KR20080054813A - 다기통 엔진의 실린더 헤드 및 배기 시스템 - Google Patents

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KR20080054813A
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김우태
서인기
이시훈
김종배
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Abstract

본 발명은 실린더 헤드의 측부를 확장하여 배기 매니폴드의 러너 역할을 하는 배기통로를 일체로 형성한다. 따라서, 한정된 엔진룸 공간에서 배기 매니폴드와 차체와의 간섭을 줄일 수 있으며, 엔진 성능을 향상할 수 있다.
배기 매니폴드, 실린더 헤드, 배기포트, 배기통로, 배기관

Description

다기통 엔진의 실린더 헤드 및 배기 시스템{CYLINDER HEAD AND EXHAUST SYSTEM OF A MULTI-CYLINDER ENGINE }
도 1은 종래 기술에 따른 배기 시스템을 도시한 사시도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 배기 시스템의 측면을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 실린더 헤드 및 배기 시스템을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 실린더 헤드 내에 형성되는 워터재킷을 도시한 도면이다.
본 발명은 차량용 다기통 엔진의 실린더 헤드 및 배기 시스템에 관한 것이다.
통상적인 차량용 엔진은 내연기관(internal combustion engine)으로서, 실린더 내에서 연소된 배기가스의 배출을 위한 시스템을 갖추고 있고, 이를 배기 시스템이라고 한다.
통상적인 배기 시스템에 따르면, 실린더의 배기가스가 실린더 헤드를 통해 배출되도록, 실린더 헤드 내에는 배기 포트가 형성되어 있다. 다기통 엔진의 다수의 배기 포트로부터 배출되는 배기가스는 배기 매니폴드(exhaust manifold)를 통해 집합되어 촉매 컨버터(catalytic converter)에 공급된다.
도 1은 종래 기술에 따른 배기 시스템을 도시한 사시도이고, 도 2는 종래 기술에 따른 배기 시스템의 측면을 도시한 도면이다.
통상적으로 배기 매니폴드(100)는, 도 1에서 도시한 바와 같이, 실린더 헤드(101) 일측에 플랜지(103)를 통하여 장착되어 엔진 각 연소실로부터 배출되는 배기가스를 각각의 포트(Port)에 연결된 각각의 런너(105)와 일체로 구성된 배기관(107)을 통하여 집합되어 촉매 컨버터(109) 측으로 배출된다.
이러한 배기 매니폴드는, 통상적으로 엔진과는 별도의 부재로 제작되어 엔진에 볼트 등으로 결합된다. 다수의 배기 포트를 하나의 촉매 컨버터에 연결하는 배기 매니폴드는, 그 부피를 많이 차지하게 된다. 아울러, 엔진 성능 개선을 위해 4-2-1 방식으로 단계적으로 배기 매니폴드의 유로를 합류시키고자 할 경우에 배기 매니폴드의 외형이 복잡하게 되여 엔진에 볼트결합하기가 힘들게 되는 경우가 있다.
즉, 도 2를 참고로, 도면에 도시된 종래 기술에 따른 배기 시스템은, 1,3번 실린더의 러너들(105), 그리고 2,4번 실린더의 러너들(105)이 각각 하나의 배기관에서 합류하여 촉매 컨버터(109)에 공급된다. 그런데, 이러한 합류방식에 의해 배기 매니폴드(100)는 그 구조가 복잡해지게 되며, 도 2에서 도시한 바와 같이, 각 런너(105)와 배기관(107)의 간섭에 의해서 상기 플랜지(103)의 장착홀(111)에 볼트 체결이 어려워지게 되는 문제가 발생하기도 한다.
아울러, 실린더에서 배출되는 배기가스는 매우 고온이다. 따라서 이러한 배기가스가 처음 통과하게 되는 실린더 헤드에는 워터재킷이 형성되어 실린더 헤드가 과열되지 않도록 하고 있다.
그런데, 배기 매니폴드는 외부에 노출되어 있고 엔진과는 별도의 부재로 형성되므로, 워터 재킷 등으로 냉각시키지 못하고, 단지 공기의 흐름을 통해 냉각시키고 있다.
실린더로부터 촉매 컨버터에 이르기까지 배기가스가 배출되기 위한 배기 시스템을 기구적으로 컴팩트하게 형성할 수 있다면, 엔진룸 공간을 효율적으로 활용할 수 있게 된다. 또한, 촉매 컨버터에 이르기까지 배기가스의 온도를 큰 폭으로 떨어지지 않으면서도 내구성을 향상할 수 있는 배기 시스템을 제공한다면, 이는 엔진의 성능과 내구성을 함께 향상할 수 있을 것이 기대되는 것이다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 엔진의 성능과 엔진룸의 공간활용도를 향상할 수 있는 다기통 엔진의 실린더 헤드 및 배기 시스템을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다기통 엔진용 실린더 헤드는, 각 실린더마다 하나 이상의 배기포트를 형성하는 복수의 배기포트를 구비한 다기통 엔진용 실린더 헤드로서, 상기 복수의 배기포트들에 연결되는 복수의 배기통로들이 내부에 형성되도록 실린더 헤드 측면으로부터 돌출된 하나 이상의 돌출부를 구비하 고, 상기 복수의 배기통로들은 상기 복수의 배기포트들의 형성방향으로부터 동일한 방향으로 선회하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 엔진은 4개 이상의 직렬 실린더들을 구비한 엔진으로 할 수 있다. 이 때, 상기 하나 이상의 돌출부는, 상기 4개 이상의 직렬 실린더들 중 1,2번 실린더의 배기통로들이 그 내부에 형성된 제1돌출부; 및 상기 4개 이상의 직렬 실린더들 중 3,4번 실린더의 배기통로들이 그 내부에 형성된 제2돌출부;를 포함하는 것으로 할 수 있다.
상기 제1돌출부 및 상기 제2돌출부의 출구측 종단면은 상기 실린더 헤드의 길이방향과 설정된 각도로 비스듬히 형성된 것으로 할 수 있다.
상기 돌출부 내에는 상기 복수의 배기통로들을 감싸는 워터재킷이 형성될 수있다.
상기 하나 이상의 배기포트는 각 실린더마다 한 쌍의 배기포트로 형성되며, 상기 한 쌍의 배기포트는 하나의 배기통로로 합류되는 것으로 할 수 있다.
상기 엔진은 4개의 실린더를 구비한 4기통 엔진인 것으로 할 수 있다.
상기 동일한 방향은, 상기 엔진의 정면 방향인 것으로 할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다기통 엔진의 배기 시스템은, 실린더 헤드, 하나 이상의 배기파이프, 촉매 컨버터를 포함하는 다기통 엔진의 배기 시스템으로서, 상기 실린더 헤드는, 각 실린더마다 하나 이상의 배기포트를 형성하는 복수의 배기포트를 구비하고, 상기 실린더 헤드는, 상기 복수의 배기포트들에 연결되는 복수의 배기통로들이 내부에 형성되도록 실린더 헤드 측면으로부터 돌출된 하 나 이상의 돌출부를 구비하고, 상기 복수의 배기통로들은 상기 복수의 배기포트들의 형성방향으로부터 동일한 방향으로 선회하여 형성되며, 상기 복수의 배기통로의 출구들은 상기 하나 이상의 배기파이프에 의해 상기 촉매 컨버터에 연결되는 것으로 할 수 있다.
이러한 본 발명의 다기통 엔진의 배기 시스템에서, 상기 엔진은 4개 이상의 직렬 실린더들을 구비한 엔진으로 할 수 있다. 이 때, 상기 하나 이상의 돌출부는, 상기 4개 이상의 직렬 실린더들 중 1,2번 실린더의 배기통로들이 그 내부에 형성된 제1돌출부; 및 상기 4개 이상의 직렬 실린더들 중 3,4번 실린더의 배기통로들이 그 내부에 형성된 제2돌출부;를 포함하는 것으로 할 수 있다.
상기 제1돌출부 및 상기 제2돌출부의 출구측 종단면은 상기 실린더 헤드의 길이방향과 설정된 각도로 비스듬히 형성된 것으로 할 수 있다.
상기 제1돌출부의 배기통로들의 출구들은 하나의 제1배기파이프를 통해 상기 촉매 컨버터에 연결되고, 상기 제2돌출부의 배기통로들의 출구들은 하나의 제2배기파이프를 통해 상기 촉매 컨버터에 연결되는 것으로 할 수 있다.
상기 돌출부 내에는 상기 복수의 배기통로들을 감싸는 워터재킷이 형성될 수있다.
상기 하나 이상의 배기포트는 각 실린더마다 한 쌍의 배기포트로 형성되며, 상기 한 쌍의 배기포트는 하나의 배기통로로 합류되는 것으로 할 수 있다.
상기 엔진은 4개의 실린더를 구비한 4기통 엔진인 것으로 할 수 있다.
상기 동일한 방향은, 상기 엔진의 정면 방향인 것으로 할 수 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 실린더 헤드 및 배기 시스템을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 실린더 헤드 내에 형성되는 워터재킷을 도시한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 배기 시스템은, 실린더 헤드(5), 하나 이상의 배기파이프(15,17), 촉매 컨버터(3)를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 실린더 헤드(5)는, 각 실린더마다 하나 이상의 배기포트(Q1,Q2,Q3,Q4)를 형성하는 복수의 배기포트들(Q1,Q2,Q3,Q4)를 구비한 다기통 엔진용 실린더 헤드(5)이다.
상기 실린더 헤드(5)에는, 상기 복수의 배기포트들(Q1,Q2,Q3,Q4)에 연결되는 복수의 배기통로들(P1,P2,P3,P4)이 내부에 형성되도록 실린더 헤드(5) 측면으로부터 돌출된 하나 이상의 돌출부(11,13)가 형성된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 하나 이상의 돌출부(11,13) 내에는 상기 복수의 배기통로들(P1,P2,P3,P4)을 감싸는 워터재킷(40)이 형성된다. 이러한 워터재킷(40)에 의하여, 실린더 헤드(5)의 과열(overheating)을 막을 수 있다.
다시 도 3을 참조로, 상기 복수의 배기통로들(P1,P2,P3,P4)은 상기 복수의 배기포트들(Q1,Q2,Q3,Q4)의 형성 방향으로부터 방향으로 선회하도록 형성된다. 본 발명의 실시예에서, 상기 동일한 방향은, 상기 엔진의 정면 방향이다. 즉, 상기 배기통로들(P1,P2,P3,P4)은 실린더(C1,C2,C3,C4)에서 실린더 헤드(5)의 측면 방향으로 연장된 배기포트들(Q1,Q2,Q3,Q4)에 연결되어, 엔진의 정면 방향으로 굽어 형성된다.
본 발명의 실시예에서, 상기 엔진은 4개의 실린더를 구비한 4기통 엔진을 예시하였으나, 본 발명의 보호범위가 반드시 이에 한정된 것으로 이해되어서는 안된다. 일예로, 직렬 6기통 엔진(in-line 6 cylinder engine)과 같이, 4개 이상의 직렬 실린더들을 구비한 엔진에도 본 발명의 기술적 사상이 용이하게 구현될 수 있다.
아울러, 본 발명의 실시예에서는, 각 실린더의 배기포트(Q1,Q2,Q3,Q4)가 각각 쌍으로 형성된 것을 도시하고 있으나, 본 발명의 보호범위가 반드시 이에 한정된 것으로 이해되어서는 안된다. 실린더마다 하나의 배기포트가 형성된 엔진에도 본 발명의 기술적 사상이 용이하게 구현될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 한 쌍의 배기포트(Q1,Q2,Q3,Q4)는 하나의 배기통로(P1,P2,P3,P4)로 합류된다. 그러나, 본 발명의 보호범위가 반드시 이에 한정된 것으로 이해되어서는 안된다. 상기 한 쌍의 배기포트(Q1,Q2,Q3,Q4)가 합류되지 아니하고 그 출구측까지 연장되는 경우에도 본 발명의 기술적 사항이 용이하게 구현될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에서는, 상기 하나 이상의 돌출부(11,13)는, 상기 4개 이상의 직렬 실린더들 중 1,2번 실린더(C1,C2)의 배기통로들(P1,P2)이 그 내부에 형성된 제1돌출부(11); 및 상기 4개 이상의 직렬 실린더들 중 3,4번 실린더(C3,C4)의 배기통로들(P3,P4)이 그 내부에 형성된 제2돌출부(13);를 포함한다.
상기 제1돌출부(11) 및 상기 제2돌출부(13)의 출구측 종단면은 상기 실린더 헤드(5)의 길이방향과 설정된 각도로 비스듬히 형성된다. 이러한 구성에 의하여 엔진룸 공간을 보다 효율적으로 활용할 수 있게 된다.
본 발명의 실시예에 따른 배기 시스템에서는, 이와 같은 엔진의 상기 복수의 배기통로(P1,P2,P3,P4)의 출구들은 상기 하나 이상의 배기파이프(15,17)에 의해 상기 촉매 컨버터(3)에 연결된다.
본 발명의 실시예에서는, 상기 제1돌출부(11)의 배기통로들(P1,P2)의 출구들은 하나의 제1배기파이프(15)를 통해 상기 촉매 컨버터(3)에 연결되고, 상기 제2돌출부(13)의 배기통로들(P3,P4)의 출구들은 하나의 제2배기파이프(17)를 통해 상기 촉매 컨버터(3)에 연결된다.
본 발명의 실시예에 따른 다기통 엔진의 배기 시스템에 따르면, 실린더 헤드의 측부를 돌출시켜 배기 매니폴드의 역할을 하는 배기통로들이 일체로 형성된다. 따라서, 한정된 엔진룸 공간에서 차체와의 간섭을 줄일 수 있으며, 엔진룸 공간을 효율적으로 활용할 수 있다.
또한, 실린더 헤드와 배기 매니폴드를 포함한 전체 중량을 줄일 수 있어 차량 주행성능을 향상할 수 있다.
또한, 배기포트에 연결된 배기통로가 실린더 헤드 내에 일체로 형성되고, 이러한 배기통로는 워터재킷을 통해 냉각되므로, 실린더 헤드의 열적 내구성을 향상할 수 있다.

Claims (15)

  1. 각 실린더마다 하나 이상의 배기포트를 형성하는 복수의 배기포트를 구비한 다기통 엔진용 실린더 헤드로서,
    상기 복수의 배기포트들에 연결되는 복수의 배기통로들이 내부에 형성되도록 실린더 헤드 측면으로부터 돌출된 하나 이상의 돌출부를 구비하고,
    상기 복수의 배기통로들은 상기 복수의 배기포트들의 형성방향으로부터 동일한 방향으로 선회하여 형성되는 것을 특징으로 하는 다기통 엔진용 실린더 헤드.
  2. 제1항에서,
    상기 엔진은 4개 이상의 직렬 실린더들을 구비한 엔진이며,
    상기 하나 이상의 돌출부는,
    상기 4개 이상의 직렬 실린더들 중 1,2번 실린더의 배기통로들이 그 내부에 형성된 제1돌출부; 및
    상기 4개 이상의 직렬 실린더들 중 3,4번 실린더의 배기통로들이 그 내부에 형성된 제2돌출부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 다기통 엔진용 실린더 헤드.
  3. 제2항에서,
    상기 제1돌출부 및 상기 제2돌출부의 출구측 종단면은 상기 실린더 헤드의 길이방향과 설정된 각도로 비스듬히 형성된 것을 특징으로 하는 다기통 엔진용 실 린더 헤드.
  4. 제1항에서,
    상기 돌출부 내에는 상기 복수의 배기통로들을 감싸는 워터재킷이 형성되는 것을 특징으로 하는 다기통 엔진용 실린더 헤드.
  5. 제2항에서,
    상기 하나 이상의 배기포트는 각 실린더마다 한 쌍의 배기포트로 형성되며,
    상기 한 쌍의 배기포트는 하나의 배기통로로 합류되는 것을 특징으로 하는 다기통 엔진용 실린더 헤드.
  6. 제2항에서,
    상기 엔진은 4개의 실린더를 구비한 4기통 엔진인 것을 특징으로 하는 다기통 엔진용 실린더 헤드.
  7. 제2항에서,
    상기 동일한 방향은, 상기 엔진의 정면 방향인 것을 특징으로 하는 다기통 엔진용 실린더 헤드.
  8. 실린더 헤드, 하나 이상의 배기파이프, 촉매 컨버터를 포함하는 다기통 엔진 의 배기 시스템으로서,
    상기 실린더 헤드는, 각 실린더마다 하나 이상의 배기포트를 형성하는 복수의 배기포트를 구비하고,
    상기 실린더 헤드는, 상기 복수의 배기포트들에 연결되는 복수의 배기통로들이 내부에 형성되도록 실린더 헤드 측면으로부터 돌출된 하나 이상의 돌출부를 구비하고,
    상기 복수의 배기통로들은 상기 복수의 배기포트들의 형성방향으로부터 동일한 방향으로 선회하여 형성되며,
    상기 복수의 배기통로의 출구들은 상기 하나 이상의 배기파이프에 의해 상기 촉매 컨버터에 연결되는 것을 특징으로 하는 다기통 엔진의 배기 시스템.
  9. 제8항에서,
    상기 엔진은 4개 이상의 직렬 실린더들을 구비한 엔진이며,
    상기 하나 이상의 돌출부는,
    상기 4개 이상의 직렬 실린더들 중 1,2번 실린더의 배기통로들이 그 내부에 형성된 제1돌출부; 및
    상기 4개 이상의 직렬 실린더들 중 3,4번 실린더의 배기통로들이 그 내부에 형성된 제2돌출부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 다기통 엔진의 배기 시스템.
  10. 제9항에서,
    상기 제1돌출부 및 상기 제2돌출부의 출구측 종단면은 상기 실린더 헤드의 길이방향과 설정된 각도로 비스듬히 형성된 것을 특징으로 하는 다기통 엔진의 배기 시스템.
  11. 제9항에서,
    상기 제1돌출부의 배기통로들의 출구들은 하나의 제1배기파이프를 통해 상기 촉매 컨버터에 연결되고,
    상기 제2돌출부의 배기통로들의 출구들은 하나의 제2배기파이프를 통해 상기 촉매 컨버터에 연결되는 것을 특징으로 하는 다기통 엔진의 배기 시스템.
  12. 제9항에서,
    상기 돌출부 내에는 상기 복수의 배기통로들을 감싸는 워터재킷이 형성되는 것을 특징으로 하는 다기통 엔진용 실린더 헤드.
  13. 제9항에서,
    상기 하나 이상의 배기포트는 각 실린더마다 한 쌍의 배기포트로 형성되며,
    상기 한 쌍의 배기포트는 하나의 배기통로로 합류되는 것을 특징으로 하는 다기통 엔진의 배기 시스템.
  14. 제9항에서,
    상기 엔진은 4개의 실린더를 구비한 4기통 엔진인 것을 특징으로 하는 다기통 엔진의 배기 시스템.
  15. 제9항에서,
    상기 동일한 방향은, 상기 엔진의 정면 방향인 것을 특징으로 하는 다기통 엔진의 배기 시스템.
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