KR101226509B1

KR101226509B1 - 실린더 헤드 및 그 형성 방법

Info

Publication number: KR101226509B1
Application number: KR1020100101441A
Authority: KR
Inventors: 로드니 이. 베이커; 록산 엠. 비트너; 브라이언 더블유. 가이저; 파멜라 에이. 시노트
Original assignee: 지엠 글로벌 테크놀러지 오퍼레이션스 엘엘씨
Priority date: 2010-05-17
Filing date: 2010-10-18
Publication date: 2013-01-25
Also published as: US8371260B2; US20110277721A1; KR20110126511A; DE102010045745A1; DE102010045745B4; CN102251873B; CN102251873A; BRPI1003861A2

Abstract

중앙 직접 분사 엔진의 실린더 헤드는, 덮이지 않은 중앙 DI 밸리에 의해 분리된 흡입 밸브트레인(intake valvetrain)과 배기 밸브트레인(exhaust valvetrain)으로 구성된다. 덮이지 않은 중앙 DI 밸리는 상측 챔버로부터 하측 챔버로의 오일 흐름, 및 PCV 이송을 제한한다. 흡입 챔버와 배출 챔버 사이의 오일 드레인 및 추가적인 PCV 이송은 실린더 헤드의 주물 내에 일체로 주조되는 드레인/벤트 통로에 의해 제공된다. 드레인/벤트 통로는 변경되는 구성을 가질 수 있으며, 제 1 실린더 세트의 인젝터 포트와 인접한 실린더 세트의 스파크 플러그 포트 사이에, 또는 실린더 헤드의 양단부에 위치될 수 있다. 본원에 기술된 실린더 헤드의 주물을 형성하는 방법이 제공되며, 이는 실린더 헤드의 제 1 챔버와 제 2 챔버 사이에 복수의 드레인/벤트 통로를 주조하는 단계를 구비한다.

Description

실린더 헤드 및 그 형성 방법{CYLINDER HEAD DRAIN AND VENT}

본 발명은 실린더 헤드의 드레인 및 벤트에 관한 것이다.

일반적으로, 중앙 직접 분사[central direct injection (DI)] 엔진의 실린더 헤드는, 인젝터와 스파크 플러그를 구비한 중앙 밸리(central valley)에 의해 분리되는 흡입 밸브트레인(intake valvetrain)과 배기 밸브트레인(exhaust valvetrain)으로 구성된다. 흡입 및 배기 챔버들 사이에서 드레인 및 배기를 허용하도록 상기 챔버들을 연결하는 것은, 중앙 DI에 요구되는 헤드 구성으로 인해 매우 어렵다. 실린더 헤드 커버는 중앙 밸리 위에 개구를 구비하여 중앙 밸리가 열림으로써 인젝터와 스파크 플러그로의 접근을 제공하며, 흡입 챔버와 배출 챔버 사이에서 그리고 헤드 커버를 통해 배기 및 오일 드레인을 제한할 수 있다. 상측과 하측의 챔버 사이에서의 제한된 오일 드레인은 과도한 오일 축적, 불충분한 오일 냉각 및 오일 코킹에 대한 증대된 가능성을 초래할 수 있다. 상기 챔버들 사이에서 오일 순환, 드레인 및 배기를 제공하는 것은, 실린더 헤드의 외부에 구성되는 오일 처리 및 순환 시스템, 증대되는 오일 시스템 요구 사항, 엔진 비용, 복잡성, 및 패키징 공간 요구 조건을 필요로 할 수 있다.

중앙 직접 분사 엔진의 실린더 헤드는, 인젝터와 스파크 플러그를 구비한 덮이지 않은 중앙 밸리에 의해 분리되는 흡입 밸브트레인(intake valvetrain)과 배기 밸브트레인(exhaust valvetrain)으로 구성된다. 또한, 실린더 헤드는 일체형 배기를 위해 구성된다. 실린더 헤드는 흡입 및 배기 챔버를 밀봉하는 한편, 중앙 밸리가 덮이지 않도록 중앙 밸리 위에 개구를 제공함으로써 인젝터와 스파크 플러그로의 접근을 제공하며, 중앙의 DI 레일을 구비하는 다른 구성요소를 패키징하도록 구성된다. 실린더 헤드 챔버들의 표면 위로 그리고 헤드 커버를 통해 흡입 챔버와 배기 챔버 사이에서 배기하는 것은, 엔진 패키징 제한 사항으로 인해 상당히 감소된 단면적을 가질 수 있는 후방 통로로 제한될 수 있다. 덮이지 않은 중앙의 DI 밸리의 구성은 상측 챔버와 하측 챔버 사이의 실린더 헤드 표면을 가로질러 오일 드레인을 제한할 수 있다.

실린더 헤드의 상측 챔버와 하측 챔버 사이에서 오일 드레인 및 PCV 이송을 제공하도록 구성된 일체형 드레인/벤트 통로를 갖는 실린더 헤드가 제공된다. 실린더 헤드는 제 1 챔버를 형성하는 제 1 측부; 제 2 챔버를 형성하는 제 2 측부; 및 상기 제 1 챔버를 상기 제 2 챔버로부터 실질적으로 분리하는 밸리(valley)를 형성하는 중앙부;를 구비한다. 또한, 실린더 헤드는 복수의 통로를 더 구비하며, 복수의 통로 각각은 제 1 챔버와 제 2 챔버 사이에서 유체를 이송(예컨대, 제 1 챔버로부터 제 2 챔버로의 오일 드레인을 포함함)하도록 구성된다.

본원에 기술된 실린더 헤드를 형성하는 방법이 제공되며, 상기 실린더 헤드는, 실린더 헤드의 제 1 챔버와 제 2 챔버 사이에 복수의 드레인/벤트 통로를 구비하는 헤드를 주조하는 단계에 의해 형성된다. 주조된 실린더 헤드는 제 1 챔버와 제 2 챔버를 분리하는 중앙 DI 밸리로 구성되며, 상기 주조 방법은 제 1 코어, 제 2 코어 및 제 3 코어를 구비한 코어 조립체를 조립하는 단계를 구비한다. 제 1 코어는 실린더 헤드의 중앙 DI 밸리(central valley)를 형성하도록 구성되고, 제 2 코어는 제 1 챔버와 제 2 챔버 사이에 복수의 통로를 형성하도록 구성되며, 복수의 통로 각각은 실린더 헤드의 제 1 챔버와 제 2 챔버와 연통하도록 구성된다. 제 3 코어는 워터 재킷을 형성하도록 구성된다. 실린더 헤드는 코어 조립체를 이용하여 알루미늄 또는 주철 중 하나로 주조된다.

본 발명의 상기한 특징 및 다른 특징과 이점은 첨부한 도면과 함께 취해진 본 발명의 최선책에 대한 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.

도 1은 중앙 직접 분사를 위해 구성된 실린더 헤드의 개략적인 평면도,
도 2는 도 1의 A-A 부분의 개략적인 단면도로서, 실린더 헤드가 차량 내에 설치됨에 따라 배향되며, 연료 인젝터 포트를 통해 단면을 형성하는 중앙 밸리를 도시하는 도면,
도 3은 도 1의 B-B 부분의 개략적인 단면도로서, 실린더 헤드가 차량 내에 설치됨에 따라 배향되며, 챔버들 사이의 드레인/벤트 통로, 연료 인젝터 포트 및 스파크 플러그 포트 사이에서 단면을 형성하는 중앙 밸리를 도시하는 도면,
도 4는 드레인/벤트 통로를 구비한 도 1의 실린더 헤드를 주조하는데 사용되는 코어 조립체의 개략적인 사시도,
도 5a는 도 4의 코어 조립체의 코어에 대한 저면도로서, 도 1의 실린더 헤드의 드레인/벤트 통로를 형성하는 도면,
도 5b는 도 4의 코어 조립체의 코어에 대한 평면도로서, 도 1의 실린더 헤드의 드레인/벤트 통로를 형성하는 도면,
도 6a는 도 4의 코어 조립체의 코어 서브 조립체에 대한 저면도,
도 6b는 도 6a의 코어 서브 조립체의 코어에 대한 저면도,
도 7a는 도 4의 코어 조립체의 코어 서브 조립체에 대한 개략적인 평면도,
도 7b는 도 6a의 코어 서브 조립체의 코어에 대한 평면도.

도면을 참조하면, 동일한 참조부호는 몇몇의 도면을 통해 동일한 구성요소를 나타내며, 도 1은 부분적으로 조립된 실린더 헤드(10)의 개략적인 평면도를 도시한다. 실린더 헤드(10)는, 일반적으로 알루미늄 또는 주철의 주조로 형성되며, 기계가공, 연마 또는 다른 공정에 의해 추가적으로 마무리 가공될 수 있다. 실린더 헤드(10)["헤드(10)"로도 부름]는, 헤드(10)의 종축을 따라 헤드(10)의 전방(24)으로부터 후방(26)으로 대체로 배향되며, 중앙부(16)에 의해 분리되는 제 1 측부(12) 및 제 2 측부(14)를 구비하도록 구성된다. 헤드(10)의 제 1 측부(12)에 의해 제 1 챔버(14)가 형성되고, 헤드(10)의 제 2 측부(14)에 의해 제 2 챔버(22)가 형성된다.

중앙부(16)는 실린더 헤드의 종축을 따라 대체로 연장되며, 챔버(14)를 챔버(22)로부터 실질적으로 분리하는 밸리(18)를 형성한다. 복수의 인젝터 포트(34)와 복수의 스파크 플러그 포트(32)(이들 포트들은 도 1에서 주조 상태로 도시됨)는 밸리(18) 내에 위치된다. 인젝터 포트(34)와 스파크 플러그 포트(32)는 밸리(18)를 따라는 위치에 번갈아 형성됨으로써, 인젝터 포트와 스파크 플러그 포트를 포함하는 세트는 실린더 헤드의 각각의 실린더를 위한 각각의 밸브 세트에 상응하도록 위치된다. 밸리(18)의 주변부는 실린더 헤드 커버에 밀봉면을 제공하는 내측 밀봉 레일(28)에 의해 형성된다. 실린더 헤드 커버는 중앙부에서 개방됨으로써, 밸리(18)는 내측 밀봉 레일(28)에 의해 형성되는 주변부 내측의 헤드 커버에 의해 덮이지 않은 상태로 유지된다.

도 1에 도시한 구성에서, 제 1 측부(12)는 헤드(10)의 흡입측이고, 제 1 챔버(14)는 헤드(10)의 흡입 챔버이고; 제 2 측부(14)는 헤드(10)의 배출측이고, 제 2 챔버(22)는 헤드(10)의 배출 챔버이다. 도 2는 A-A 라인으로 취한 단면도로서, 연료 인젝터 포트(34)를 통해 단면 형성된 중앙 밸리를 도시한다. 또한, 차량 내의 엔진에 설치될 때 실린더 헤드(10)의 배향이 추가적으로 상세하게 도시되며, 차량 배향으로 설치됨에 따라, 헤드(10)가 수평방향에서 X°만큼 그 종축 둘레에서 경사지거나 또는 회전됨으로써, 흡입측(12)은 배출측(20)보다 높다. 이러한 배향에서, 흡입측(12)은 헤드(10)의 상측부로도 불리고, 배출측(20)은 하측부로도 불리며, 상측부(12)는 수평방향 위로 X°경사지고, 하측부(20)는 수평방향 아래로 X°경사진다. 비제한적인 예의 구성에서, 실린더 헤드(10)는 수평방향에서 대략 9°만큼 경사지며, 흡입측(12)은 배출측(20)보다 높게 경사진다. 엔진 상에 그리고 차량 내에 설치된 구성에서, 수평방향 평면은 차량이 통상적인 배향으로 안착하는 지면과 접촉하는 차량의 휠에 의해 확립되는 평면과 평행한 평면으로 정의될 수 있다.

도 1 및 도 2를 다시 참조하면, 챔버(14, 22)는 밸리(18)의 양측부를 따라 대체로 연장된다. 각각의 챔버(14, 22)의 (설치된 배향에서의) 하부면은 복수의 스프링 시트(36)를 구비한 스프링 데크 표면(50)를 형성한다. 각각의 스프링 시트(36)는 밸브 가이드(38)를 구비한다. 헤드(10)의 (설치된 배향에서의) 상부면은 헤드(10)의 외측 주변부 둘레에서 대체로 연장되며, 내측 밀봉 레일(28)을 더 구비한다. 전술한 바와 같이, 내측 밀봉 레일(28)은 밸리(18)의 주변부를 따라 위치된다. 내측 밀봉 레일(28)과 외측 밀봉 레일(30)은 실린더 헤드 커버(도시하지 않음)를 부착하는 밀봉면을 제공하며, 그 사이에서 실린더 헤드 커버에 의해 봉입되어 덮인 실린더 헤드(10)의 영역을 형성한다.

도 1에 도시한 바와 같이, 상측 데크 표면(42)은 오리피스(46)를 구비한다. 오리피스(46)는 연료 펌프 및 연료 펌프 태핏/롤러 종동절(도시하지 않음)을 위한 장착구멍이다. 통로(48)는 상측 데크 표면(42)의 적어도 일부 및 밀봉 레일(28, 30)에서 헤드(10)에 부착되는 실린더 헤드 커버에 의해 형성된다.

실린더 헤드 커버(도시하지 않음)는 외측 밀봉 레일(30)과 대체로 부합하는 외측 에지와, 내측 밀봉 레일(28)에 대체로 부합하는 내측 에지로 구성됨으로써, 실린더 커버는 내측 에지에 의해 형성된 개방 중앙부로 구성된다. 헤드(10) 상에 조립되는 경우, 실린더 커버는 흡입 및 배출 챔버와, 연결하는 상측 데크 표면(42)을 봉입하도록 레일(28, 30)에 대해 밀봉하여, 밸리(18)를 실린더 커버에 의해 봉입되지 않은 상태로 둔다. 실린더 커버는 헤드(10) 내에 조립되는 캠, 밸브 스템, 로커 아암 및 다른 구성요소를 봉입하며 헤드(10)의 상부면 (설치된 배향에서의) 위로 돌출할 수 있기에 충분한 높이를 갖는다. 실린더 커버는 패키징 고려 사항을 위해 상측 데크(42) 및 드레인/벤트 통로(48)의 일부에 상응하는 영역에서 높이가 감소되거나 또는 부분적으로 오목하게 형성될 수 있다. 예를 들면, 밸리(18) 위에 위치설정된 DI 연료 레일은 실린더 커버의 오목 영역을 통해 실린더 헤드의 후방으로부터 연장될 수 있거나, 또는 실린더 헤드 커버는 연료 펌프로부터 DI 연료 레일로의 연결부를 패키지하도록 감소된 높이를 갖거나 또는 오목하게 형성될 수 있다.

흡입 챔버와 배출 챔버가 드레인/벤트 통로(48)(패키징 제한 사항으로 인해 제한된 높이 및 단면을 가질 수 있음)에 의해 헤드 표면에 연결되도록 밸리(18)에 구성된 개방 중앙부를 덮이지 않게 하는 실린더 커버로 헤드(10)의 표면을 밀봉하는 것은, 실린더 커버를 통해 하나의 챔버로부터 다른 하나로 오일 흐름 및 배기를 위한 영역을 실질적으로 제한한다. 도 2는 챔버(14, 22)와, 챔버(14)와 챔버(22)를 분리하는 밸리(18)를 도시하는 단면도이다. 도 2는 실린더 개구(52) 위의 인젝터 포트(34)를 통해 취해진 단면을 나타낸다. 챔버(14)의 하부 내에 축적하는 오일은 시트(36) 및 밸브 가이드(38) 둘레에서 챔버(14)의 스프링 데크 표면(50)의 하부면 상에 축적할 것이다. 도시한 바와 같이, 상측 챔버(14)로부터 하측 챔버(22)로 흐르기 위한 오일 배출용 통로가 없다. 또한, 실린더 헤드 커버가 설치될 때, 밸리(18)를 가로질러 챔버(14)로부터 챔버(22)로 도시된 부분에서 실린더 커버를 통한 배기 경로가 없다. 전술한 바와 같이, 헤드 커버는 중앙 개방부로 구성되어, 커버는 챔버(14)의 외측 주변부에서 외측 밀봉 레일(30)로부터 챔버(14)의 내측 주변부에서 내측 밀봉 레일(28)로 제 1 부분에서 밀봉되고, 챔버(22)의 외측 주변부에서 외측 밀봉 레일(30)로부터 챔버(22)의 내측 주변부에서 내측 밀봉 레일(28)로 제 2 부분에서 밀봉된다.

도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 실린더 헤드(10)는 일체형 배기를 위해 구성되며, 헤드(10)가 배기 매니폴드로서도 기능하도록 복수의 흡입 포트(40), 배기 포트(54) 및 포지티브 크랭크케이스 배기[positive crankcase ventilation (PCV)] 벤트(56)(도 3 참조)를 구비한다. 흡입 챔버와 배출 챔버 사이에서의 PCV 이송은 엔진의 적절한 작동 및 브리딩(breathing)을 위해 요구된다. 본원에 기술한 바와 같이, 복수의 드레인/벤트 통로(62)(도 3 참조)는 흡입 챔버(14)와 배출 챔버(22)와 연통하는 헤드(10) 내에 제공됨으로써, 흡입 챔버(14)와 배출 챔버(22) 사이의 PCV 이송을 보충하므로, 엔진을 위한 추가적인 브리딩을 제공하며 중앙 DI 패키징을 형성하는 제한된 크로스 챔버 배기(cross-chamber ventilation)를 해결한다.

마모를 최소화하고 작동의 매끄러움을 위해, 실린더 헤드의 챔버 내의 이동 부품 및 계면 부품, 예컨대 캠, 밸브, 로커 아암, 태핏 등에 윤활이 제공되어야 한다. 일반적으로, 윤활유(윤활 유체로도 부름)는, 예컨대 자동차 오일 또는 합성 혹은 반합성 윤활유 또는 오일이다. 도 1을 다시 참조하면, 실린더 헤드 내에 존재하는 오일은 흡입측(12)으로부터 배출측(20)을 향하는 방향(44)으로 흐른다. 오일은, 엔진 내에 설치될 때, 예컨대 실린더 헤드(10)가 도 2에 도시한 바와 같이 설치된 위치에서 수평방향으로 경사질 대, 실린더 헤드(10)의 배향 및 중력으로 인해 방향(44)으로 흐른다. 엔진 오일 시스템(도시하지 않음)으로부터 연속으로 공급되는 오일은, 예컨대 챔버(14, 22) 내에 축적될 수 있고, 과잉의 오일은 엔진 오일 시스템을 통해 재순환하기 위해 그리고 오일 코킹을 야기시킬 수 있는 오일의 과열을 방지하기 위한 이들 영역으로부터 드레인되어야 한다. 도 1에 도시한 바와 같이, 배출 챔버(22) 내에 축적하는 과잉의 오일은, 예컨대 오일 드레인 구멍(72)을 통해 드레인될 수 있다. 흡입측(상측)(12)으로부터 배출측(하측)(20) 및 그 내에 위치된 드레인 구멍(72)으로 흐르는 오일은 상측 드레인 통로(48)를 거쳐 헤드(10)의 표면 상에서 상측 데크 표면(42)을 가로질러 발생하는 오일 흐름으로 제한된다. 설치된 배향에서, 흡입 챔버(14) 내에 축적하는 과잉의 오일은 상측 데크 표면(42) 아래의 레벨에서 주로 축적하므로, 상측 데크 표면(42)을 가로질러 그리고 상측 드레인 통로(48)를 통해 흐르는 오일은 주로 연료 펌프(도시하지 않음) 및 장착구멍(46)과 연통하는 연료 펌프 태핏 및 캠의 윤활을 위해 제공된 오일이다. 따라서, 챔버(14)로부터 챔버(22)로 과잉의 오일을 드레인하는 수단이 요구된다. 본원에 기술한 바와 같이, 복수의 드레인/벤트 통로(62)(도 3 참조)가 헤드(10) 내에 제공됨으로써, 챔버(14)의 스프링 데크 표면(50)에 축적하는 과잉의 오일은 챔버(22) 내로 그리고 드레인 구멍(72)을 통해 실린더 헤드(10)로부터 드레인될 수 있으므로, 비용, 복잡성, 및 드레인 구멍을 상측 흡입 챔버(14)로 추가하는 패키징 어려움을 회피한다.

도 3은 도 1의 B-B 부분의 단면도로서, 실린더 헤드(10)는 차량 내에 설치됨에 따라 배향된 것으로 도시된다. 중앙 밸리(18)는 제 1 실린더의 연료 인젝터 포트(34)(도시하지 않음)와 인접한 제 1 실린더의 스파크 플러그 포트(32) 사이에서 단면으로 도시된다. 또한, 흡입 챔버(14)와 배출 챔버(22)와 연통하는 드레인/벤트 통로(62)가 도시되며, 이는 하나의 챔버로부터 다른 챔버로 오일의 드레인 및 PCV 이송을 허용한다. 흡입 통로 개구(64)는 흡입측 스프링 데크 표면(50) 및 내측 흡입 챔버벽(68)의 일부에 의해 형성된다. 배출 통로 개구(66)는 배출측 스프링 데크 표면(50) 및 내측 배출 챔버벽(70)의 일부에 의해 형성된다. 설치된 배향에서, 오일은 통로(62)를 통해 흡입 챔버(14)의 스프링 데크 영역으로부터 배출 챔버(22)로 드레인되며, 전술한 바와 같이, 드레인 구멍(72)을 통해 재순환을 위한 엔진 오일 공급 시스템으로 드레인될 수 있다. 또한, PCV 배기가 통로(62)를 통해 발생함으로써, 제 1 챔버(14)로부터 제 2 챔버(22)로의 추가적인 브리딩을 엔진을 위해 제공한다.

드레인/벤트 통로(62)는, 본원에 기술한 방법을 이용하여, 실린더 헤드의 주조 동안에 형성된 일체형 통로이다. 도 3에 도시한 통로(62)는, 예컨대 워터 재킷(58)의 부분 위에 위치되며, 이는 실린더 헤드(10)의 주조 동안에 형성되며, 제 1 실린더의 연료 인젝터 포트(34)와 인접한 실린더의 스파크 플러그 포트(32) 사이에서 챔버(14)로부터 챔버(22)로 이동한다. 실린더 헤드(10)의 제 1 부분은, 도 3에 도시한 바와 같이, 워터 재킷(58)으로부터 통로(62)를 분리하고, 실린더 헤드(10)의 제 2 부분은 밸리(18)로부터 통로(62)를 분리한다.

복수의 드레인/벤트 통로(62)는 실린더 헤드(10)의 챔버(14, 22)를 연결하도록 실린더 헤드(10) 내에 형성될 수 있다. 복수의 드레인/벤트 통로(62)는 구성 및 위치 면에서 변경될 수 있다. 예를 들면, 실린더 세트들 사이에 위치된 드레인/벤트 통로(62)와 더불어, 드레인/벤트 통로(62)는 헤드(10)의 전방 단부에 위치되어, 챔버(14)의 전방 단부를 챔버(22)의 전방 단부에 연결할 수 있다. 또 다른 드레인/벤트 통로(62)는 헤드의 후방 단부에 위치되어, 챔버(14)의 후방 단부를 챔버(22)의 후방 단부에 연결할 수 있다.

도 4는 도 1의 실린더 헤드(10)를 주조하는 방법에 사용되는 코어 조립체에 대한 개략적인 사시도로서, 주조 드레인/벤트 통로(62)를 구비한다. 코어 조립체(100)는 제 1 코어(102)[코프 코어(cope core)로도 부름], 하측 코어부(106)를 구비한 제 2 코어(104)[스프링 데크/드레인/벤트 코어(spring deck/drain/vent core)로도 부름], 및 제 3 코어(130)[상측 워터 재킷 코어(upper water jacket core)로도 부름]로 이루어지는 코어 조립체이며, 제 2 코어(104)는 주조 공정 동안에 제 1 코어(102)와 제 3 코어(130) 사이에 개재 또는 위치된다. 코어 조립체(100)는 주조된 헤드(10) 내의 다른 다이 구성요소(die components)와 함께 사용될 것이다. 코프 코어(102)의 상부는 참조번호 126으로 지칭되고, 코프 코어(102)의 하부는 참조번호 128로 지칭된다. 코어 및 코어 조립체의 배향에 적용가능한 관계, 예컨대 상부 및 하부의 동일한 방향성 지정은 코어 조립체 내의 각각의 코어에 그리고 코어 조립체에 적용하는 것으로 의도된다. 각각의 코어 표면 또는 코어 표면의 일부는 주조 표면, 주조 표면의 일부, 또는 실린더 헤드(10)의 주조에 대한 주조 표면의 조합을 형성할 수 있다. 예를 들면, 코프 코어(102)의 하부(128)는 스파크 플러그 포트(32)와 인젝터 포트(34)를 구비한 밸리(18)의 내측 주조 표면을 형성한다. 코어의 조합은 헤드(10)의 주조에 대한 내부 또는 외부를 형성할 수 있다. 예를 들면, 부분(110)에서 코프 코어(102)와 제 2 코어(104)는 상응하는 상부 데크 표면부(42) 및 드레인 벤트(48)를 형성한다. 또 다른 예로서, 스프링 데크/드레인/벤트 코어(104)의 하측 코어부(106)의 하부면과 조합하여 상측 워터 재킷 코어(130)의 상부면은 도 3에 도시한 통로(62)와 워터 재킷(58)의 대체로 수평방향의 통로(60) 사이에 대체로 수평방향의 내측부를 형성한다.

도 4에 도시한 바와 같이, 제 2 코어(104)는 제 1 및 제 2 챔버(14, 22)의 내부면을 대체로 형성한다. 제 2 코어(104)(스프링 데크/드레인/벤트 코어로도 부름)의 하측 코어부(106)는 챔버(14, 22)의 내부면[예컨대, 스프링 시트(36), 밸브 가이드(38) 및 스프링 데크 표면(50)에 인접한 내측 벽부(68, 70)를 구비한 스프링 데크 표면(50)]의 하부를 형성한다. 상측 워터 재킷 코어(130)와 조합하는 하측 코어부(106)는 통로 개구(64, 66)를 형성하며, 코프 코어(102)와 더욱 조합하여 드레인/벤트 통로(62)를 형성한다.

도 5a 및 도 5b는 실린더 헤드(10)의 드레인/벤트 통로(62)를 형성하는 하측 코어부(106)를 구비한 코어(104)에 대한 개략적인 저면도를 도시한다. 전술한 바와 같이, 하측 코어부(106)는 스프링 데크 표면(50) 및 내측 벽부(68, 70)를 형성한다. 헤드(10)의 주조에 대한 코어(104)의 관계 및 배향을 위해, 코어(104)의 제 1 측부(112)는 헤드(10)의 챔버(14) 및 흡입측(12)에 상응하도록 지칭되고, 코어(104)의 제 2 측부(120)는 헤드(10)의 챔버(22) 및 배출측(20)에 상응하도록 지칭된다. 코어(104)의 중앙부(116)는 헤드(10)의 중앙부(16)에 상응한다.

도 5a 및 도 5b에 도시한 바와 같이, 하측 코어부(106)의 중앙부(116)의 코어부(118)는 복수의 통로(62) 및 그들 각각의 통로 개구(64, 66)를 형성한다. 복수의 코어부(118)에 상응하는 복수의 통로(62)는 헤드(10) 내의 인접한 실린더들 사이에 대체로 위치되며 도 3에 의해 도시된 통로(62)이다. 실린더 헤드(10)의 특정 구성을 위해 요구된 바와 같이, 그리고 주조의 고려 사항, 예컨대, 수축, 다공성 및 미세 구조, 및 설계의 고려 사항, 예컨대, 벽 두께 및 강도, 열적 안정성 및 기계가공의 재고 요구조건을 포함하는 다른 요인에 대한 고려를 위해 요구된 바와 같이, 두께, 높이, 단면 및 형상을 포함하는 구성면에서 코어부(118)가 변경될 수 있다.

또한, 도 5a 및 도 5b는 코어부(114, 108)를 도시한다. 코어부(114)는 헤드(10)의 주조의 전방부에 위치된 통로 개구(64, 66)를 구비한 통로(62)에 상응하게 형성한다. 코어부(114)에 의해 형성된 통로(62)는 흡입 챔버(14)의 전방 단부와 배출 챔버(22)의 전방 단부 사이에서 오일 흐름 및 PCV 이송을 위한 연결 통로를 제공한다. 코어부(108)는 헤드(10)의 주조의 후방부에 위치된 통로 개구(64, 66)를 구비한 통로(62)에 상응하게 형성한다. 코어부(108)에 의해 형성된 통로(62)는 흡입 챔버(14)의 후방 단부와 배출 챔버(22)의 후방 단부 사이에서 오일 흐름 및 PCV 이송을 위한 연결 통로를 제공한다. 전술한 바와 같이, 코어부(114, 108)는 헤드(10)의 설계, 공정 및 기능적 요구조건을 고려하여 서로 상이하게 구성되며, 코어부(118)와 상이하게 구성될 수 있다.

도 6a, 도 6b, 도 7a 및 도 7b는 코어, 및 코어의 서브 조립체의 추가적인 도면으로서, 코어 조립체(100) 내의 하나의 코어와 다른 코어의 배향을 도시하며, 실린더 헤드(10) 내의 통로(62)에 상응하는 코어부(108, 114, 118)를 도시한다. 도 6a는 코프 코어(102)와 제 2 코어(104)를 이루는 코어 서브 조립체(122)에 대한 저면도를 도시한다. 도 6b는 제 2 코어(104)의 저면도를 제공한다. 도 7a는 제 2 코어(104)와 상측 워터 재킷 코어(130)를 이루는 코어 서브 조립체(124)에 대한 평면도이고, 도 7b는 도 6a의 코어 서브 조립체의 제 2 코어(104)에 대한 평면도를 제공한다.

본원에 기술한 바와 같은 콤팩트한 실린더 헤드 내에 드레인 및 벤트 통로를 일체로 주조하는 것에 대한 이점은, 예컨대 실린더 헤드 챔버들 사이의 개선된 오일 드레인 및 PCV 이송, 추가적인 엔진 브리딩, 오일 시스템에 대한 복잡성의 감소, 엔진 패키징 효율, 및 감소된 비용 등이 있다. 당업자는 본 발명이 중앙 DI를 위해 구성된 엔진 실린더 헤드에 한정되지 않으며, 유사한 설계 및 성능 요구 조건 및 제한 사항을 갖는 다른 실린더 헤드 구성에 실시될 수 있음을 인식할 것이다.

본 발명을 실시하기 위한 최선책이 상세하게 기술되었지만, 당업자는 특허청구범위 내에서 본 발명을 실시하기 위한 변형된 각종 설계 및 실시예를 인식할 것이다.

Claims

실린더 헤드에 있어서,
제 1 챔버를 형성하는 제 1 측부;
제 2 챔버를 형성하는 제 2 측부;
밸리(valley)를 형성하는 중앙부; 및
상기 실린더 헤드에 의해 형성되는 복수의 통로;를 포함하며,
상기 밸리는 상기 제 1 챔버를 상기 제 2 챔버로부터 실질적으로 분리하며,
상기 복수의 통로 각각은 상기 제 1 챔버와 상기 제 2 챔버 사이에서 유체를 이송하도록 구성되고,
상기 복수의 통로 중 하나는 상기 제 1 챔버로부터 상기 제 2 챔버로 유체를 배출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 실린더 헤드.
삭제
제1항에 있어서,
상기 유체는 윤활 유체와 배기 가스 중 하나인 것을 특징으로 하는 실린더 헤드.
제1항에 있어서,
상기 실린더 헤드는 중앙 직접 분사 엔진(central direct injection engine)에 사용가능한 것을 특징으로 하는 실린더 헤드.
제1항에 있어서,
상기 실린더 헤드는 일체형 배기를 위해 구성되는 것을 특징으로 하는 실린더 헤드.
제1항에 있어서,
상기 복수의 통로 중 하나는 연료 인젝터 포트와 스파크 플러그 포트 사이에 위치되는 것을 특징으로 하는 실린더 헤드.
실린더 헤드를 형성하는 방법에 있어서,
제 1 코어와 제 2 코어를 구비한 코어 조립체를 조립하는 단계; 및
상기 코어 조립체를 이용하여 상기 실린더 헤드를 주조하는 단계;를 포함하며,
상기 제 1 코어는 중앙 밸리(central valley)를 형성하도록 구성되고,
상기 제 2 코어는 제 1 챔버와 제 2 챔버 사이에 복수의 통로를 형성하도록 구성되며,
상기 복수의 통로 각각은 상기 실린더 헤드의 제 1 챔버와 제 2 챔버와 연통하도록 구성되고,
상기 제 2 코어는 상기 제 1 챔버와 상기 제 2 챔버 사이에서 유체를 이송하도록 구성된 상기 복수의 통로 중 하나를 형성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 실린더 헤드의 형성 방법.
삭제
제7항에 있어서,
상기 코어 조립체는 일체형 배기를 위해 구성된 실린더 헤드를 형성하는 것을 특징으로 하는 실린더 헤드의 형성 방법.
제7항에 있어서,
상기 실린더 헤드는 중앙 직접 분사 엔진에 사용가능한 것을 특징으로 하는 실린더 헤드의 형성 방법.