내연기관용 실린더 헤드의 제조방법(PROCESS FOR PRODUCING CYLINDER HEADS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES)

(19) 대한민국특허청(KR)
(12) 공개특허공보(A)
(51)Int. Cl.6
F01L 3/08
(11) 공개번호 특2000-0005112
(43) 공개일자 2000년01월25일
(21) 출원번호 10-1998-0707753
(22) 출원일자 1998년09월29일
번역문제출일자 1998년09월29일
(86) 국제출원번호 PCT/EP1997/01540 (87) 국제공개번호 WO 1997/37107
(86) 국제출원출원일자 1997년03월26일 (87) 국제공개일자 1997년10월09일
(81) 지정국 EP 유럽특허 : 오스트리아 벨기에 스위스 독일 덴마크 스페인 핀랜드
프랑스 영국 그리스 이탈리아 룩셈부르크 모나코 네덜란드 포르투칼
국내특허 : 아일랜드 일본 대한민국
(30) 우선권주장 P 196 12 500.6 1996년03월29일 독일(DE)
(71) 출원인 블라이슈탈 프로둑티온스-게엠베하 운트 콤파니 카게 에케하트 켈러
독일 데-58300 베터/루르 (벵게른) 오스테르펠트슈트라쎄 51
(72) 발명자 크뤼거, 게르트
독일 데-58300 베터 오스터펠트슈트라쎄 8
(74) 대리인 백문구
심사청구 : 없음
(54) 내연기관용 실린더 헤드의 제조방법
요약
본 발명은 밸브 시이트 링(8) 및 밸브 가이드(7)의 영역에 계단형 섹션(4, 3)을 가진 코어(2)를 포함하는
모울드내에서 액체 실린더 헤드 재료, 특히 알루미늄을 주조함으로써 내연기관용 실린더 헤드를 제조하기
위한 방법에 관한 것이다. 상기 방법의 특징은 밸브 시이트 링(8) 및 밸브 가이드(7)가 철 또는 구리를
기본으로 하는 통상의 재료로부터 프레스 및 소결에 의해 5 내지 15%의 개방 다공 체적을 갖도록 제조되
고, 각각 하나의 밸브 시이트 링(8) 및/또는 각각 하나의 밸브 가이드(7)가 코어(2)의 계단형 섹션(4,
3)상에 놓인 다음, 액체 알루미늄이 예열된 모울드내로 주입되며, 용융된 알루미늄(1)의 응고 후에 코어
(2)가 통상의 방법으로 제거되는 것이다.
대표도
도1
명세서
기술분야
본 발명은 청구항 1의 전문에 따른 내연기관용 실린더 헤드의 제조 방법에 관한 것이다.
배경기술
실린더 헤드의 제조시, 밸브 시이트 링 및 밸브 가이드를 일정한 밀도로 알루미늄 또는 회색 주철로 주조
된 실린더 헤드의 대응하는 홀내로 삽입하는 것은 공지되어 있다. 그것과 더불어, 밸브 시이트 표면의
실린더 헤드 재료를 처리함으로써, 높은 엔진 부하를 견딜 수 있도록 하고자 한다.
밸브 시이트 링 또는 중공 실린더형 밸브 가이드를 삽입하기 위한 공지된 방법은 많은 제조 기술적 비용
을 필요로 한다. 예컨대, 필요한 조립 공차를 지키기 위한 밸브 시이트 링, 밸브 가이드 및 실린더 헤드
의 절삭 가공, 및 실린더 헤드 내로 링 또는 밸브 가이드를 조립하기 전에 정확한 위치 설정이 필요하다.
예컨대, 레이저 용융 또는 레이저 합금에 의해 표면을 처리하는 경우, 많은 량의 에너지가 필요하며, 이
것은 3%의 레이저 효율시 상기 방법을 매우 비경제적이게 한다.
또한, 밸브 시이트 링을 높은 밀도로 실린더 헤드 내로 주입하려고 했지만, 이 경우에는 실린더 헤드 재
료와 밸브 시이트 링 사이에 양호한 결합이 이루어지지 않는다(독일 특허 공개 제 39 37 402 A1). 실린
더 헤드내의 링은 단지 기계적 크램핑에 의해서만 고정되기 때문에, 실린더 헤드에 대한 양호한 접촉이
이루어지지 않고 그에 따라 링이 떨어질 위험이 있다. 상기 해결책은 또한 밸브 시이트 링으로부터 실린
더 헤드로의 천이부가 산화된다는 단점을 갖는다; 이로 인해 형성된 층은 절연 작용을 하며 높은 열 전달
을 막는다.
발명의 상세한 설명
5-1
1019980707753
본 발명은 상기 단점을 없애려 한다. 따라서, 본 발명의 목적은 밸브 시이트 링과 밸브 가이드의 직접적
인 주입에 의해 제조 기술상 비용이 감소될 수 있고, 실린더 헤드 재료에 대한 밸브 시이트 링 및 밸브
가이드의 양호한 결합이 이루어짐으로써, 열 전도율이 증가될 수 있는, 실린더 헤드의 제조 방법을 제공
하는 것이다.
상기 목적은 본 발명에 따라 청구항 1의 특징을 가진 내연기관용 실린더 헤드의 제조 방법에 의해 달성된
다.
바람직한 실시예는 청구범위 종속항에 제시된다.
본 발명에 따른 방법에서 5 내지 15%의 개방 다공 체적을 가진 밸브 시이트 링 및 밸브 가이드가 사용된
다. 예컨대 저압 주조에 의한 실린더 헤드의 주조 공정 동안 액체 알루미늄이 템퍼링된 밸브 시이트 링
및 밸브 가이드의 다공내로 침투하여 이것을 채운다. 이로 인해, 두 재료의 양호한 결합이 이루어진다.
실린더 헤드 재료로 알루미늄이 사용되면, 재료의 열전도율이 침투된 알루미늄의 양 만큼 증가된다. 부
가로, 실린더 헤드 및 밸브 시이트 링 또는 밸브 가이드의 영역에서 절연 중간층이 피해짐으로써, 전술한
부품으로부터 실린더 헤드내의 냉각 순환계로의 열 전도가 증가된다. 실린더 헤드 가공시 및 밸브 시이
트 링 또는 밸브 가이드의 제조시 절삭 단계가 생략될 수 있다.
본 발명은 또한 철 또는 구리를 기본으로 하는 종래의 시이트 링 및 가이드 재료 대신에, 액체 경금속에
의한 침투를 위해 특별히 만들어진 세라믹 재료를 사용할 수 있는 가능성을 제공한다.
액체 알루미늄을 모울드내로 주입하는 것은 중력 하에서 또는 압력 하에서 경우에 따라 가변 압력 비율로
이루어질 수 있다.
주입 전에 밸브 시이트 링 및 밸브 가이드를 가열하는 것이 바람직하다. 이것은 삽입 후에 주조 모울드
와 함께 또는 주조 모울드내로 삽입하기 전에 이루어질 수 있다.
바람직한 실시예에서 밸브 시이트 링 및 밸브 가이드의 다공 체적이 단계적으로 세팅될 수 있다. 즉, 높
은 열적 및 기계적 부하를 받는 영역은 적은 다공 체적, 예컨대 다공 체적 < 2%을 갖는 한편, 실린더 헤
드쪽의 영역은 전술한 한계 범위의 다공 체적을 갖는다.
다른 바람직한 실시예에서는 재프레스 공정 동안 밸브 시이트 링 및/또는 밸브 가이드내에 상이한 압축
기울기가 형성될 수 있다.
본 발명을 첨부한 도면에 도시된 실시예를 참고로 구체적으로 설명하면 하기와 같다.
도면의 간단한 설명
도 1은 밸브 시이트 링 및 밸브 가이드의 영역에서 실린더 헤드의 단면도이고,
도 2는 다공의 제조에 대한 개략도이다.
실시예
도 1은 주조 공정 후 실린더 헤드의 유입 또는 유출 채널 영역의 단면도이다. 계단형 섹션을 가진 코어
(2)가 응고된 알루미늄 용융물(1)로부터 여전히 제거되지 않은 상태이다. 코어(2)는 상부 원통형 섹션
(3) 및 그 아래 보다 큰 직경을 가진 제 2 원통형 섹션(4)을 포함한다. 평평한 링형 쇼울더(5)는 2개의
섹션(3), (4) 사이의 천이부를 형성하는 한편, 제 2 섹션(4)은 그 하단부가 링형 쇼울더(6)를 통해 원통
형 코어(2)의 외부 표면에 이어진다.
주조 공정 전에 상부 섹션(3)상에 조립식 밸브 가이드(7)가 그리고 하부 섹션(4)상에는 조립식 밸브 시이
트 링(8)이 놓인다. 도면에 도시된 바와 같이, 원통형 섹션(4)과 링형 쇼울더(6) 사이의 에지 영역은 밸
브 시이트 링(8)의 윤곽에 상응하게 형성된다.
밸브 시이트 링(8) 및 밸브 가이드(7)는 5 내지 15%의 개방 다공 체적을 갖도록 제조되고 삽입 전에 예열
된다. 실린더 헤드의 주조 공정 동안 액체 알루미늄이 템퍼링된 밸브 시이트 링 및 밸브 가이드(8),
(7)의 다공내로 침투하여 이것을 채운다. 이 경우, 채워진 다공의 균일한 분포 및 주입된 부품의 충분한
강도가 중요하다.
경우에 따라 밸브 구동 부품의 다공 체적이 단계적으로 세팅되는 것도 가능하다. 즉, 높은 열 및 기계적
부하를 받는 영역이 다공 체적 < 2%를 갖는 한편, 실린더 헤드쪽의 영역은 전술한 한계 범위의 다공 체적
을 가질 수 있다. 이것은 재프레스 공정 동안 상이한 압축률에 의해 이루어질 수 있다. 재프레스 공정
은 도 2를 참고로 하기에 설명된다.
밸브 시이트 링을 위해 특별히 조성된 철 기본 합금으로 이루어진 분말 혼합물이 모울드(9)에서 예컨대
6.4 내지 6.8 g/cm3의 밀도로 도 2의 단계 1에 따라 프레스 다이(10)에 의해 경사진 표면을 가진 바디(1
1)로 예비 프레스된다. 그리고 나서, 상기 바디는 단계 2에서 900 내지 1200℃의 온도로 소결된다. 소
결된 바디는 단계 3에서 프레스 다이(12)에 의해 재압축되며, 여기서 바디의 예정된 부분이 변형된다.
따라서, 상응하는 프레스시 변형되지 않는 범위(밀도 6.4 내지 6.8 g/cm3 )로부터 변형되는 범위(밀도 >
7.2 g/cm3)의 밀도 기울기를 가진 바디(13)가 얻어진다. 낮은 밀도를 가진 영역, 즉 밸브 시이트 링의 방
사상 외부 영역은 실린더 헤드와의 접촉면을 형성하는 한편, 높은 밀도를 가진 밸브 시이트 링의 내부 영
역은 작용면을 형성한다.
(57) 청구의 범위
청구항 1
5-2
1019980707753
밸브 시이트 링 및 밸브 가이드의 영역에 계단형 섹션을 가진 코어를 포함하는 모울드내에서 액체 실린더
헤드 재료, 특히 알루미늄을 주조함으로써 내연기관용 실린더 헤드를 제조하기 위한 방법에 있어서, 밸브
시이트 링(8) 및 밸브 가이드(7)가 철 또는 구리를 기본으로 하는 통상의 재료로부터 프레스 및 소결에
의해 5 내지 15%의 개방 다공 체적을 갖도록 제조되고, 각각 하나의 밸브 시이트 링(8) 및/또는 각각 하
나의 밸브 가이드(7)가 코어(2)의 계단형 섹션(4, 3)상에 놓인 다음, 액체 알루미늄이 예열된 모울드내로
주입되며, 알루미늄 용융물(1)의 응고 후에 코어(2)가 통상의 방법으로 제거되는 것을 특징으로 하는 제
조 방법.
청구항 2
제 1항에 있어서, 액체 알루미늄이 중력 하에 또는 압력 하에 모울드내로 주입되는 것을 특징으로 하는
제조 방법.
청구항 3
제 1항 또는 2항에 있어서, 액체 알루미늄의 주입이 가변 압력 비율로 이루어지는 것을 특징으로 하는 제
조 방법.
청구항 4
제 1항 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서, 모울드가 밸브 시이트 링(8) 및 밸브 가이드(7)와 함께 주조
전에 가열되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
청구항 5
제 1항 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서, 밸브 시이트 링(8) 및 밸브 가이드(7)가 모울드내로 삽입하기
전에 가열되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
청구항 6
제 1항 내지 5항 중 어느 한 항에 있어서, 밸브 시이트 링(8) 및/또는 밸브 가이드(7)의 제조시 상이한
압축 기울기에 의해 높은 열적 및 기계적 부하를 받는 영역에서 다공 체적 < 2%이 형성되는 것을 특징으
로 하는 제조 방법.
청구항 7
제 6항에 있어서, 재프레스 공정 동안 밸브 시이트 링(8) 및/또는 밸브 가이드(7)에 상이한 압축 기울기
가 형성되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
도면
5-3
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도면1
5-4
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도면2
5-5
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