개선된 내연기관 실린더 헤드와 구성물의 제품 및 그의 제조방법

개선된 내연기관 실린더 헤드와 구성물의 제품 및 그의 제조방법

저열 방출 실린더 헤드는 내연기관, 특히 디젤 엔젠 흡·배기 계통의 성능에 많은 장점을 제공한다. 이들 장점은, 냉각장치의 무게 감소와 아울러 엔진 성능, 신빙성, 내구성 및 연료 경제성 등의 향상이다.

예를 들면, 연소실로부터 고온의 배기가스를 배기 매니폴드에 내보내는 실린더 헤드들은 일반적으로 수냉식이다. 배기가스로부터의 열의 양이 감소될 수 있는 만큼, 냉각 소요량이 마찬가지로 감소되어 그것은 저용량의, 또 저원가의, 냉각장치의 장점으로 이끌 수 있다.

더구나, 실린더 헤드에 내버려지는 배기가스의 전열을 감소할 수만 있다면, 배기가스는 자신이 더 뜨거워지게 되어 그 안의 증대된 에너지가 터보챠징(turbo-charging)이나 아니면 연소에 사용될 엔진 흡입 공기 조절에 있어 양호한 효과에 이용될 수 있다.

지금까지는, 기술상태가 실린더 헤드의 배기구에 장소주조(cast-in-place) 스테인리스 강 열 실드(防熱裝置 : heat shields)를 통합하는 것이었다. 그 열 실드들은 연소실을 나가는 뜨거운 배기가스와, 열 실드를 내포하는 배기구 공동들을 구성하는 주조 실린더 헤드 벽과의 사이에, 열 격리 공간을 마련하였다. 이 주조벽의 반대측은 실린더 헤드를 통하는 냉각수 순환과의 접촉상태에 있다. 배기구의 뜨거운 가스로부터의 열손실을 감소시킴으로써, 배기가스의 더 많은 열에너지가 이용가능하여, 예를 들어, 터보챠저(turbo-charger)에 의해 그것이 생산적으로 사용될 수가 있는 것이다.

상기의 기지의 구성에서는, 배기 열 실드가 막이 바깥 표면과 실린더 헤드 주물의 수냉의 배기구 벽과의 사이에 공간을 창출하는 역할을 함으로써, 배기가스로부터 실린더 헤드로, 따라서 실린더 헤드 냉각수로 전달되는 열의 양을 감소하였다. 냉각수에의 전열의 양을 감소시킴에 의하여, 엔진의 냉각계통 무게(즉, 냉각수에 방출되는 전체 엔진 열)를 전형적으로 15-23% 정도까지 감소시켜 왔다. 배기가스를 실린더 헤드 주물에서 막음(shielding)으로써, 더 많은 배기열 에너지가 터보챠저에의 활용에 사용되어 그것이 엔진의 전체열효율을 증대시킨다는 사실에서 그 이상의 이익이 초래된다.

장소주조 방법을 사용하여, 철을 주입하기 전에 주물 스테인리스 강 배기 열 실드를 실린더 헤드 주형에 삽입한다. 철을 주입하는 때, 배기 열 실드의 외측 둘레의 얇은 층의 모래는 실린더 헤드의 인접 내벽과 그 막이와의 사이에 공간을 유지하는데 도움이 된다. 실드의 일정 구역에서, 철은 확산 결합을 형성하는 실드에 실제로 융합한다. 이 결합은 두 편들간의 항구접합상태로 끝난다. 주물이 냉각되면, 모래가 제거되어 실린더 헤드(배기구)를 통하여 배기 출구 통로의 전열 면적의 90% 이상이나 감싸는 공간이 남는 것이다.

장소주조 방법은 주입공정 후 몇 가지의 방법으로 삽입하는 실드보다 우수하다. 조립 간극이 필요하지 않기 때문에 공간활용이 뛰어나다. 실린더 헤드에 실드가 합치면 둘이 바람직한 계면 접합상태에 일체적으로 접합되기 때문에, 실린더 헤드 기계가공시간이 또한 대단히 감소된다. 이것은 완성 어셈블리를 직접 구형에서 형성한다.

실린더 헤드의 저열 방출 기능은 스테인리스 강 배기 실드 둘레에 집중한다. 부품의 기능이, 실린더 헤드 워터 재킷 계통을 원하지 않는 배기열을 막으려는 것이기 때문에, 용어 실드(shield)를 여기에 사용하는 것이다. 이 기능은 대단한 고온 내력(high temperature strength)과 내부식성의 재료를 필요로 한다. 공간이 배기로부터의 열전도를 감소시키기 때문에, 실드의 온도는 배기 온도에 다다르게 되어, 2 행정의 디젤엔진에 있어서는 전형적으로 섭씨 480°(900°F) 정도이거나 약간 초과하는 상태이다. AISI 347 스테인리스상은 이러한 배기 열 실드의 적용에 알려진, 적당한 재료인 것이다.

실드의 자체는 주물이고, 매우 얇은, 즉, 0.178센티미터(0.070인치)의 상태 및 향상되 치수적 안정성으로 주조될 각종의 재료를 받아들이는, 진공보조의 주입 방법에 의해 산출되고 있는 것이다. 그러한 방법은 미국특허 제4,340,108호에 기재돼 있다.

실드를 장소 주조하는 방법은, 아래의 설명과 같이, 주요 변이를 가진, 통상의 중력 모래 주조(gravity sand casting)와 유사하다. 실드를 주조한 후, 실드의 끝, 즉, 배기 매니폴드 개스킷과 실린더 헤드의 계면간에 통합될 플랜지 실(flange seal)과 견고한 끼워맞춤을 위해 배기 매니폴드에 접속하므로서 기계가공 작업이 완료한다. 이 형식의 결합에 의한 배열은 제6도에 대개 나타내 있다. 일단 기계가공되면, 주철과의 향상된 확산 결합을 제공하기 위해 실드들을 얇은 판이 되게 두들겨 펴게 된다. 다음 실드를 코어 상자(core box)에 배치한다. 냉각 상자 코어 작업이 실드를 위치시켜 실드 둘레에 필요한 양의 모래를 불어 넣어 공간을 형성하고 실드의 내부를 매우게 된다.

연소실이 둘 이상인, 특히 그들이 서로 정반대인 배기구를 가지는, 엔진에 있어서는, 둘의 실드를 사용하여 단일 코어로서 실드들을 내포하는 한 쌍의 배기구 코어를 만듬으로써 실린더 헤드에 실린더 위치에 대한 배기통로를 형성하는 것은 흔한 일이다. 이 점에서, 코어에 흑연을 기초로 한 내화 코팅(core wash)을 적용하여 실드들이 어떤 일정한 구역에 결합하는 것을 억제하게 된다. 정상적으로 코어에 코어 칠을 적용하여 철 표면으로부터 모래가 용이하게 탈리하게 한다.

실린더 헤드의 주조의 완성과 동시에, 코어 모래를 제거함으로써, 그 중에서도 특히, 배기 열 실드와 실린더 헤드 내부와의 사이의 공간을 마련한다. 그런 다음, 배기 출구에 가장 가까운 단의 방열장치에 플랜지실(flange seal)을 장착할 수 있는 것이다.

발명의 개요

본 발명의 목적은 배기가스로부터 엔진 자체에 방출되는 열을 최소로 유지하는 수단을 가진 내연기관을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 실린더 헤드에 방출되는 열의 양을 제지함에 의하여 내연기관의 효율을 증대시킴으로써 냉각장치가 과열을 빼앗아야 하는 요구를 감소시키고, 각종 폐열 회수 기법에 의해 회수될 수 있는 배기가스의 에너지 이용도를 증대시켜 추가의 엔진 출력을 유도함에 있는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 실린더 헤드 자체의 재료보다 높은 내고열성 재료의 배기 열 실드를 배기구에 가지고, 배기 열 실드와 실린더와의 사이에 대단히 낮은 열전도성의 절연 블랭킷(insulation blanket)을 제공하는 실린더 헤드를 가진, 내연기관을 제공함에 있다.

본 발명의 목적은, 실린더 헤드의 주조중 장소주조되도록 함으로써 실린더 헤드의 주조중 확산 결합 수단에 의해 배기 열 실드를 실린더 헤드에 붙이는, 전술한 배기 열 실드를 제공함에 있는 것이다.

나아가, 본 발명의 목적은, 전술한 배기 열 실드와 그 배기 열 실드를 둘러싸는 저 열전도성 절연물을, 실린더 헤드의 주조의 사전단계 때에 단일 유닛으로서 주형에 설치되는 단위의 구형 코어로서 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 배기 매니폴드에 근접하여 열 실드의 일단에 밀봉수단 실을 가지고 밀봉 부재실은 장소주조되어 그의 외경은 실린더 헤드 주물에 확산 결합되고 내경에는 배기 열 실드가 끼워맞춤되게 하여 실린더 헤드를 통해 배기가 순환하는 동안 팽창 수축하는 때, 배기 열 실드가 슬라이드되게 하는, 코어로서의 상술한 배기 열 실드를 제공함에 있다.

본 발명의 목적은, 더 나아가, 배기가스가 실린더 헤드를 통해 순환되는 때 방사상으로 확장하는 수단을 가진, 상술한 배기 열 실드와 밀봉 부재 조합을 제공함에 있다.

특히, 본 발명은, 주조하는 물품의 형상의 적어도 일부를 형성하는데 사형이 사용되고 사형의 적어도 일부가 중공의 세라믹 입자들의 구성층을 함유하는, 금속품을 주조하는 방법을 꾀한다.

나아가, 본 발명은, 수지 결합제 재료를 통하여 균일하게 분포된 중공의 세라믹 입자들을 함유하는, 금속의 주조를 위한 주형에 사용될 코어를 만드는 코어 재료를 꾀한다. 중공의 세라믹 입자들은 코어 재료를 통하여 서로 접촉상태에 있다. 수지 결합제의 양을 최소로 유지하여, 결합제가 주조하는 금속의 열에 노출되는 때 발생하는 가스의 양을 감소하게 된다.

본 발명은, 주보디부와, 그리고 일단의 연소실로부터 그의 타단의 배기 매니폴드로 연장하게 된 한쌍의 단들을 가진 장소주조의 고내력 강 배기 열 실드를 가지는, 내연기관용 주철 실린더 헤드를 또한 꾀한다. 그 배기 방열장치는 그 단들에서, 배기 열 실드의 사실상 여분을 통해 주보디부에 관해 사이띄인 관계에, 주보디부에 의해 지지되어 그의 단들 사이의 배기 열 실드 둘레에 열차단공간(heat insulating chamber)을 제공하게 되는 것이다. 열차단공간은 중공의 세라믹 입자들로 이루어지는 세라믹 열 절연재로 채워지며, 배기 열 실드의 양단에서 밀봉(seal)함으로써 세라믹 열 절연재는 실린더 헤드 내에 내포되는 것이다.

본 발명의 상기의 목적들과 그밖의 목적들, 특징들, 및 장점들은 아래의 본 발명을 실시하기 위한 최량의 양태의 상세한 설명이 첨부의 도면과 관련하여 행해질 때 쉽게 명료해진다.

발명을 실시하기 위한 최량의 양태

제1도에 보인 2 행정식 디젤엔진은, 개량된 저열 방출 실린더 헤드 구성의 효과와 엔진의 진체성능 및 엔진의 부분을 형성하는 흡기/배기 장치와의 조합으로 그것이 가지는 상승효과를 이해하는데 기대되는 것이다.

일반적으로 (10)으로 지정된, 엔진은, V형이고 엔진의 대향측들 상에 배기 매니폴드(12)들을 포함하고 있음에 유의하기 바란다. 흡기 충만공간이 터보챠저(14) 밑으로 엔진블록의 V 안에 위치돼 있다. 루츠 형용적 급기 송풍기(도시되지 않음)가 엔진블록의 V 위로 위치돼 있다. 터보챠저(14)는 배기 매니폴드(12)로부터의 배기가스를 배기 파이프(16)를 경유하여 받아 들인다. 배기 에너지는 터보챠저에 의해 엔진 흡입공기를 압축하는데 이용되며 그것은 상승된 압력으로 터보챠져 압축기 출구(18)로부터 루츠 송풍기로, 그리고 실제 흡기 충만공간으로 송달된다. 고열 함유 배기가스의 유효성은 엔진의 전체 열효율을 증대시킨다. 아울러, 연소실에 공기를 제공하기 위한, 들어오는 공기계통은 바이패스 송풍기를 마련할 수 있다[도시되지 않았으나 터보챠저(14) 바로 밑에 위치함].

엔진은 수냉식이다. 워터 펌프와, 팬, 그리고 라디에이터는 나타내 있지 않다. 그러나, 냉각장치의 용량이나 크기는, 수용가능하게 낮은 운전온도에 엔진을 유지하기 위해, 배기가스로부터 이동되어야 하는 에너지의 양에 의해 결정된다는 것을 이해할 것이다.

앞서 언급한 상승효과는 쉽게 분명해지게 된다. 배기가스가 실린더 헤드의 배기구를 통과할 때의 배기가스의 온도를 존속시킴으로써, 그 열 에너지를 엔진 흡기계통의 이득에 활용할 수 있다. 동시에, 실린더 헤드를 통과하는 배기가스로부터의 엔진 냉각수에의 배기로부터의 열전도를 감소시키는 냉각계통의 필요물을 최소화한다.

또한, 냉각수요의 감소에 의해, 더 유용한 힘을 엔진으로부터 얻을 수 있기 때문에, 저연비로, 같은 제동마력을 유지할 수 있는 것이다. 이는 차례로, 연료 분사기를 작게하고 또한, 연소실에 생성되는 배기가스의 온도를 감소시키며, 또 이는, 상승효과의 도모에 이어지는 것이다.

제2도와 제3도에서, 일반적으로 (20)으로 지정된 실린더 헤드가 넷의 배기구(22)와, 글로 플로그(glow plug)용의 한 구멍(24) 및, 냉각수 출구(26)들을 포함하고 있음에 유의하기 바란다. 한쌍의 배기 열 실드(28)의 각각의 것은 실린더 헤드 내에 장소주조되어 일단(30), 즉, 배기 밸브 시트(32)들에 가장 가까운 입구단으로부터, 배기 매니폴드(12)(제1도에 도시됨)에의 입구 인접의 출구를 형성하는 반대단(34)에 연장하고 있다.

실린더 헤드의 냉각수 출구(26)들은 실린더 헤드에 걸쳐 수냉통로(36)의 연속과 접속된다. 실린더 헤드는, (38)로 지정된, 적당한 위치에 천공되어 암나사 홈이 파여 있어, 냉각수 온도 탐침을 수용하게 되고, 또 (40)이 지정된 타의 적당한 위치에 천공되어 암나사 홈이 파여 있어, 실린더 헤드 상에 배기 밸브 작동 어셈블리(도시되지 않음)를 지지하는 수단을 마련하게 된다. 배기 밸브(42)들은 실린더 헤드 내에 배치되게돼 있다. 밸브 헤드(44)들은 실린더 헤드의 연소면(combustion face)에 앉혀진다. 각 밸브의 배기 밸브 스템(46)들은 실린더 헤드(20) 및 각기의 배기 열 실드(28)를 통해 수직으로 연장하여 밸브 가이드 보스(48)들의 각기의 구멍(bore) 내에 지지된다.

각 가이드 보스(48)의 아래 부분은, 주조할 때 배기 열 실드를 통해 연장한다는 것에 유의하기 바란다.

끝으로, 특히 제2도에 보인 바와 같이, 수직으로 매달린 계단형 구멍(stepped bore)(50)이 연료 분사기를 지지하게 마련돼 있다. 그것은 배기구(22)들로부터 등거리에 위치돼 있다.

우선의 실린더 헤드 주조 재료 사양은 하기의 화학적 성질과 미세구조로 돼 있다.

화학적 성질(중량%)

총 탄소 3.40-3.60

망간 .60- .90

실리콘 1.80 - 2.10

크롬 최고 .21

니켈 .05- .l0

동 .30- .50

인 최고 .05

황 최고 .15

몰리브덴 .25- .40

미세 구조

정선된 공정(共晶) 셀 사이즈를 가진 완전 펄라이트 매트릭스.

5-7의 플레이크 사이즈를 가진 최소 90%의 A형 흑연.

브리넬 경도 범위

BHN 179-229

배기 열 실드(28)는 주철 실린더 헤드에 적절한 매우 높은 내열성 재료로 제조된다. AISI 347 스테인리스 강은 배기 열 실드에 대한 우선의 재료이다. 바람직하게, 배기 열 실드는 매우 얇은 벽들과 이례적인 치수안정성으로 주조되게 각종의 재료를 허용하는, 진공보조 주조방법을 활용하는 주물로서 제조된다. 배기열 실드의 두께는 바람직하게 약 0.178센티미터(0.070인치)의 정도이다. 배기 열 실드를 제조하는 공정은 미국특허 제4,340,108호에 기재돼 있으며, 그 자체로 본 발명의 일부를 구성하지 않는다.

아래에 아주 상세하게 설명하는 바와 같이, 배기 열 실드(28)는 실린더 헤드 주조가 행해질 때 장소주조되어 배기 열 실드가 밸브 시트들의 실린더 헤드의 연소면에 가장 가까운, 배기 열 실드의 일단인 (52)로 지정한 구역들의 실린더 헤드에 첨부되어 지지되게 되며, (54)로 지정된 구역들의 밸브지지 가이드 보스(48)들이 배기 열 실드 벽을 통해 연장한다. 끝으로, 배기 열 실드는, (제1도에 나타낸 바와 같이) 배기 매니폴드(12)가 부착되는 측벽(56)에 가장 가까운 일측 끝단(34)에 지지돼 있다. 이 후자의 지지는, 그의 외측주변 가장자리에서 주물에 확산 결합된 환상의 속이 비지않은 금속 밀봉 실 링(annular solid steel sealring)(58)과 동심의 랜드(60)에 의해 지지된다. 배기 열 실드(28)의 단(34)이 밀봉링 실에 의해 지지될 때 실린더 헤드 내에 측벽(56)으로부터 짧은 거리 d를 한정하고 있음에 유의할 일이다. 그 이유는 뜨거운 배기가스가 배기 열 실드를 통해 순환될 때 배기 열 실드를 종축선을 따라 축방향으로 팽창하게 하려고 마련되는 것이다. 실 링(58)은 또한 배기 열 실드의 방사의 열팽창을 허용하며, 그것은 바람직하게 배기 열 실드의 그것과 대략 같은 항복강도를 가진 300 시리즈 스테인리스 강 재료로 제조된다.

제1금속인 실린더 헤드에 고정될 때, 제2금속인 배기 열 실드는 그에 사이띄인 관계에 보지되어 지지점(52,54 및 58)을 제외한 그의 전체 주변 둘레와 그의 길이에 걸쳐 공간(62)층을 마련하게 된다.

공간(62)내에는 중공의 세라믹 입자들(HCPs)을 가득히 채워진 세라믹층으로 형성된다. 이하에 사용되는 용어 HCP는 중공의 세라믹 입자들을 의미하는 것이다. 사이즈와 사이즈 범위에 의한, HCPs의 선택과, 그들이 중공이고 세라믹이다. 즉 제1금속인 실린더 헤드 주물 자체의 표면으로의 방출 열에 대항하는 대단히 유효한 절연벽이 마련된다는 사실로 말미암아, 제2금속인 스테인리스 강 배기 열 실드를 통해 배기 열이 차단되고 있다. HCP층은 주형 코어의 부분이며 그것이 배기 열 실드를 포함하고 있으므로, 아래의 설명과 같이, 실린더 헤드가 주조되는 경우, HCPs는 또한 장소주조되어 환상의 실(58)과 여분의 배기 열 실드 지지 구역(52 및/또는 54)의 확산 결합에 의해 마련되는 방벽에 의해 위치에 유지되는 것이다.

우선의 HCPs는 산화금속, 예를 들어, 알루미나, 하프니아 및 지르코니아 뿐 아니라 비금속 산화물, 예를들어, 실리카 및 칼슘 산화물 등의 많은 유용 내화 재료를 포함한다.

화학적 성질 및 입자경에 관하여 각각의 대표적인 사양을 아래의 표 1에 나타낸다.

[표 1]

우선의 재료는 표의 예 1 및 2로서 든 것이고 그것은 각기 상표 표시 G-3800과 G-3500로 미국의 질랜드 인더스트리즈에 의해 판매되며 전자가 가장 우선하는 재료이다.

상기 설명의 HCP 재료는 유기의 수지 결합제에 의해 배기 열 실드 상에 층을 이루어 함께 지지되며 그것은 바람직하게 미가공 HCP/수지 혼합의, 중량 약 1%에서 약 3.5%까지의 범위가 되게 된다. 수지 함량이 많으면 실린더 헤드를 주조하는 동안에 바람직하지 않은 양의 가스를 산출할 수가 있다. 수지의 함량이 적으면 바람직하지 않은 낮은 코어 강도를 산출할 수가 있는 것이다.

기술분야의 숙련인이 알고있는 다수의 타의 유기 결합제는 역시 어느 것이나 사용하여도 좋다. 결합제에 대한 주요기준은 그러므로 실린더 헤드의 주조중 저 가스 방출을 대비할 뿐 아니라 HCP층(62)의 단면에 걸쳐 HCPs 자신들이 서로 접촉상태에 있음을 또한 보장하게 최소에 지지되게 되는 것이다. 최소 사이즈의 HCPs의 이런 접촉은 배기 열 실드로부터의, HCP층(62)를 통한 의미있는 내 열전도성을 증진시키는 것으로 발명자들에 의하여 발견되었다. 다른 한편, 수지 함량은, 만족스럽지 못하게 낮은 코어 강도를 제공할 만큼 낮아서는 아니된다.

HCP 재료와 수지 결합제의 우선의 혼합물은 HCP 97.56%와 유기 수지 2.54%이고 HCP 재료는 표 1의 예 1과 2에서 선택된다.

위에서 기술한 바와 같이, 본 발명의 중요한 특징은, 배기 열 실드가 환상의 실(seal)(58)에 의해 위치에 지지되는 수법인 것이다. 제4도 및 제5도에는, 단일의 구조로서 제작되는, 보통 (58)로 지정된 환상 밀봉 링실을 보이고 있으며, 제2도에 가장 잘 나타낸 좌우측 배기 열 실드 구성의 각기의 배기 열 실드들을 커버하는 분리 림 부분(70 및 72)을 가지는 것을 보이고 있다. 림 부분(70,72)들은 공통 경계면(74)에서 결합돼 있다. 링실(58)은 속이 비지 않은 단면이며, 또 실린더 헤드 주물 내에 보지되고 있고 그에 확산 결합돼 있는 그의 반경방향 폭의 실제 부분을 포함하고 있다. 실(seal)의 내주면(76)은 방사상 내향으로 볼록꼴이어서 그것이 배기 열 실드의 기계가공된 표면 또는 랜드(60)와 선 접촉을 수립하는 것을 제4도에 단면으로 보이고 있다.

앞에 언급한 구성의 환상의 실은, 본래 선행기술의 부분으로 알려진 것, 즉 제6도에 나타낸 바와 같은 것에 비해 날카롭다. 제6도의 실은, 주조의 일부를 형성하는 것이 아나라 실린더 헤드의 주조 및 다듬질 후 배기 열 실드의 랜드(60) 상에 끼위맞추는 분리 플랜지형의 실(seal)임을 보이고 있다. 이는 최종의 어셈블리 단계로서 행해진다. 플랜지 열 실드형 실(78)은, 따라서, 배기 매니폴드와 실린더 헤드의 측벽(56)과의 사이에 배열된 적당한 개스킷(80)에 의해, 또는, 다른 어떤 적당한 수단에 의해 위치에 고정되고 있다. 제4도 및 제5도에 보인 바와 같은 본 발명의 환상의 실로서, 플랜지 실(78)은 배기 열 실드의 축방향과 반경방향 양측의 팽창을 확실히 하게 한다.

제7,9 및 10도에는, 그 모두가 금속이고 바람직하게 스테인리스 강인, 환상의 밀봉 부재의 선택적 실시 양태를 보이고 있다. 제7도에서는, 방사상 실 플랜지(84)와 실 립(seal lip)(86)을 가진 플랜지형의 실(82)이 주조돼 있다. 실 립은 배기 열 실드의 랜드(60)를 맞물며 측벽(56)을 향해 축방향 외향으로 향해 있다. 선택적으로, 그것은 내향으로 향해져도 좋다. 제9도에서는, 링 실은, 실린더 헤드에 끼워 넣어지고 있는 O링의 외직경부와, 배기 열 실드의 랜드(60)와의 선접촉을 제공하는 O링의 내직경부와를 가진, 속이 비지 않은 O링(88)의 형태이다. 제10도에서는, O링 형 실(92)이 내부가 비어, 제9도의 실시양태보다 큰 반경방향 탄성 에네르기를 제공하게 된다.

제8도에는 환상의 실(90)이 실린더 헤드 주물과 일체로 주조되어도 좋음을 보이고 있다. 달리말하여, 분리 부재로서의 환상의 실이 배제돼 있는 것이다. 배기 열 실드의 랜드(60)와의 끼워맞춤은, 코어로서 실린더 헤드 샌드몰드(sand mold) 안에 그것들이 놓여지기에 앞서, 얇은 배기 열 실드 방벽 코팅을 가진 랜드(60)를 준비함에 의해 유지된다. 이는, 아래의 설명과 제11도 및 제12도의 도시와 같은, 배기 열 실드/HCP혼합 코어의 마련 방법과는 엄청나게 거리가 있다는 사실에 특히 유념할 일이다.

제11도 및 제12도에 보인 바와 같이, 배기 열 실드/절연 혼합 코어를 제조하려면, 배기 열 실드 주조는, 완료되어 일단이 기계가공되어 랜드(60)를 마련하게 되며, (52)의 실린더 헤드 배기구 입구의 구역이 또한 기계가공되어 실린더 헤드 주물이 그에 확산 결합될 수 있는 깨끗한 표면을 제공하게 되는 것이다. 또한, 배기 열 실드 배기 밸브 보스 구역(94 및 96)들을 천공하여 배기 열 실드의 벽에, 그를 통해 실린더 헤드의 밸브 스템 가이드 보스(48)들이 확산 결합될 수 있는 깨끗한 표면(54)을 마련하게 된다.

그 다음, 환상의 밀봉 링 실(58)을 랜드(60)에 밀어 붙인다. 그런 다음, 배기 열 실드를 적당한 주형에 넣어, 배기 열 실드의 외주와 길이 둘레에 HCP 절연층을 주입하고 배기 열 실드의 내부와 환상의 실(58)의 일측 상의 랜드(60)의 축방향 외향부의 모두에 코어 모래를 채운다. 환상의 실의 상부는, 배기 열 실드의 배기구 입구단들(52)의 구역처럼, 좌 노출, 또는 다른 말로 하여, 어떠한 HCP나 코어 모래 적용으로부터 보호됨으로써, 실린더 헤드가 주조되는 때에 배기 열 실드와 환상의 실에 실린더 헤드 주물의 확산 결합을 허용하게 되는 것이다.

배기 열 실드를 위치 주조하는 타의 구성이 또한 가능하다. 예를 들어, 확산 결합은 입구단이나, 출구단 또는 제8도에 대해 설명한 바와 같은 밀접 미끄럼끼워맞춤처럼 밀접되는 배기 열 실드가 경계면에 여분의 실린더 헤드 주조를 가진 밸브 가이드 보스들 증의 어느 것에 한정될 수 있는 것이다.

배기 열 실드를 내포하는 배기구 코어는 제11도 및 제12도에 보인 바와 같은 개별 혼합 주형 코어로 준비될 수가 있다. 예를 들어, 제2도 및 제3도에 보인 바와 같이, 선택적으로, 특정 실린더 헤드 형상은, 배기 열 실드의 쌍이 단일 혼합 주형 몰드로서 준비될 수 있으며 그에 의해 제조효율을 더 촉진하고 글로 플러그 보스의 구역의 HCP재료 체적을 유리하게 증대시킬 수 있게 하는 것이다.

혼합 코어를 가공한 후, 그것은 다음 실린더 헤드 주조에 사용되는 모레 주형에 놓여지게 준비한다. 실린더 헤드의 주조에 이어, 냉각수 통로를 구성하기 위해 그리고 배기 열 실드의 내부와 아울러 주물의 타의 곳으로부터 모래를 제거하기 위해, 실린더 헤드 주물에서 코어 모래(98)를 떨어내게 된다.

이로써 실린더 헤드 주조는 완성하며 그 다음, 기계가공과 본 발명의 일부를 구성하지 않는 관련작업이 뒤따르는 것이다. 위에 설명한 바와 같은 전체의 공정을 제14도에 도식으로 보인다.

실린더 헤드의 기능적 제조효율은, 위에 설명한 바와 같이, 배기 열 실드와 실린더 헤드와의 사이에 공간을 단지 마련하는 것을 포함하여, 기술분야에 지금까지 알려진 어떠한 것과도 다른 것이다. HCPs 대 절연매체의 비교성능을 제13도에 보이며 A로 나타낸, 본 발명과 관련한 실린더 헤드에 사용된 HCP 재료의 열전도성은, 배기 열 실드의 뜨거운 측과 배기 열 실드 인접의 헤드 주물의 표면간의(통상적으로 약 100°F에서 600°F까지 연장하는) 어떤 온도차에 걸쳐 비교적 일정하게 남아 있음에, 즉, HCP 공동(cavity)을 형성하고 있음에 유의하기 바란다. 대조적으로, B로 나타낸, 배기 열 실드와 실린더 헤드 사이에 공간을 실용하는 실린더 헤드는 이 온도차에 걸친 열전도성이 현저하게 상승하고 있다. 최종 분석결과, 실린더 헤드 공간구성보다 40% 낮은 정도의 열전도성 범위의 감소가, C로 나타낸 바와 같이, 달성가능하며, 이들은 평범한실린더 헤드/엔진 야외 운전 조건에 뜻을 둔 온도차를 의미한다.

발명의 실시를 위한 최량의 양태를 상세히 설명하였는 바, 본 발명이 관련하는 기술에 숙련한 이들은 다음의 청구의 범위에 의해 규정되는 바와 같은 발명을 실행하기 위한 각종 선택적 고안과 실시양태를 인정할 것이다.

본 발명은 내연기관용 실린더 헤드와 그의 제조 방법에 관한 것이다. 더 상세하게는, 배기가스로부터 실린더 헤드로 이동하는 열의 양의 제한과 실린더 헤드로 나가는 배기가스 온도의 최대화가 유발되는, 2 행정식과 4 행정식의 디젤엔진 용도 및 타의 엔진 용도로의 사용에 뜻을 둔 실린더 헤드에 관한 것이다.

또한, 본 발명은, 실린더 헤드 주물 자체에 의해 지지되나 실린더 헤드 주물 자체로부터의 전도는 차단되는, 배기가스가 이동되는 라이너의 장소주조(casting in place)를 포함하는, 그러한 실린더 헤드 또는 그의 구성물의 제조 방법에 관한 것이다

제1도는 본 발명과 관련하는 개량의 실린더 헤드를 장비할 수 있는 내연기관의 일반적 사시도;

제2도는 본 발명과 관련하는 실린더 헤드의 일부를 부분적으로 단면으로 보인 평면도;

제3도는 단면으로 제2도의 3-3선에 따라 그린 측면도;

제4도는 제3도에 4를 표시한 원을 친 부분의 확대도이며 본 발명과 관련한 배기 열 실드와 실(seal)의 상세를 보이는 그림;

제5도는 제2도 내지 제4도에 보인 실(seal)의, 부분 단면의, 사시도;

제6도는, 제5도와 같은 그림이지만 선행 기술과 관련한 배기 열 실드 플랜지 실(flange seal)을 보이는그림;

제7도 내지 제10도는, 제5도 및 제6도와 같은 단면도이며, 본 발명과 관련하는 배기 열 실드의 다른 방도의 실시양태를 각도에 보이는 그림;

제11도는 본 발명과 관련하는 배기 열 실드를 포함하는 형입 코어(molding core)의 사시도;

제12도는 제11도의 형입 코어의 측면도;

제13도는, 본 발명에 관련하는 실린더 헤드에 사용되는 HCP 재료(A)를 선행 기술의 에어 갭(B)과 비한 때의 비교 열전도성을 보이는 성능곡선; 그리고

제14도는 본 발명과 관련하여 실린더 헤드를 주조하는 공정의 개략 설명도이다.