KR100863430B1 - Cylinder head and exhaust system for multi-cylinder engines - Google Patents
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Abstract
본 발명은 실린더 헤드의 측부를 확장하여 배기 매니폴드의 러너 역할을 하는 배기통로를 일체로 형성한다. 따라서, 한정된 엔진룸 공간에서 배기 매니폴드와 차체와의 간섭을 줄일 수 있으며, 엔진 성능을 향상할 수 있다. The present invention extends the side of the cylinder head to integrally form an exhaust passage serving as a runner of the exhaust manifold. Therefore, the interference between the exhaust manifold and the vehicle body can be reduced in a limited engine room space, and the engine performance can be improved.
배기 매니폴드, 실린더 헤드, 배기포트, 배기통로, 배기관Exhaust manifold, cylinder head, exhaust port, exhaust passage, exhaust pipe
Description
도 1은 종래 기술에 따른 배기 시스템을 도시한 사시도이다.1 is a perspective view showing an exhaust system according to the prior art.
도 2는 종래 기술에 따른 배기 시스템의 측면을 도시한 도면이다.2 shows a side view of an exhaust system according to the prior art.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 실린더 헤드 및 배기 시스템을 도시한 도면이다. 3 illustrates a cylinder head and an exhaust system according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 실린더 헤드 내에 형성되는 워터재킷을 도시한 도면이다. 4 is a view showing a water jacket formed in the cylinder head according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 차량용 다기통 엔진의 실린더 헤드 및 배기 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a cylinder head and an exhaust system of a multi-cylinder engine for a vehicle.
통상적인 차량용 엔진은 내연기관(internal combustion engine)으로서, 실린더 내에서 연소된 배기가스의 배출을 위한 시스템을 갖추고 있고, 이를 배기 시스템이라고 한다. A typical vehicle engine is an internal combustion engine, which has a system for discharging exhaust gas combusted in a cylinder, which is called an exhaust system.
통상적인 배기 시스템에 따르면, 실린더의 배기가스가 실린더 헤드를 통해 배출되도록, 실린더 헤드 내에는 배기 포트가 형성되어 있다. 다기통 엔진의 다수의 배기 포트로부터 배출되는 배기가스는 배기 매니폴드(exhaust manifold)를 통해 집합되어 촉매 컨버터(catalytic converter)에 공급된다. According to a conventional exhaust system, an exhaust port is formed in the cylinder head so that exhaust gas of the cylinder is discharged through the cylinder head. Exhaust gases from a plurality of exhaust ports of the multicylinder engine are collected through an exhaust manifold and supplied to a catalytic converter.
도 1은 종래 기술에 따른 배기 시스템을 도시한 사시도이고, 도 2는 종래 기술에 따른 배기 시스템의 측면을 도시한 도면이다. 1 is a perspective view showing an exhaust system according to the prior art, Figure 2 is a view showing the side of the exhaust system according to the prior art.
통상적으로 배기 매니폴드(100)는, 도 1에서 도시한 바와 같이, 실린더 헤드(101) 일측에 플랜지(103)를 통하여 장착되어 엔진 각 연소실로부터 배출되는 배기가스를 각각의 포트(Port)에 연결된 각각의 런너(105)와 일체로 구성된 배기관(107)을 통하여 집합되어 촉매 컨버터(109) 측으로 배출된다. Typically, as shown in FIG. 1, the
이러한 배기 매니폴드는, 통상적으로 엔진과는 별도의 부재로 제작되어 엔진에 볼트 등으로 결합된다. 다수의 배기 포트를 하나의 촉매 컨버터에 연결하는 배기 매니폴드는, 그 부피를 많이 차지하게 된다. 아울러, 엔진 성능 개선을 위해 4-2-1 방식으로 단계적으로 배기 매니폴드의 유로를 합류시키고자 할 경우에 배기 매니폴드의 외형이 복잡하게 되여 엔진에 볼트결합하기가 힘들게 되는 경우가 있다. Such an exhaust manifold is typically made of a member separate from the engine and coupled to the engine by bolts or the like. Exhaust manifolds that connect multiple exhaust ports to one catalytic converter occupy a large volume. In addition, when the flow paths of the exhaust manifolds are to be gradually joined in a 4-2-1 manner in order to improve engine performance, the appearance of the exhaust manifold becomes complicated, which makes it difficult to bolt the engine.
즉, 도 2를 참고로, 도면에 도시된 종래 기술에 따른 배기 시스템은, 1,3번 실린더의 러너들(105), 그리고 2,4번 실린더의 러너들(105)이 각각 하나의 배기관에서 합류하여 촉매 컨버터(109)에 공급된다. 그런데, 이러한 합류방식에 의해 배기 매니폴드(100)는 그 구조가 복잡해지게 되며, 도 2에서 도시한 바와 같이, 각 런너(105)와 배기관(107)의 간섭에 의해서 상기 플랜지(103)의 장착홀(111)에 볼트 체결이 어려워지게 되는 문제가 발생하기도 한다. That is, with reference to Figure 2, the exhaust system according to the prior art shown in the drawing, the
아울러, 실린더에서 배출되는 배기가스는 매우 고온이다. 따라서 이러한 배기가스가 처음 통과하게 되는 실린더 헤드에는 워터재킷이 형성되어 실린더 헤드가 과열되지 않도록 하고 있다. In addition, the exhaust gas emitted from the cylinder is very hot. Accordingly, a water jacket is formed in the cylinder head through which the exhaust gas first passes, so that the cylinder head is not overheated.
그런데, 배기 매니폴드는 외부에 노출되어 있고 엔진과는 별도의 부재로 형성되므로, 워터 재킷 등으로 냉각시키지 못하고, 단지 공기의 흐름을 통해 냉각시키고 있다. However, since the exhaust manifold is exposed to the outside and formed of a member separate from the engine, the exhaust manifold is not cooled by a water jacket or the like but is cooled only by the flow of air.
실린더로부터 촉매 컨버터에 이르기까지 배기가스가 배출되기 위한 배기 시스템을 기구적으로 컴팩트하게 형성할 수 있다면, 엔진룸 공간을 효율적으로 활용할 수 있게 된다. 또한, 촉매 컨버터에 이르기까지 배기가스의 온도를 큰 폭으로 떨어지지 않으면서도 내구성을 향상할 수 있는 배기 시스템을 제공한다면, 이는 엔진의 성능과 내구성을 함께 향상할 수 있을 것이 기대되는 것이다. If the exhaust system for exhaust gas from the cylinder to the catalytic converter can be mechanically and compactly formed, the engine room space can be efficiently utilized. In addition, if an exhaust system capable of improving durability without drastically dropping the temperature of the exhaust gas down to the catalytic converter is expected, it is expected that the performance and durability of the engine can be improved together.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 엔진의 성능과 엔진룸의 공간활용도를 향상할 수 있는 다기통 엔진의 실린더 헤드 및 배기 시스템을 제공하는 것이다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a cylinder head and an exhaust system of a multi-cylinder engine that can improve the performance of the engine and the space utilization of the engine room. .
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실린더 헤드는, 각 실린더마다 하나 이상의 배기포트를 형성하는 복수의 배기포트를 구비한 다기통 엔진용 실린더 헤드로서, 상기 복수의 배기포트들에 연결되는 복수의 배기통로들이 내부에 형성되도록 실린더 헤드 측면으로부터 돌출된 하나 이상의 돌출부를 구비하고, 상기 복수의 배기통로들은 상기 복수의 배기포트들의 형성방향으로부터 동일한 방향으로 선회하여 형성되되, 상기 하나 이상의 배기포트는 각 실린더마다 한 쌍의 배기포트로 형성되어, 상기 한 쌍의 배기포트는 하나의 배기통로로 합류되며, 상기 복수의 배기통로들은 돌출부 내에서 분리되어 구비될 수 있다.
상기 하나 이상의 돌출부는, 상기 다기통 엔진의 모든 실린더의 배기통로들이 그 내부에 형성된 하나의 돌출부로 할 수 있다. The cylinder head of the present invention for achieving the above object is a cylinder head for a multi-cylinder engine having a plurality of exhaust ports for forming at least one exhaust port for each cylinder, a plurality of exhaust cylinders connected to the plurality of exhaust ports One or more protrusions protruding from the side of the cylinder head so that the furnaces are formed therein, the plurality of exhaust passages are formed by turning in the same direction from the direction in which the plurality of exhaust ports are formed, wherein the one or more exhaust ports are formed in each cylinder. Each pair of exhaust ports is formed, the pair of exhaust ports are joined to one exhaust passage, and the plurality of exhaust passages may be provided separately in the protrusion.
The one or more protrusions may be one protrusion formed in the exhaust passages of all cylinders of the multi-cylinder engine.
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상기 돌출부 내에는 상기 복수의 배기통로들을 감싸는 워터재킷이 형성될 수있다.A water jacket surrounding the plurality of exhaust passages may be formed in the protrusion.
상기 엔진은 4개의 실린더를 구비한 4기통 엔진인 것으로 할 수 있다. The engine may be a four-cylinder engine having four cylinders.
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상기 동일한 방향은, 상기 엔진의 정면 방향인 것으로 할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다기통 엔진의 배기 시스템은, 실린더 헤드, 하나 이상의 배기파이프, 촉매 컨버터를 포함하는 다기통 엔진의 배기 시스템으로서, 상기 실린더 헤드는, 각 실린더마다 하나 이상의 배기포트를 형성하는 복수의 배기포트를 구비하고, 상기 실린더 헤드는, 상기 복수의 배기포트들에 연결되는 복수의 배기통로들이 내부에 형성되도록 실린더 헤드 측면으로부터 돌출된 하나 이상의 돌출부를 구비하고, 상기 복수의 배기통로들은 상기 복수의 배기포트들의 형성방향으로부터 동일한 방향으로 선회하여 형성되되, 상기 하나 이상의 배기포트는 각 실린더마다 한 쌍의 배기포트로 형성되어, 상기 한 쌍의 배기포트는 하나의 배기통로로 합류되며, 상기 복수의 배기통로들은 돌출부 내에서 분리되어 구비되고, 상기 복수의 배기통로의 출구들은 상기 하나 이상의 배기파이프에 의해 상기 촉매 컨버터에 연결되는 것으로 할 수 있다. The same direction may be the front direction of the engine.
An exhaust system of a multi-cylinder engine of the present invention for achieving the above object is an exhaust system of a multi-cylinder engine including a cylinder head, one or more exhaust pipes, and a catalytic converter, wherein the cylinder head includes one or more exhaust ports for each cylinder. And a plurality of exhaust ports forming a plurality of exhaust ports, wherein the cylinder head includes one or more protrusions protruding from a side of the cylinder head such that a plurality of exhaust passages connected to the plurality of exhaust ports are formed therein, Exhaust passages are formed by turning in the same direction from the formation direction of the plurality of exhaust ports, wherein the one or more exhaust ports are formed as a pair of exhaust ports for each cylinder, and the pair of exhaust ports is a single exhaust passage Joined, the plurality of exhaust passages are provided separately in the projection, the plurality of The outlet of the exhaust path may be the one by the above exhaust pipe to be connected to the catalytic converter.
이러한 본 발명의 다기통 엔진의 배기 시스템에서 상기 하나 이상의 돌출부 는, 상기 다기통 엔진의 모든 실린더의 배기통로들이 그 내부에 형성된 하나의 돌출부로 할 수 있다. In the exhaust system of the multi-cylinder engine of the present invention, the one or more protrusions may be one protrusion formed in the exhaust passages of all cylinders of the multi-cylinder engine.
상기 하나의 돌출부의 모든 배기통로들의 출구들은 하나의 배기파이프를 통해 상기 촉매 컨버터에 연결되는 것으로 할 수 있다. The outlets of all the exhaust passages of the one protrusion may be connected to the catalytic converter through one exhaust pipe.
상기 돌출부 내에는 상기 복수의 배기통로들을 감싸는 워터재킷이 형성될 수있다.A water jacket surrounding the plurality of exhaust passages may be formed in the protrusion.
상기 엔진은 4개의 실린더를 구비한 4기통 엔진인 것으로 할 수 있다. The engine may be a four-cylinder engine having four cylinders.
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상기 동일한 방향은, 상기 엔진의 정면 방향인 것으로 할 수 있다. The same direction may be the front direction of the engine.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Prior to this, the terms or words used in this specification and claims should not be construed as being limited to the ordinary or dictionary meanings, and the inventors may properly interpret the concept of terms in order to best explain their own invention. Based on the principle that can be defined, it should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention.
따라서, 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.Therefore, the embodiments described in the specification and the drawings shown in the drawings are only the most preferred embodiment of the present invention and do not represent all of the technical idea of the present invention, various modifications that can be replaced at the time of the present application It should be understood that there may be equivalents and variations.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 실린더 헤드 및 배기 시스템을 도시한 도면이다. 3 illustrates a cylinder head and an exhaust system according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 실린더 헤드 내에 형성되는 워터재킷을 도시한 도면이다. 4 is a view showing a water jacket formed in the cylinder head according to an embodiment of the present invention.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 배기 시스템은, 실린더 헤드(5), 하나 이상의 배기파이프(15,17), 촉매 컨버터(3)를 포함한다. As shown in FIG. 3, an exhaust system according to an embodiment of the invention comprises a
본 발명의 실시예에 따른 실린더 헤드(5)는, 각 실린더마다 하나 이상의 배기포트(Q1,Q2,Q3,Q4)를 형성하는 복수의 배기포트들(Q1,Q2,Q3,Q4)를 구비한 다기통 엔진용 실린더 헤드(5)이다. The
상기 실린더 헤드(5)에는, 상기 복수의 배기포트들(Q1,Q2,Q3,Q4)에 연결되는 복수의 배기통로들(P1,P2,P3,P4)이 내부에 형성되도록 실린더 헤드(5) 측면으로부터 돌출된 하나 이상의 돌출부(9)가 형성된다. The
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 하나 이상의 돌출부(9) 내에는 상기 복수의 배기통로들(P1,P2,P3,P4)을 감싸는 워터재킷(40)이 형성된다. 이러한 워터재킷(40)에 의하여, 실린더 헤드(5)의 과열(overheating)을 막을 수 있다. As shown in FIG. 4, a
다시 도 3을 참조로, 상기 복수의 배기통로들(P1,P2,P3,P4)은 상기 복수의 배기포트들(Q1,Q2,Q3,Q4)의 형성 방향으로부터 방향으로 선회하도록 형성된다. 본 발명의 실시예에서, 상기 동일한 방향은, 상기 엔진의 정면 방향이다. 즉, 상기 배기통로들(P1,P2,P3,P4)은 실린더(C1,C2,C3,C4)에서 실린더 헤드(5)의 측면 방향으로 연장된 배기포트들(Q1,Q2,Q3,Q4)에 연결되어, 엔진의 정면 방향으로 굽어 형성 된다. Referring again to FIG. 3, the plurality of exhaust passages P1, P2, P3, and P4 are formed to pivot in a direction from the formation direction of the plurality of exhaust ports Q1, Q2, Q3, and Q4. In an embodiment of the invention, the same direction is the front direction of the engine. That is, the exhaust passages P1, P2, P3 and P4 are exhaust ports Q1, Q2, Q3 and Q4 extending from the cylinders C1, C2, C3 and C4 in the lateral direction of the
본 발명의 실시예에서, 상기 엔진은 4개의 실린더를 구비한 4기통 엔진을 예시하였으나, 본 발명의 보호범위가 반드시 이에 한정된 것으로 이해되어서는 안된다. 일예로, 직렬 6기통 엔진(in-line 6 cylinder engine)과 같이, 4개 이상의 직렬 실린더들을 구비한 엔진에도 본 발명의 기술적 사상이 용이하게 구현될 수 있다. In the embodiment of the present invention, the engine illustrated a four-cylinder engine having four cylinders, but the protection scope of the present invention should not be understood to be limited thereto. For example, the technical spirit of the present invention may be easily implemented in an engine having four or more in-line cylinders, such as an in-line 6 cylinder engine.
아울러, 본 발명의 실시예에서는, 각 실린더의 배기포트(Q1,Q2,Q3,Q4)가 각각 쌍으로 형성된 것을 도시하고 있으나, 본 발명의 보호범위가 반드시 이에 한정된 것으로 이해되어서는 안된다. 실린더마다 하나의 배기포트가 형성된 엔진에도 본 발명의 기술적 사상이 용이하게 구현될 수 있다. In addition, in the embodiment of the present invention, although the exhaust port (Q1, Q2, Q3, Q4) of each cylinder is shown in pairs, but the protection scope of the present invention is not necessarily limited to this. Even in an engine in which one exhaust port is formed per cylinder, the technical idea of the present invention can be easily implemented.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 한 쌍의 배기포트(Q1,Q2,Q3,Q4)는 하나의 배기통로(P1,P2,P3,P4)로 합류된다. 그러나, 본 발명의 보호범위가 반드시 이에 한정된 것으로 이해되어서는 안된다. 상기 한 쌍의 배기포트(Q1,Q2,Q3,Q4)가 합류되지 아니하고 그 출구측까지 연장되는 경우에도 본 발명의 기술적 사항이 용이하게 구현될 수 있다. As shown in FIG. 3, according to an embodiment of the present invention, the pair of exhaust ports Q1, Q2, Q3, and Q4 are joined to one exhaust passage P1, P2, P3, and P4. However, the protection scope of the present invention should not be understood to be limited thereto. Even if the pair of exhaust ports Q1, Q2, Q3 and Q4 do not join and extend to the outlet side, the technical matters of the present invention can be easily implemented.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에서는, 상기 하나 이상의 돌출부(9)는, 상기 다기통 엔진의 모든 실린더(C1,C2,C3,C4)의 배기통로들(P1,P2,P3,P4)이 그 내부에 형성된 하나의 돌출부(9)로 형성된다.
상기 복수의 배기통로들(P1,P2,P3,P4)은 상기 돌출부(9) 내에서 분리되어 구비된다. As shown in FIG. 3, in the embodiment of the present invention, the one or more protrusions 9 include exhaust passages P1, P2, P3 of all cylinders C1, C2, C3, C4 of the multicylinder engine. P4 is formed of one protrusion 9 formed therein.
The plurality of exhaust passages P1, P2, P3, and P4 are provided separately in the protrusion 9.
본 발명의 실시예에 따른 배기 시스템에서는, 이와 같은 엔진의 상기 복수의 배기통로(P1,P2,P3,P4)의 출구들은 상기 하나 이상의 배기파이프(16)에 의해 상기 촉매 컨버터(3)에 연결된다. In an exhaust system according to an embodiment of the invention, the outlets of the plurality of exhaust passages P1, P2, P3, P4 of such an engine are connected to the catalytic converter 3 by the one or
본 발명의 실시예에서는, 상기 하나의 돌출부(9)의 모든 배기통로들(P1,P2,P3,P4)의 출구들은 하나의 배기파이프(16)를 통해 상기 촉매 컨버터(3)에 연결된다. In the embodiment of the present invention, the outlets of all the exhaust passages P1, P2, P3, P4 of the one projection 9 are connected to the catalytic converter 3 via one
본 발명의 실시예에 따른 다기통 엔진의 배기 시스템에 따르면, 실린더 헤드의 측부를 돌출시켜 배기 매니폴드의 역할을 하는 배기통로들이 일체로 형성된다. 따라서, 한정된 엔진룸 공간에서 차체와의 간섭을 줄일 수 있으며, 엔진룸 공간을 효율적으로 활용할 수 있다. According to the exhaust system of a multi-cylinder engine according to an embodiment of the present invention, exhaust passages serving as exhaust manifolds are formed integrally by protruding the sides of the cylinder head. Therefore, interference with the vehicle body can be reduced in a limited engine room space, and the engine room space can be efficiently utilized.
또한, 실린더 헤드와 배기 매니폴드를 포함한 전체 중량을 줄일 수 있어 차량 주행성능을 향상할 수 있다. In addition, it is possible to reduce the overall weight including the cylinder head and exhaust manifold to improve the vehicle running performance.
또한, 배기포트에 연결된 배기통로가 실린더 헤드 내에 일체로 형성되고, 이러한 배기통로는 워터재킷을 통해 냉각되므로, 실린더 헤드의 열적 내구성을 향상할 수 있다. In addition, since the exhaust passage connected to the exhaust port is integrally formed in the cylinder head, and the exhaust passage is cooled through the water jacket, it is possible to improve the thermal durability of the cylinder head.
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