KR102335493B1 - 실린더 헤드용 워터자켓 - Google Patents

실린더 헤드용 워터자켓 Download PDF

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Abstract

실린더 헤드용 워터자켓이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 실린더 헤드용 워터자켓은 실린더 헤드의 내부에서 상부에 구비되며, 내부에 냉각수가 유동되는 상부 바디; 상기 실린더 헤드의 내부에서 상기 상부 바디의 하부에 배치되며, 내부에 냉각수가 유동되는 하부 바디; 및 상기 상부 바디와 상기 하부 바디의 사이에서 배기 밸브의 위치에 대응하여 배치되며, 상기 상부 바디와 상기 하부 바디에 일체로 연결되는 연결부;를 포함하되, 상기 연결부에는 길이 방향을 따라 적어도 하나의 관통홀이 형성된다.

Description

실린더 헤드용 워터자켓{WATER JACKET FOR ENGINE}
본 발명은 실린더 헤드용 워터자켓에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 냉각수의 유동을 제어하여 전체적인 냉각효율을 향상시키도록 하는 실린더 헤드용 워터자켓에 관한 것이다.
일반적으로 엔진의 연소실에서 발생한 열의 일부는 실린더 헤드와 실린더 블록, 흡배기 밸브 및 피스톤 등에 흡수된다.
이들 구성 부품은 그 온도가 과도하게 상승되면, 열변형이 일어나거나 실린더 내벽의 유막이 파괴되어 윤활 불량현상이 일어나게 되고, 이로 인한 열적 장애가 발생하게 된다.
상기한 엔진의 열적 장애는 연소불량, 노킹 등의 이상연소를 발생시켜 피스톤이 용손되는 등의 중대한 손상을 줄 수 있다. 또한, 열효율 및 출력이 저하되는 문제점이 있다. 반대로, 엔진의 과도한 냉각은 출력과 연비의 악화 및 실린더의 저온 마모 등 문제점이 있어 냉각수 온도를 적정하게 제어할 필요가 있다.
이러한 측면에서, 종래 기술에 따른 엔진에는 실린더 블록과 실린더 헤드의 내부에 워터자켓이 형성되고, 이 워터자켓을 순환하는 냉각수가 연소실에 대응하는 스파크 플러그(Spark plug) 주변이나 배기포트, 및 밸브시트 주위 등의 금속면을 냉각시키게 된다.
그러나 상기한 바와 같은 종래의 엔진에서 실린더 블록에 적용되는 워터자켓은 기통의 순서대로 유입된 냉각수를 각각 순환시키는 바, 상대적으로 온도 차이가 발생되는 연소실의 상, 하부에 대응하는 실린더 블록을 효과적으로 냉각하지 못하여 엔진의 전체적인 냉각효과가 다소 미흡한 단점이 있다.
또한, 엔진의 냉각효과 저하로 인해 엔진의 내구성이 저하되고, 이를 방지하기 위해 별도의 쿨링젯을 설치하거나 워터펌프의 성능을 증대시킬 경우, 투자비가 증가되는 단점도 있다.
또한, 냉각수의 온도가 낮으면 엔진오일의 점성이 높아져서 마찰력이 증가함에 따라 연료소모가 늘어나 연비가 저하되고, 엔진의 냉각수 온도가 과도하면, 노킹이 발생하고, 이를 억제하기 위해서 점화시기를 조절해야만 하여 엔진의 성능이 저하되는 단점도 내포하고 있다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래 기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 실린더 블록에서 실린더 헤드로 유입되는 냉각수가 배기 밸브 측에서부터 흡기 밸브 측으로 유동되도록 크로스 플로우 타입으로 냉각함으로써, 냉각효과를 극대화시키도록 하는 실린더 헤드용 워터자켓을 제공하고자 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 실린더 헤드용 워터자켓은 실린더 헤드의 내부에서 상부에 구비되며, 내부에 냉각수가 유동되는 상부 바디; 상기 실린더 헤드의 내부에서 상기 상부 바디의 하부에 배치되며, 내부에 냉각수가 유동되는 하부 바디; 및 상기 상부 바디와 상기 하부 바디의 사이에서 배기 밸브의 위치에 대응하여 배치되며, 상기 상부 바디와 상기 하부 바디에 일체로 연결되는 연결부;를 포함하되, 상기 연결부에는 길이 방향을 따라 적어도 하나의 관통홀이 형성될 수 있다.
상기 관통홀은 상기 하부 바디로부터 유입되는 냉각수가 상기 상부 바디로 직접 유입되는 것을 방지하도록 엔진의 각 연소실 사이와, 상기 연결부의 길이방향으로 양측 단부에 각각 형성될 수 있다.
상기 냉각수는 상기 하부 바디로부터 상기 상부 바디로 유입될 경우, 상기 관통홀에 의해 구획된 상기 연결부를 통해 유속이 증가될 수 있다.
상기 하부 바디에는 상기 연결부의 위치에 대응하는 하면에 길이방향을 따라 각 연소실 별로 형성되는 복수개의 유입 돌기; 및 흡기 밸브의 위치에 대응하여 상기 유입 돌기에 대향하는 위치에 길이방향을 따라 각 연소실 별로 형성되는 복수개의 배출 돌기를 더 포함할 수 있다.
상기 연결부는 실린더 블록의 내부에서 각각의 상기 유입 돌기를 통해 유입되는 냉각수의 일부를 상기 상부 바디로 유입시킬 수 있다.
각각의 상기 배출 돌기는 상기 연결부를 통해 상기 상부 바디로 유입된 냉각수를 제외하고 상기 하부 바디를 통과한 냉각수를 상기 실린더 블록으로 배출할 수 있다.
각각의 상기 유입 돌기로 유입된 냉각수는 상기 실린더 헤드의 길이방향을 따라 이동하고 각각의 상기 배출 돌기로 배출되면서, 상기 실린더 헤드의 배기 밸브 측에서 흡기 밸브 측을 통과하도록 크로스 플로우 타입으로 유동될 수 있다.
각각의 상기 배출 돌기를 통해 실린더 블록으로 유입된 냉각수는 상기 하부 바디로부터 이격된 일측에 배치되는 별도의 배출 코어를 통해 상기 실린더 블록으로부터 외부로 배출될 수 있다.
상기 상부 바디에는 냉각수 배출포트가 형성될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 실린더 헤드용 워터자켓에 의하면, 실린더 블록에서 실린더 헤드로 유입되는 냉각수가 배기 밸브 측에서부터 흡기 밸브 측으로 유동되도록 크로스 풀로우 타입으로 냉각함으로써, 엔진의 냉각효과를 극대화시키는 효과가 있다.
또한, 상기 실린더 헤드용 워터자켓을 상, 하부 바디로 분리하고, 각 연소실의 사이에 냉각수의 유동을 방지하는 격벽이 위치되도록 관통홀을 형성하여 하부 바디로부터 상부 바디에 유입되는 냉각수의 유속을 증가시킴에 따라, 실린더 헤드에서 온도가 상대적으로 높은 배기 밸브 측의 과열방지를 통해 냉각효율을 향상시키는 효과도 있다.
또한, 실린더 헤드의 크랙 및 파손 발생을 방지하고, 실린더 헤드의 내구성을 향상시키는 효과도 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 실린더 헤드용 워터자켓의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 실린더 헤드용 워터자켓의 정면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 실린더 헤드용 워터자켓의 배면도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
이에 앞서, 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.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.
그리고 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서에 기재된 “...유닛”, “...수단”, “...부”, “...부재” 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 하는 포괄적인 구성의 단위를 의미한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 실린더 헤드용 워터자켓의 사시도이고, 도 2와 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 실린더 헤드용 워터자켓의 정면도 및 배면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 실린더 헤드용 워터자켓(100)은 실린더 헤드(10)와 실린더 블록(20)으로 구성된 엔진에서 상기 실린더 헤드(10)의 내부에 구비된다.
이러한 실린더 헤드용 워터자켓(100)은, 도 1과 도 2에서 도시한 바와 같이, 상부 바디(110), 하부 바디(120), 및 연결부(130)를 포함한다.
먼저, 상기 상부 바디(110)는 상기 실린더 헤드(10)의 내부에서 상부에 구비되며, 내부에 냉각수가 유동된다.
이러한 상부 바디(110)에는 길이방향을 따라 형성되는 배기 밸브홀(112)과 흡기 밸브홀(114)이 각각 8 개씩 구비되며, 상기 배기 밸브홀(112)과 상기 흡기 밸브홀(114)은 각 연소실에 대응하는 위치에 각각 형성된다.
본 실시예에서, 각각의 상기 배기 및 흡기 밸브홀(112, 114)들은 4개의 연소실을 갖는 4기통 엔진에서 각 연소실에 대응하는 위치에 8개가 형성되는 것을 일 실시예로 하여 설명하고 있으나, 이에 한정된 것은 아니며, 상기 배기 및 흡기 밸브홀(112, 114)의 위치 및 개수는 엔진의 연소실 개수 및 위치에 따라 변경하여 적용이 가능하다.
여기서, 상기 상부 바디(110)는 실린더 헤드(10)에서 고온의 배기가스가 배출되는 상기 배기 밸브홀(112) 측으로 냉각수의 유량이 증가되도록 상기 배기 밸브홀(112)에서 외측으로 돌출된 돌출부(116)가 구비될 수 있다.
이에 따라, 상기 상부 바디(110)는 상기 돌출부(116)를 통해 실린더 헤드(10)의 배기 측으로 냉각수의 유량을 증대시켜 실린더 헤드(10)를 효율적으로 냉각할 수 있다.
한편, 상기 상부 바디(110)에는 냉각수 배출포트(116)가 형성된다.
상기 냉각수 배출포트(116)는 상기 상부 바디(110)를 통과하면서 상기 실린더 헤드(10)의 상부를 냉각한 냉각수를 상기 실린더 헤드(10)의 외부로 배출할 수 있다.
본 실시예에서, 상기 하부 바디(120)는 상기 실린더 헤드(10)의 내부에서 상기 상부 바디(110)의 하부에 배치된다. 이러한 하부 바디(120)에는 상기 실린더 블록(20)으로부터 유입된 냉각수가 유동된다.
그리고 상기 연결부(130)는 상기 상부 바디(110)와 상기 하부 바디(120)의 사이에서 배기 밸브의 위치에 대응하여 배치된다. 이러한 연결부(130)는 상기 상부 바디(110)와 상기 하부 바디(120)를 일체로 연결한다.
여기서, 상기 연결부(130)에는 길이 방향을 따라 적어도 하나의 관통홀(132)이 형성될 수 있다.
상기 관통홀(132)은, 도 2에서 도시한 바와 같이, 상기 하부 바디(120)로부터 유입되는 냉각수가 상기 상부 바디(120)로 직접 유입되는 것을 방지하도록 엔진의 각 연소실 사이와, 상기 연결부(130)의 길이방향으로 양측 단부에 각각 형성될 수 있다.
이에 따라, 냉각수는 상기 하부 바디(120)로부터 상기 상부 바디(110)로 유입될 경우, 상기 관통홀(132)들에 의해 구획된 상기 연결부(130)를 통해 유속이 증가될 수 있다.
즉, 상기 관통홀(132)들은 불필요한 부분으로 냉각수의 유동을 방지하는 동시에, 상기 하부 바디(110)로부터 상기 상부 바디(120)로 유입되는 냉각수의 유속을 증가시킴으로써, 상기 상부 바디()로 신속하게 냉각수를 유입시킬 수 있다.
따라서, 냉각수는 상기 실린더 헤드(10)의 상부에서 상대적으로 온도가 높은 배기 밸브 측으로 신속하게 유입되고, 실린더 헤드(10)의 배기 밸브 측을 효율적으로 냉각할 수 있다.
한편, 본 실시예에서, 상기 하부 바디(120)에는, 도 3에서 도시한 바와 같이, 복수개의 유입 돌기(122)와 복수개의 배출 돌기(124)를 더 포함한다.
먼저, 상기 유입 돌기(122)들은 상기 연결부(130)의 위치에 대응하는 하면에 길이방향을 따라 각 연소실 별로 형성된다.
그리고 상기 배출 돌기(124)들은 흡기 밸브의 위치에 대응하여 상기 유입 돌기(122)에 대향하는 위치에 길이방향을 따라 각 연소실 별로 형성된다.
이에 따라, 각각의 상기 유입 돌기(122)로 유입된 냉각수는 상기 실린더 헤드(10)의 길이방향을 따라 이동하고, 각각의 상기 배출 돌기(124)로 배출되면서, 상기 실린더 헤드(10)의 배기 밸브 측에서 흡기 밸브 측을 통과하도록 크로스 플로우 타입으로 유동될 수 있다.
이러한 냉각수의 크로스 플로우 유동은 배기가스의 배출에 의해 상기 실린더 블록(20)에 비해 상대적으로 온도가 높은 상기 실린더 헤드(20)를 효율적으로 냉각할 수 있다.
여기서, 상기 연결부(130)는 상기 실린더 블록(20)의 내부에서 각각의 상기 유입 돌기(122)를 통해 유입되는 냉각수의 일부를 상기 상부 바디(110)로 유입시킬 수 있다.
이에 따라, 각각의 상기 배출 돌기(124)는 상기 연결부(130)를 통해 상기 상부 바디(110)로 유입된 냉각수를 제외하고, 상기 하부 바디(120)를 통과한 냉각수를 상기 실린더 블록(20)으로 배출한다.
각각의 상기 배출 돌기(124)를 통해 실린더 블록으로 유입된 냉각수는 상기 하부 바디(120)로부터 이격된 일측에 배치되는 별도의 배출 코어(140)를 통해 상기 실린더 블록(20)으로부터 외부로 배출될 수 있다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 실린더 헤드용 워터자켓(100)은 실린더 헤드(10)의 상부에서 상대적으로 온도가 높은 배기 밸브 측은 상기 하부 바디(120)로부터 상기 연결부(130)를 통해 상기 상부 바디(110)로 신속하게 유입되는 냉각수를 이용하여 냉각한다.
이 때, 상기 상부 바디(110)의 돌출부(116)들은 실린더 헤드(10)의 배기 밸브 측으로 냉각수의 유량을 증대시켜 실린더 헤드(10)를 효과적으로 냉각할 수 있다.
그리고 상기 하부 바디(120)는 상기 실린더 블록(20)으로부터 상기 유입 돌기(122)들을 통해 배기 밸브 측으로 냉각수를 유입시키고, 상기 하부 바디(120)의 길이방향으로 유동되면서 흡기 밸브 측에 형성되는 상기 배출 돌기(124)들을 통해 다시 실린더 블록(20)으로 다시 배출하면서 크로스 플로우 타입으로 유동되는 냉각수를 이용하여 냉각한다.
이에 따라, 상기 하부 바디(120)는 실린더 헤드(20)의 하부를 크로스 플로우 타입으로 냉각하여 엔진을 보다 효율적으로 냉각시킬 수 있다.
따라서, 상기한 바와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 실린더 헤드용 워터자켓(100)을 적용하면, 실린더 블록(20)에서 실린더 헤드(10)로 유입되는 냉각수가 배기 밸브 측에서부터 흡기 밸브 측으로 유동되도록 크로스 플로우 타입으로 냉각함으로써, 엔진의 냉각효과를 극대화시킬 수 있다.
또한, 상기 실린더 헤드용 워터자켓(100)을 상, 하부 바디(110, 120)로 분리하고, 각 연소실의 사이에 냉각수의 유동을 방지하는 격벽이 위치되도록 상기 상, 하부 바디(110, 120)를 연결하는 연결부(130)에 관통홀(132)을 형성하여 상기 하부 바디(120)로부터 상부 바디(110)에 유입되는 냉각수의 유속을 증가시킴에 따라, 실린더 헤드(10)에서 온도가 상대적으로 높은 배기 밸브 측의 과열방지를 통해 냉각효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 효율적인 냉각을 통해 실린더 헤드(10)의 크랙 및 파손 발생을 방지하고, 실린더 헤드(10) 및 엔진의 내구성을 향상시킬 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
100 : 워터자켓
110 : 상부 바디
112 : 배기 밸브홀
114 : 흡기 밸브홀
116 : 돌출부
118 : 냉각수 배출포트
120 : 하부 바디
122 : 유입 돌기
124 : 배출 돌기
130 : 연결부
132 : 관통홀

Claims (9)

  1. 실린더 헤드의 내부에서 상부에 구비되며, 내부에 냉각수가 유동되는 상부 바디;
    상기 실린더 헤드의 내부에서 상기 상부 바디의 하부에 배치되며, 내부에 냉각수가 유동되는 하부 바디; 및
    상기 상부 바디와 상기 하부 바디의 사이에서 배기 밸브의 위치에 대응하여 배치되며, 상기 상부 바디와 상기 하부 바디에 일체로 연결되는 연결부;를 포함하되,
    상기 연결부에는 길이 방향을 따라 적어도 하나의 관통홀이 형성되고,
    상기 하부 바디에는
    상기 연결부의 위치에 대응하는 하면에 길이방향을 따라 각 연소실 별로 형성되는 복수개의 유입 돌기; 및
    흡기 밸브의 위치에 대응하여 상기 유입 돌기에 대향하는 위치에 길이방향을 따라 각 연소실 별로 형성되는 복수개의 배출 돌기;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실린더 헤드용 워터자켓.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 관통홀은
    상기 하부 바디로부터 유입되는 냉각수가 상기 상부 바디로 직접 유입되는 것을 방지하도록 엔진의 각 연소실 사이와, 상기 연결부의 길이방향으로 양측 단부에 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 실린더 헤드용 워터자켓.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 냉각수는
    상기 하부 바디로부터 상기 상부 바디로 유입될 경우, 상기 관통홀에 의해 구획된 상기 연결부를 통해 유속이 증가되는 것을 특징으로 하는 실린더 헤드용 워터자켓.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 연결부는
    실린더 블록의 내부에서 각각의 상기 유입 돌기를 통해 유입되는 냉각수의 일부를 상기 상부 바디로 유입시키는 것을 특징으로 하는 실린더 헤드용 워터자켓.
  6. 제5항에 있어서,
    각각의 상기 배출 돌기는
    상기 연결부를 통해 상기 상부 바디로 유입된 냉각수를 제외하고 상기 하부 바디를 통과한 냉각수를 상기 실린더 블록으로 배출하는 것을 특징으로 하는 실린더 헤드용 워터자켓.
  7. 제1항에 있어서,
    각각의 상기 유입 돌기로 유입된 냉각수는 상기 실린더 헤드의 길이방향을 따라 이동하고, 각각의 상기 배출 돌기로 배출되면서, 상기 실린더 헤드의 배기 밸브 측에서 흡기 밸브 측을 통과하도록 크로스 플로우 타입으로 유동되는 것을 특징으로 하는 실린더 헤드용 워터자켓.
  8. 제1항에 있어서,
    각각의 상기 배출 돌기를 통해 실린더 블록으로 유입된 냉각수는
    상기 하부 바디로부터 이격된 일측에 배치되는 별도의 배출 코어를 통해 상기 실린더 블록으로부터 외부로 배출되는 것을 특징으로 하는 실린더 헤드용 워터자켓.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 상부 바디에는
    냉각수 배출포트가 형성되는 것을 특징으로 하는 실린더 헤드용 워터자켓.
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