KR101543152B1 - 실린더 헤드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실린더 블럭과 결합되어 실린더 블럭에 내삽되는 다수개의 피스톤의 상단에 다수개의 연소실을 형성하며, 엔진 작동시 연소실로부터 전달받은 열을 냉각하기 위한 워터재킷이 구비된 실린더 헤드에 관한 것으로, 워터재킷에 히트싱크가 형성됨으로써, 워터펌프의 용량 증대 없이 냉각 효율을 증대시킬 수 있어, 엔진 동력손실 방지 및 연비 개선이 가능한 효과가 있는 실린더 헤드를 제공한다.

Description

실린더 헤드{CYLINDER HEAD}

본 발명은 실린더 헤드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실린더 헤드에 구비된 워터재킷에 히트싱크가 형성된 실린더 헤드에 관한 것이다.

최근 자동차 엔진의 개발방향은 시장의 요구에 따른 고출력화뿐만 아니라, 전세계적으로 더욱 엄격하고 강화되는 배기 규제 대응을 위해 연비 개선기술이 적극 도입되고 있는 추세이다.

이에 따라 가솔린엔진은 점차 고압축비화 되고 있으며, 과급기 적용을 통한 다운사이징, 다운스피딩 기술 등이 적극적으로 개발 적용되고 있다.

이 경우, 가장 중요한 이슈 중 하나가 엔진의 냉각성능이다. 엔진이 고출력화되고, 운전영역이 효율 최적점인 중부하 또는 고부하 쪽으로 이동되면서 연소실로의 열부하가 증대되기 때문이다.

연소실로의 열부하 증대는 실린더 헤드 및 실린더 블럭과 같은 엔진 하드웨어의 내구성 문제 즉, 밸브시트 마모, 스파크플러그 소손, 인젝터 막힘 등을 야기시켜 엔진 페일을 유발할 수 있으며, 연소실 냉각이 원활치 안을 경우 노킹(KNOCKING)과 같은 이상 연소에 의해 부품 소손, 엔진 성능 및 연비 저하를 야기시킬 수 있다.

냉각 성능 증대를 위해 워터펌프 용량을 증대시키는 방안이 있으나 이는 엔진의 동력손실로 이어져 성능 및 연비가 저하되는 원인이 된다.

한편, 연소실을 구성하는 엔진 하드웨어의 재질특성을 열전도도가 높은 재질로 구성하여 연소실로부터의 열부하를 최대한 냉각수로 전열 시키게 되면 엔진 성능 저하 또는 연비 저하 없이 냉각성능이 증대될 것으로 기대된다.

대한민국 공개특허공보 제10-2006-0071215호(2006.06.26.)

이에 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 본 발명의 목적은, 실린더 헤드에 구비된 워터재킷에 열전도율이 높은 히트싱크를 형성하여 연소실 냉각성능을 엔진의 성능 저하 및 연비 저하 없이 증대시키는 실린더 헤드를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실린더 헤드에 따르면, 실린더 블럭과 결합되어 실린더 블럭에 내삽되는 다수개의 피스톤의 상단에 다수개의 연소실을 형성하며, 엔진 작동시 연소실로부터 전달받은 열을 냉각하기 위한 워터재킷이 구비된 실린더 헤드에 있어서, 워터재킷은 다수개의 연소실에 인접하도록 형성되며, 워터재킷을 관통하는 다수개의 장착 구멍이 실린더 헤드에 형성되며, 장착 구멍은 다수개의 연소실 중 어느 하나와 연결되며, 워터재킷에 히트싱크가 형성된 것을 특징으로 하는 실린더 헤드를 제공한다.

본 발명의 하나의 측면에 의하면, 히트싱크가 장착 구멍에 인접하도록 워터재킷에 형성될 수 있으며, 히트싱크가 곡률을 갖는 판 형태로 형성될 수 있으며, 히트싱크가 워터재킷 내부로 유입된 냉각수의 흐름을 유도하도록 라운드질 수 있으며, 히트싱크가 다수개 적층될 수 있으며, 히트싱크가 동심축을 이루도록 나열될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 의하면, 워터재킷은 실린더 블럭에 형성된 블럭워터재킷을 통해 냉각수가 유입되고 배출될 수 있도록 블럭워터재킷과 연통되는 다수개의 냉각수 인렛과 다수개의 냉각수 아웃렛이 형성될 수 있으며, 인렛과 인접한 위치에 포물선 형태의 다수개의 히트싱크가 동심축을 이루도록 형성될 수 있으며, 인렛으로부터 아웃렛 방향으로 사각판 형태의 다수개의 히트싱크가 적층되도록 형성될 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 장착 구멍은 흡기 밸브, 배기 밸브, 점화 플러그 중 어느 하나가 장착 가능하도록 형성될 수 있다.

이러한 본 발명에 따른 실린더 헤드에 의하면, 워터펌프의 용량 증대 없이 냉각 효율을 증대시킬 수 있어, 엔진 동력손실 방지 및 연비 개선이 가능한 효과가 있다.

또한, 추가적인 냉각이 필요한 주요 부위를 국부적으로 집중 냉각하여 내구성 및 성능과 연비가 개선 가능한 효과가 있다.

또한, 배기밸브 브릿지, 스파크 플러그 주변, 인젝터 주변을 집중 냉각하여, 연소실에 인접한 부품의 내구성이 향상되고, 부품 소손 및 기능저하가 방지되는 효과가 있다.

또한, 연소실 엔드 가스 존(END GAS ZONE)이 집중 냉각됨으로써, 노킹 등 이상 연소가 방지되어 엔진 내구성 및 성능, 연비가 개선되는 효과가 있다.

또한, 배기 포트 냉각강화에 따른 배기온 저감으로 이론 공연비 영역 확대에 따른 고속 연비가 개선되는 효과가 있다.

또한, 냉각수로의 전열량 증대에 따른 초기 웜업시간이 단축되어 연비가 향상되고, 유해배기가스(EM) 발생이 저감되는 효과가 있다.

또한, 솔트코어 방식을 적용하여 주조됨으로써, 제작이 간편한 효과가 있다.

또한, 탈사를 위한 코어 프린트와, 기존 실링캡(SEALING CAP)을 삭제하는 것이 가능하여 원가가 절감되며, 강건성이 증대되는 효과가 있다.

또한, 냉각이 필요한 국부 부위, 냉각수 유동 패턴, 방향 등에 따라 여러가지 형태의 히트싱크가 적용 가능한 효과가 있다. 크로스 플로워(CROSS FLOW) 또는 페러럴 플로워(PARALLEL FLOW) 등의 헤드 냉각 패턴에 따라 히트싱크의 형상을 최적화할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예의 실린더 헤드의 사시도,
도 2는 도 1의 실린더 헤드의 다른 사시도,
도 3은 도 1의 실린더 헤드의 단면도,
도 4는 도 1의 실린더 헤드의 다른 단면도이다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현할 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일실시예의 실린더 헤드의 사시도이고, 도 2는 도 1의 실린더 헤드의 다른 사시도이고, 도 3은 도 1의 실린더 헤드의 단면도이고, 도 4는 도 1의 실린더 헤드의 다른 단면도이다.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명은 실린더 블럭과 결합되어 실린더 블럭에 내삽되는 다수개의 피스톤의 상단에 다수개의 연소실(B)을 형성하며, 엔진 작동시 연소실로부터 전달받은 열을 냉각하기 위한 워터재킷(110)이 구비된 실린더 헤드(100)에 관한 것으로, 워터재킷(110)에 히트싱크(200)가 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 일실시예의 워터재킷(110)은 냉각수가 배기 밸브에서 흡기 밸브 쪽으로 흐를 수 있도록 형성된다.

워터재킷(110)은 다수개의 연소실(B)로부터 열전달이 활발히 이루어지도록 연소실(B)에 인접하게 형성되는데, 본 발명의 일실시예에서는 모든 연소실(B) 상단에 위치되어 연소실(B)을 덮는 형상으로 제작된다.

워터재킷(110)을 관통하는 다수개의 장착 구멍(120)이 실린더 헤드(100)에 형성되며, 장착 구멍(120)은 다수개의 연소실(B) 중 어느 하나와 연결되며, 장착 구멍(120)을 통해 흡기 밸브, 배기 밸브, 점화 플러그가 실린더 헤드(100)에 장착된다.

히트싱크(200)는 냉각이 필요한 국소부위에 형성되는데, 장착 구멍(120)에 장착된 부품으로 전달되는 열을 최소화시킬 수 있도록, 장착 구멍(120)에 인접하도록 워터재킷(110)에 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 히트싱크(200)는 곡률을 갖는 판 형태로 형성 가능한데, 이때는 워터재킷(110) 내부로 유입된 냉각수의 흐름을 유도하도록 라운드지도록 제작되며, 열전달 효율을 높이기 위해서 다수개가 적층되거나, 동심축을 이루도록 나열되는 것이 바람직하다.

본 발명의 일실시예에서는 포물선 상의 히트싱크(200)가 배기 밸브가 장착되는 장착 구멍(120) 및 냉각수가 유입되는 인렛(I)과 인접하도록 형성된다.

이때, 포물선 상의 히트싱크(200)는 동심축을 이루도록 다수개 형성됨으로써 열전달효율을 높이게 된다.

히트싱크(200)는 워터재킷(110)의 형상에 따라 각기 다른 형태로 형성되는 것 또한 가능하다. 본 발명의 일실시예에서는 측단면이 S자로 라운드진 사각판 형태의 히트싱크(200')가 워터재킷(110)의 폭방향 즉, 인렛(I)으로부터 아웃렛(O) 방향으로 형성되어, 냉각수의 흐름(f)을 유도하게 되며, 열전달효율을 극대화시키고 원활한 냉각수 흐름(f) 유도를 위해서 사각판 형태의 히트싱크(200')는 적층 되도록 다수개 형성된다(도 3, 도 4 참조).

워터재킷(110)의 형상에 따라서 다수개의 환형 히트싱크(미도시)가 동심축을 이루도록 나열되어 워터재킷(110) 내부에 형성되는 것 또한 가능하다.

히트싱크(200,200')는 실린더 헤드(100)와 다른 재질 즉, 실린더 헤드(100)를 이루는 재질에 비하여 열전도도가 높은 재질로 형성된다.

솔트코어 방법을 적용하여 워터재킷(110)에 다른 재질의 히트싱크(200)가 형성되도록 실린더 헤드(100)가 주조된다.

솔트코어 방법이 적용됨으로써, 실린더 헤드(100)를 고정하기 위한 코어 프린트가 불필요하므로 제작비용이 감소 된다. 또한, 추가적인 씰링캡(SEALING CAP) 압입을 위한 가공 및 조립공정 또한 불필요하여 공정이 단순해 지며, 총 제작비용이 감소 된다.

100: 실린더 헤드 110: 워터재킷
120: 장착 구멍 200: 히트싱크
I: 냉각수 인렛 O: 냉각수 아웃렛
B: 연소실

Claims (10)

1. 실린더 블럭과 결합되어 상기 실린더 블럭에 내삽되는 다수개의 피스톤의 상단에 다수개의 연소실을 형성하며, 엔진 작동시 상기 연소실로부터 전달받은 열을 냉각하기 위한 워터재킷이 구비된 실린더 헤드에 있어서,
   상기 워터재킷은 상기 다수개의 연소실에 인접하도록 형성되며,
   상기 워터재킷을 관통하는 다수개의 장착 구멍이 상기 실린더 헤드에 형성되며,
   상기 장착 구멍은 상기 다수개의 연소실 중 어느 하나와 연결되며,
   상기 워터재킷에 히트싱크가 형성된 것을 특징으로 하는 실린더 헤드에 있어서,
   상기 워터재킷은 상기 실린더 블럭에 형성된 블럭워터재킷을 통해 냉각수가 유입되고 배출될 수 있도록 상기 블럭워터재킷과 연통되는 다수개의 냉각수 인렛과 다수개의 냉각수 아웃렛이 형성되고,
   상기 워터재킷 내부로 유입된 냉각수의 흐름을 유도하도록 상기 인렛으로부터 상기 아웃렛 방향으로 측단면이 라운드진 사각판 형태의 상기 히트싱크가 형성된 것을 특징으로 하는 실린더 헤드.
2. 실린더 블럭과 결합되어 상기 실린더 블럭에 내삽되는 다수개의 피스톤의 상단에 다수개의 연소실을 형성하며, 엔진 작동시 상기 연소실로부터 전달받은 열을 냉각하기 위한 워터재킷이 구비된 실린더 헤드에 있어서,
   상기 워터재킷은 상기 다수개의 연소실에 인접하도록 형성되며,
   상기 워터재킷을 관통하는 다수개의 장착 구멍이 상기 실린더 헤드에 형성되며,
   상기 장착 구멍은 상기 다수개의 연소실 중 어느 하나와 연결되며,
   상기 워터재킷에 히트싱크가 형성된 것을 특징으로 하는 실린더 헤드에 있어서,
   상기 워터재킷은 상기 실린더 블럭에 형성된 블럭워터재킷을 통해 냉각수가 유입되고 배출될 수 있도록 상기 블럭워터재킷과 연통되는 다수개의 냉각수 인렛과 다수개의 냉각수 아웃렛이 형성되고,
   상기 워터재킷 내부로 유입된 냉각수의 흐름을 유도하도록 상기 인렛과 인접한 위치에 단면이 포물선 형태의 상기 히트싱크가 수직방향으로 형성된 것을 특징으로 하는 실린더 헤드.
3. 제1항 또는 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 히트싱크가 상기 장착 구멍에 인접하도록 상기 워터재킷에 형성된 것을 특징으로 하는 실린더 헤드.
4. 삭제
5. 제1항 또는 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 히트싱크가 다수개 적층된 것을 특징으로 하는 실린더 헤드.
6. 제1항 또는 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 히트싱크가 동심축을 이루도록 나열된 것을 특징으로 하는 실린더 헤드.
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 제1항 또는 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장착 구멍은 흡기 밸브, 배기 밸브, 점화 플러그 중 어느 하나가 장착가능하도록 형성된 것을 특징으로 하는 실린더 헤드.

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