실린더 헤드
1. 개요
왕복엔진의 실린더 블록 위에 조립되어 압축압력 및 연소가스를 단속하는 부품.
2. 상세
연소실을 이루는 3가지 구성부품(피스톤, 실린더, 그리고 이것) 중 하나이며, 피스톤의 실린더 내 왕복운동에 따른 압축행정과 연소(폭발)행정에서 발생하는 압력을 단속한다. 압력 누설을 막고 기밀 유지를 위해 실린더 블록과 실린더 헤드 사이에 헤드 가스켓이 들어간다.
압축비와 매우 연관이 깊은 부품이다. NA 튜닝을 하는 경우 헤드 면을 깎아내서 압축비를 높이고, 터보 등 과급기 튜닝을 하는 경우 헤드 가스켓을 두꺼운것을 넣어 압축비를 낮추는 것이 정석이다.
20세기 초창기에는 주철로 만들던 실린더 헤드는 이미 20세기 중반 이후로는 거의 대부분 알루미늄 합금으로 만든다.
2행정 기관의 경우는 단순히 연소실 최상단의 뚜껑 역할만을 하며, 오로지 점화플러그 만이 설치되어 있다.[1]
4행정 기관의 경우 실린더 헤드에 있는 공기유로(포트-Port)를 통해 혼합기와 배기가스의 교환이 이뤄지고, 가스 단속을 위한 포핏밸브가 설치된다.[2] OHV 엔진은 밸브와 라커암만이 설치되어 헤드가 작으며[3] OHC(DOHC/SOHC)엔진은 캠샤프트가 설치된다.
예전의 4행정 디젤 엔진의 경우 착화불량률을 줄이고 운전 정숙성을 높이기 위해 예연소실을 실린더 헤드에 따로 두기도 했다. 그러나 2000년대 이후 커먼레일이 대중화된 이후에는 예연소실이 불필요해지면서 4행정 가솔린 DOHC 엔진과 유사한 형태로 변하였다.
자동차의 연비 출력 등 성능이 높아지면서 실린더 헤드에 붙는 장치가 많아지고 그만큼 제작 난이도가 올라갔다. 기본적으로 요즘은 DOHC 4밸브가 대부분이고,[4] 밸브들을 피해서 점화플러그 혹은 커먼레일 인젝터를 설치해야 하며, 캠샤프트와 가변 밸브 타이밍/가변 밸브 리프트기구를 설치해야 하고, 경우에 따라서는 브레이크 부압 생성용 진공펌프, 고압연료펌프, 오일세퍼레이터, 흡/배기 다기관(매니폴드), 등등... 많은 장치들이 설치되면서도 고열과 연소압력, 진동을 견뎌야 한다. 그래서 일반적인 중력주조가 아닌 가압주조 내지 다이캐스팅으로 제작하여 강도를 높인다.
[1] 단, 2행정 디젤 기관은 배기밸브가 설치된다.[2] 단 19세기의 사이드밸브 형식의 엔진은 실린더 헤드가 2행정 엔진처럼 뚜껑 역할만 했다. 사이드밸브 엔진은 압축비가 낮아 효율이 떨어져 20세기 초반에 이미 싹 사라졌다.[3] 그래서 미국제 대배기량 OHV V8 엔진들이 부피가 작아서 엔진 스왑용으로 인기가 좋다.[4] 한때 아우디는 기통당 5밸브를 쓰기도 했다