서트 냉각장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 내부에 냉각공간이 형성되고, 하형에 안착되는 연소실인서트와; 상기 연소실인서트에 연결되고 하형베이스를 통해 외부로 돌출되며, 돌출된 부위에 상기 냉각공간과 연결되는 유입구와 배출구를 갖춘 쿨링조인트와; 상기 유입구와 배출구를 연결하는 냉각수라인에 설치되는 냉각수탱크, 펌프, 솔레노이드밸브와; 상기 연소실인서트의 온도를 측정하는 온도센서 및; 상기 온도센서로부터 측정된 연소실인서트의 온도에 따라 상기 솔레노이드밸브를 개폐하여 냉각수 공급을 제어하는 제어유니트를 포함하여 구성된다.

상기 쿨링조인트는 플랜지부가 연소실인서트에 볼트체결되고, 원통형 몸체 중앙에 배출통로가 관통성형되며, 몸체 후부에 암나사공이 형성된 조인트바디; 원통형 몸체 앞부분에 수나사부가 형성되어 상기 암나사공에 나사체결되고, 몸체 중앙에 상기 조인트바디의 배출통로에 연결되는 배출통로가 형성되되, 이 배출통로에 연통되는 배출공과 연통되지 않는 유입공이 몸체 직경방향으로 관통성형된 록킹멤버; 상기 조인트바디와 록킹멤버의 배출통로를 관통하되, 일단은 상기 록킹멤버의 유입공에 연통되고, 타단은 상기 연소실인서트의 냉각공간에 위치되어 개방되며, 상기 배출통로들보다 작은 지름으로 이루어진 유입파이프; 길이가 짧은 원통형으로 이루어져 상기 록킹멤버가 몸체 중앙을 관통하는 상태로 상기 조인트바디와 록킹멤버의 플랜지부 사이에 설치되고, 각각의 내주면에 상기 유입공과 연결되는 환형홈 및 상기 배출공과 연결되는 환형홈이 형성되며, 이들 각 환형홈들의 일부분이 몸체 외측으로 개구되어 상기 유입구와 배출구가 형성되는 유입호스연결체와 배출 호스연결체로 이루어진다.

또한, 상기 연소실인서트와 조인트바디, 조인트바디와 배출호스연결체, 배출호스연결체와 유입호스연결체, 유입호스연결체와 상기 록킹멤버의 사이에는 각각 시일링이 설치된다.

이하, 본 발명을 첨부된 예시도면을 참조하여 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 실린더헤드 연소실인서트 냉각장치의 구성도이다. 도시된 바와 같이, 실린더헤드에 연소실을 형성하기 위해 금형 내에 삽입되는 연소실인서트(10)는 그 내부에 빈 공간인 냉각공간(11)이 형성된다.

연소실인서트(10)는 하형(100)에 형성된 구멍에 안착되며, 하형베이스(200)에 형성된 구멍에 관통삽입된 조인트바디(21)에 연결된다. 즉, 도시된 바와 같이 연소실인서트(10)의 외측단부와 조인트바디(21)의 내측단부인 플랜지부(21a)가 상호 맞대어지고 볼트(B)에 의해 결합된다.

상기 조인트바디(21)에는 몸통의 중앙을 관통하는 원형 구멍인 배출통로(21b)가 형성되며, 하형베이스(200)의 외측으로 돌출되어 있는 외측단부에는 축방향 내측으로 암나사공(21c)이 형성된다.

상기 조인트바디(21)의 후단에는 동일한 지름의 배출호스연결체(25)와 유입호스연결체(24)가 구비되는데, 이들은 원통형으로 이루어져 몸체의 중앙을 관통하는 록킹멤버(22)에 의해 설치상태를 유지하며, 각각의 내주면에는 환형홈(24a,25a)들이 형성된다.

상기 록킹멤버(22)는 앞쪽 단부에 수나사부(22a)가 형성되어 상기 조인트바 디(21)의 암나사공(21c)에 나사체결되는 원통형 몸체와 이 몸체의 후단에 상기 유입/배출호스연결체(24,25)들과 동일한 지름으로 형성되는 플랜지부(22e)로 이루어지며, 상기 몸체의 중앙에는 앞쪽방향으로부터 소정 깊이(대략 배출호스연결체(25)가 차지하는 범위)로 상기 조인트바디(21)의 배출통로(21b)와 일치연결되는 배출통로(22b)가 형성된다.

또한, 상기 록킹멤버(22)의 원통형 몸체에는 몸체를 직경방향으로 가로질러 관통하는 배출공(22c)과 유입공(22d)이 형성되는데, 이 중 상기 배출공(22c)은 록킹멤버(22)의 배출통로(22b)와 배출호스연결체(25)의 환형홈(25a)을 연결하고, 상기 유입공(22d)은 유입호스연결체(24)의 환형홈(24a)과 이 환형홈(24a) 형성 위치까지 록킹멤버(22)의 원통형 몸체로 삽입설치된 유입파이프(23)와 연통된다.

상기 유입파이프(23)는 일단은 상기와 같이 록킹멤버(22)의 몸체에 축방향으로 삽입고정되며, 몸체가 록킹멤버(22)의 배출통로(22b)와 조인트바디(21)의 배출통로(21b)를 관통하도록 설치되어 타단이 상기 연소실인서트(10)의 냉각공간(11)으로 개방된다.

그리고, 상기 유입파이프(23)는 상기 배출통로(21b,22b)들의 지름보다 작은 지름을 갖는 파이프로 되어 있어서, 이들의 사이에 냉각수가 흐를 수 있는 틈이 형성되도록 되어 있다. 결과적으로 상기 배출통로(21b,22b)는 자신의 내주면과 상기 유입파이프(23)의 외주면 사이에 형성된 경로를 의미한다.

한편, 상기 유입호스연결체(24)와 배출호스연결체(25)의 환형홈(24a,25a)들은 일부분이 몸체의 외측을 향해 개구되어 유입구(24b)과 배출구(25b)가 형성된다.

이 유입구(24b)와 배출구(25b)에는 냉각수라인(30)을 구성하는 호스들이 연결되는데, 호스의 연결을 위해서 일측단부에 수나사가 형성된 짧은 파이프 형상의 커넥터를 상기 유입구(24b)와 배출구(25b)에 나사체결하고, 커넥터의 타단에 호스를 끼워 클램핑하게 된다.

상기 냉각수라인(30)에는 냉각수를 저장하는 냉각수탱크(40)와, 이 냉각수탱크(40)로부터 냉각수를 흡입하여 압축/배출하는 펌프(50)와, 이 펌프(50)와 상기 유입구(24b) 사이에 설치되어 냉각수 흐름 경로를 개방 및 차단하는 솔레노이드밸브(60)가 설치된다.

한편, 상기 솔레노이드밸브(60)는 제어유니트(80)에 의해 작동 제어되는데, 제어유니트(80)는 상기 연소실인서트(10)에 접하도록 설치되어 연소실인서트(10)의 온도를 측정하는 온도센서(70)로부터 연소실인서트(10)의 온도 신호를 전달받아, 연소실인서트(10)이 온도변화 상태에 따라 상기 솔레노이드밸브(60)를 개폐하여 냉각수의 공급여부를 결정하게 된다.

이제 본 발명의 작동을 설명한다.

상기 제어유니트(80)는 다수의 연소실인서트에 설치된 온도센서(70)들로부터 해당 연소실인서트의 온도정보가 전달된다.

각 연소실인서트의 온도를 인지한 제어유니트(80)는 여러 연소실인서트중 다른 연소실인서트 보다 온도가 높은 쪽에 냉각수를 공급하고 그렇지 않은 쪽에는 냉각수 공급을 중단한다.

따라서, 솔레노이드밸브(60)가 개방되면 냉각수가 유입호스연결체(24)의 유 입구(24b)를 통해 유입되어 환형홈(24a), 록킹멤버(22)의 유입공(22d), 유입파이프(23)를 통해 연소실인서트(10)의 냉각공간(11)으로 공급된다.

이 냉각공간(11)에서 연소실인서트(10)와 열교환하여 가열된 냉각수는 다시 조인트바디(21)와 록킹멤버(22)의 배출통로(21b,22b)를 거쳐, 록킹멤버(22)의 배출공(22c), 배출호스연결체(25)의 환형홈(25a), 배출구(25b)를 거쳐 냉각수라인(30)의 냉각수탱크(40)로 배출된다.

이와 같이 타 연소실인서트에 비하여 상대적으로 냉각이 더디게 진행되어 온도가 높은 연소실인서트에 대해 강제적인 냉각이 이루어짐으로써 여러 연소실인서트들이 동일한 온도를 갖게되어, 금형 전체적으로 특히 하형에 온도편차가 발생하는 것을 억제할 수 있게 된다.

따라서, 하형 하면에 높이차가 발생하지 않게 됨은 물론, 특히 연소실 상면의 높이에 편차가 발생하지 않게 됨으로써 밸브시트링의 삽입위치를 정확하게 확보할 수 있게 되는 바, 이에 밸브시트링이 연소실 상부면에 비해 너무 깊게 삽입됨으로써 형성된 홈에 의한 와류형성에 의해 흡/배기성이 저하되어 고속운전시 출력이 저하되는 현상과 또는, 밸브시트링이 연소실 상부면에 비해 돌출되는 상태로 설치되어 열점이 생성됨으로써 노킹이 발생되는 현상을 방지할 수 있게 된다.

한편, 상호 면접촉되는 상기 연소실인서트(10)의 후단과 조인트바디(21)의 플랜지부(21a) 사이, 상기 조인트바디(21)의 후단과 배출호스연결체(25) 사이, 이 배출호스연결체(25)와 유입호스연결체(24) 사이, 이 유입호스연결체(24)와 상기 록킹몸체(22) 후단의 플랜지부(22e) 사이에는 모두 시일링(S)이 설치되어, 각 부품의 사이 틈을 통하여 내부의 냉각수가 누출되는 것을 방지하도록 되어 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 연소실인서트 냉각을 통해 금형의 온도편차를 방지하여 실린더헤드 연소실 상면 높이에 편차가 발생하지 않도록 함으로써 밸브시트링의 정확한 설치위치를 확보하여 원활한 흡/배기 작용과 연소가 이루어지도록 함으로써 엔진출력의 향상을 도모하고, 노킹을 방지할 수 있게 되는 효과가 있다.

Claims

내부에 냉각공간(11)이 형성되고, 하형(100)에 안착되는 연소실인서트(10)와;

상기 연소실인서트(10)에 연결되고 하형베이스(200)를 통해 외부로 돌출되며, 돌출된 부위에 상기 냉각공간(11)과 연결되는 유입구(24b)와 배출구(25b)를 갖춘 쿨링조인트(20)와;

상기 유입구(24b)와 배출구(25b)를 연결하는 냉각수라인(30)에 설치되는 냉각수탱크(40), 펌프(50), 솔레노이드밸브(60)와;

상기 연소실인서트(10)의 온도를 측정하는 온도센서(70) 및;

상기 온도센서(70)로부터 측정된 연소실인서트(10)의 온도에 따라 상기 솔레노이드밸브(60)를 개폐하여 냉각수 공급을 제어하는 제어유니트(80)를 포함하여 구성되는 실린더헤드 연소실인서트 냉각장치.
제 1항에 있어서, 상기 쿨링조인트(20)는 플랜지부(21a)가 연소실인서트(10)에 볼트(B)체결되고, 원통형 몸체 중앙에 배출통로(21b)가 관통성형되며, 몸체 후부에 암나사공(21c)이 형성된 조인트바디(21);

원통형 몸체 앞부분에 수나사부(22a)가 형성되어 상기 암나사공(21c)에 나사체결되고, 몸체 중앙에 상기 조인트바디(21)의 배출통로(21b)에 연결되는 배출통로(22b)가 형성되되, 이 배출통로(22b)에 연통되는 배출공(22c)과 연통되지 않는 유 입공(22d)이 몸체 직경방향으로 관통성형된 록킹멤버(22);

상기 조인트바디(21)와 록킹멤버(22)의 배출통로(21b,22b)를 관통하되, 일단은 상기 록킹멤버(22)의 유입공(22d)에 연통되고, 타단은 상기 연소실인서트(10)의 냉각공간(11)에 위치되어 개방되며, 상기 배출통로(21b,22b)들보다 작은 지름으로 이루어진 유입파이프(23);

길이가 짧은 원통형으로 이루어져 상기 록킹멤버(22)가 몸체 중앙을 관통하는 상태로 상기 조인트바디(21)와 록킹멤버(22)의 플랜지부(22e) 사이에 설치되고, 각각의 내주면에 상기 유입공(22d)과 연결되는 환형홈(24a) 및 상기 배출공(22c)과 연결되는 환형홈(25a)이 형성되며, 이들 각 환형홈(24a,25a)들의 일부분이 몸체 외측으로 개구되어 상기 유입구(24b)와 배출구(25b)가 형성되는 유입호스연결체(24)와 배출호스연결체(25)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 실린더헤드 연소실인서트 냉각장치.
제 1항에 있어서, 상기 연소실인서트(10)와 조인트바디(21), 상기 조인트바디(21)와 배출호스연결체(25), 상기 배출호스연결체(25)와 유입호스연결체(24), 상기 유입호스연결체(24)와 상기 록킹멤버(22)의 사이에는 각각 시일링(S)이 설치되는 것을 특징으로 하는 실린더헤드 연소실인서트 냉각장치.