KR20130123394A - 실린더 헤드 제조 방법 및 실린더 헤드 - Google Patents

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Abstract

왕복 엔진의 실린더 헤드 (1) 제조 방법에서, 세라믹 발포체로 만들어진 부재 (7) 가 실린더 헤드 몰드 안으로 삽입되고, 용융된 실린더 헤드 기초 재료가 몰드 안으로 부어지고, 부재 (7) 의 구멍들 및 몰드는 용융된 실린더 헤드 기초 재료로 채워지고, 용융된 실린더 헤드 기초 재료는 몰드 내에서 그리고 부재 (7) 내에서 고화된다.

Description

실린더 헤드 제조 방법 및 실린더 헤드{METHOD OF MANUFACTURING A CYLINDER HEAD AND CYLINDER HEAD}
본 발명은 왕복 엔진의 실린더 헤드를 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 왕복 엔진의 실린더 헤드에 관한 것이다.
왕복 엔진들에서 연료 소비 및 배출물들을 감소시키기 위한 추세들은 많은 구성 요소들의 성능에 대한 요구들을 증가시켜왔다. 연료 소비 및 배출물들을 감소시키기 위한 한 가지 방법은 엔진 압축 비를 증대시키는 것이다. 그러나, 실린더 압력에서 압축 비의 증대는 전형적으로 실린더 헤드의 휨 및 실린더 헤드와 실린더 블록의 결합 표면들 사이의 움직임을 증가시킨다. 결과적으로, 실린더 압력이 실린더 연소 공간으로부터 엔진 냉각 시스템으로 누출되고 여기서 압력 펄스들이 냉각 시스템의 냉매 펌프 및 다른 구성 요소들에게 피해를 유발할 수 있다.
본 발명의 목적은 실린더 헤드의 강성 (stiffness) 을 향상시키는 것이다.
목적은 독립항들에서 개시된 바와 같이 달성된다. 본 발명에 따른 방법에서, 세라믹 발포체로 만들어진 일 부재가 실린더 헤드 몰드 안으로 삽입되고, 용융된 실린더 헤드 기초 재료가 몰드 안으로 부어지며, 몰드와 상기 부재의 구멍들 (pores) 은 용융된 실린더 헤드 기초 재료로 채워지고, 용융된 실린더 헤드 기초 재료는 몰드 및 상기 부재의 구멍 내에서 고화된다.
본 발명에 따르면, 세라믹 발포체로 만들어진 일 부재는 실린더 헤드에 배치된다. 상기 부재의 구멍들은 실린더 헤드 기초 재료로 채워진다.
중요한 이점들이 본 발명에 의해서 달성될 수 있다. 실린더 헤드 기초 재료가 상기 부재의 구멍들에서 고화될 때, 철-세라믹 (iron-ceramic) 복합물 구조체가 상기 부재 내에 형성되고, 이는 실린더 헤드의 강성를 높인다. 이것은 다시 실린더 헤드의 휨 및 휨으로 발생하는 문제들을 감소시킨다. 또한, 본 발명에 따른 실린더 헤드는 용이하게 그리고 비용-효과적으로 제조될 수 있다.
이하 본 발명이 첨부된 도면을 참조하여 실시예로서 더욱 상세히 설명된다.
도 1 은 내화 플레이트 측에서 본 본 발명에 따른 실린더 헤드의 일 실시예를 도시하고,
도 2 는 측면도로서 도 1 의 실린더 헤드를 도시한다.
도 1 및 도 2 는 대형 왕복 엔진의 실린더 헤드 (1) 를 도시하며, 이 왕복 엔진은 선박의 또는 열 및/또는 전기 생산을 위한 발전소의 주 또는 부 엔진으로서 이용될 수 있다. 엔진은 중속의 4 행정 엔진이다. 엔진의 회전 속도는 300 - 1200 rpm 이다. 엔진의 실린더 보어 (bore) 는 전형적으로 20 - 80 cm 이다.
각각의 실린더는 별개의 실린더 헤드 (1) 를 구비한다. 실린더 헤드 (1) 는 스크류들을 체결하기 위한 보어들 (2) 을 포함하고, 이에 의해서 실린더 헤드 (1) 는 엔진의 실린더 블록에 체결될 수 있다. 또한, 실린더 헤드 (1) 는 연소 공기를 위한 적어도 하나의 주입 포트 (3) 및 배출 가스를 위한 적어도 하나의 출구 포트 (4) 를 포함한다. 도 1 및 도 2 에 도시된 일 실시예에서, 실린더 헤드 (1) 는 두 개의 주입 포트들 (3) 및 두 개의 출구 포트들 (4) 을 구비한다. 각각의 포트는 포트 개구부를 둘러싸는 밸브 시트 (5) 를 갖는다. 실린더 헤드 (1) 는 내화 플레이트 (fire plate) (6) 를 포함한다. 내화 플레이트 (6) 는 실린더 헤드 상의 일 구역이며, 이 구역은 실린더의 연소 공간을 한정한다. 실린더 헤드 (1) 의 기초 재료는 주철, 전형적으로 덕타일 주철 (ductile cast iron) 이다.
강성을 향상시키기 위해서, 세라믹 발포체로 만들어진 부재 (7) 가 실린더 헤드 (1) 내에 배치된다. 부재 (7) 는 개기공 (open cell) 세라믹 발포체로 만들어 진다. 발포체 재료는, 탄화규소 (SiC), 알루미나, 산화 지르코늄 (ZrO), 탄화 지르코늄 (ZrC) 또는 이들의 조합과 같은 어떠한 적절한 세라믹 탄화 화합물 또는 산화 화합물 (ceramic carbide or oxide compound) 일 수 있다. 부재 (7) 는 구멍들 (pores) 을 포함하고, 이 구멍들은 실린더 헤드 기초 재료로 채워진다.
부재 (7) 는 실린더 헤드의 내화 플레이트 영역 (6) 에 배치된다. 실린더 헤드 기초 재료의 층 (8) 은 내화 플레이트 (6) 표면과 부재 (7) 사이에 제공된다. 층 (8) 의 두께는 실린더 헤드의 치수들, 특히 두께에 의존한다. 전형적으로 층 (8) 의 두께는 적어도 1 cm 이다. 부재 (7) 는 전체 내화 플레이트 영역 (6) 위에 또는 내화 플레이트 영역 (6) 의 단지 일 부분 위에 연장된다.
부재 (7) 의 개기공도 (open porosity) 는 0.3 내지 0.7 이다. 개기공도는 다공성 재료의 전체 체적에 대한 유체 유동이 효과적으로 발생하고 있는 체적 (이것은 데드-엔드 (dead-end) 구멍들 또는 비-연결된 공동들은 제외한다) 의 비를 가리킨다. 개방된 구멍들의 사이즈는 1 mm 내지 10 mm 이다.
실린더 헤드 (1) 는 다음과 같이 만들어질 수 있다. 세라믹 발포체로 만들어진 부재 (7) 가 실린더 헤드 몰드 안으로 적절한 위치에 삽입된다. 부재 (7) 는 몰드의 벽들에 지지될 수 있다. 몰드 코어들이 또한 몰드 안으로 적절한 위치들에 삽입될 수 있다. 미리제조된 밸브 시트 링들이 몰드 내에 놓여질 수 있다. 필요한 때, 주조 전에 몰드가 예열될 수 있다. 다음으로, 용융된 실린더 헤드 기초 재료가 실린더 헤드 몰드 안으로 부어진다. 부재 (7) 의 개방된 구멍들 및 몰드는 용융된 실린더 헤드 기초 재료로 채워진다. 실린더 헤드 기초 재료는 몰드 내에서 그리고 부재 (7) 의 구멍들 안에서 고화된다. 결과적으로, 철-세라믹 (iron-ceramic) 복합물 구조체가 부재 (7) 내에서 형성된다. 몰드는 고화된 실린더 헤드 둘레로부터 제거된다. 그 다음으로, 몰드 코어들이 종래의 방식으로 실린더 헤드로부터 제거된다. 마지막으로, 실린더 헤드는 기계가공에 의해서 마무리된다.

Claims (10)

  1. 왕복 엔진의 실린더 헤드 (1) 제조 방법으로서,
    - 세라믹 발포체로 만들어진 부재 (7) 가 실린더 헤드 몰드 안으로 삽입되고,
    - 용융된 실린더 헤드 기초 재료가 상기 몰드 안으로 부어지고,
    -상기 부재 (7) 의 구멍들 (pores) 및 상기 몰드가 용융된 실린더 헤드 기초 재료로 채워지고,
    - 상기 용융된 실린더 헤드 기초 재료가 상기 몰드 안에서 그리고 상기 부재 (7) 안에서 고화되는 것을 특징으로 하는, 왕복 엔진의 실린더 헤드 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 부재 (7) 는 탄화규소 (SiC), 알루미나, 산화 지르코늄 (ZrO) 및/또는 탄화 지르코늄 (ZrC) 으로 만들어지는 것을 특징으로 하는, 왕복 엔진의 실린더 헤드 제조 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 부재 (7) 는 상기 실린더 헤드의 내화 플레이트 영역 (6) 에서 상기 몰드에 삽입되는 것을 특징으로 하는, 왕복 엔진의 실린더 헤드 제조 방법.
  4. 왕복 엔진의 실린더 헤드 (1) 로서,
    세라믹 발포체로 만들어진 부재 (7) 는 상기 실린더 헤드 (7) 내에 배치되고, 상기 부재 (7) 의 구멍들은 실린더 헤드 기초 재료로 채워지는 것을 특징으로 하는, 왕복 엔진의 실린더 헤드.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 부재 (7) 는 상기 실린더 헤드의 내화 플레이트 영역 (6) 에 배치되는 것을 특징으로 하는, 왕복 엔진의 실린더 헤드.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 부재 (7) 는 상기 내화 플레이트 영역 (6) 전체 위에 연장되는 것을 특징으로 하는, 왕복 엔진의 실린더 헤드.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 부재 (7) 는 탄화규소 (SiC), 알루미나, 산화 지르코늄 (ZrO) 및/또는 탄화 지르코늄 (ZrC) 으로 만들어지는 것을 특징으로 하는, 왕복 엔진의 실린더 헤드.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실린더 헤드 (1) 의 기초 재료는 주철, 전형적으로 덕타일 주철 (ductile cast iron) 인 것을 특징으로 하는, 왕복 엔진의 실린더 헤드.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    실린더 헤드 기초 재료의 층 (8) 은 상기 내화 플레이트 표면 (6) 과 상기 부재 (7) 사이에 제공되는 것을 특징으로 하는, 왕복 엔진의 실린더 헤드.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 층 (8) 의 두께는 적어도 1 cm 인 것을 특징으로 하는, 왕복 엔진의 실린더 헤드.
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