KR100222722B1 - 고속 운전시 밸브의 편심 작동 방지장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 밸브가이드의 안내를 따라 작동하는 밸브가 고속운전상태에서 기울어짐이 없이 밸브가이드와 동심축을 유지하면서 작동되도록 하는 고속운전시 내연기관용 밸브의 편심작동 방지장치를 제공하는데 있다.

이를위해 본 발명은 실린더헤드(1)에 압입된 밸브가이드(6)의 안내를 따라 상하로 작동하여 연소실을 개폐하는 밸브(5)에 있어서,

실린더헤드(1)에 흐르는 냉각수를 밸브가이드(6)측으로 안내하는 냉각수통로(8)와;

엔진을 순환하는 오일압이 높을 때에는 상기 냉각수통로(8)를 차단하고 반대로 낮을 때에는 개방하도록 상기 냉각수통로(8)의 도중에 마련되는 냉각수개폐밸브(11)와;

밸브스템(5a)의 중심축선과 직각방향으로 움직임이 가능하게 밸브가이드(6)에 마련되어 엔진의 운전조건에 따라 상기 밸브스템(5a)의 외표면에 밀착하거나 또는 밀착상태를 해제하게 되는 플런저(15)와;

상기 플런저(15)를 지지하는 열팽창물질로서 상기 냉각수통로(8)를 통해 도입되는 냉각수에 접촉시에는 수축하며, 냉각수 공급이 차단될 때에는 밸브스템(5a)을 통하여 전달되는 열에 의해 팽창되어 상기 플런저(15)를 밸브스템(5a)측으로 밀어내는 왁스(17)와;

상기 왁스(17)의 팽창에 대항하는 방향으로 상기 플런저(15)를 탄발지지하는 스프링(20)과;

상기 왁스(17)에 공급되어진 냉각수를 라디에이터측으로 귀환시키기 위하여 실린더헤드(1)에 형성되는 귀환통로(22); 로 구성되며, 상기 냉각수와 왁스(17)에 의해 작동하는 플런저(15)는 상기 밸브가이드(6)에 복수개가 마련되는 것을 특징으로 한다.

Description

고속운전시 밸브의 편심작동 방지장치

본 발명은 연소실의 개폐를 위해 실린더헤드에 마련된 흡배기 밸브의 개폐작동시 고속운전에 따른 진동에 의해 휘어져 작동되는 것을 방지하기 위한 고속운전시 밸브의 편심작동 방지장치에 관한 것이다.

일반적으로 4싸이클 엔진에서는 팽창행정에 필요한 혼합기를 연소실내로 끌어 들이거나, 연소된 연소가스를 외부로 배출하기 위하여 1개의 실린더에 흡입밸브와 배기밸브를 비치하고 있다.

이러한 흡입밸브와 배기밸브는 피스톤이 1싸이클하는 극히 짧은 시간에 용이하게 흡입,배기를 하여 체적효율을 높이고 양 밸브가 닫혀있는 압축,팽창행정에서 충분한 기밀을 유지하여야 하며, 연소가스로 인한 고온에 노출되어도 정확하게 작동하고 장시간 견딜 수 있어야 하는 여러 가지의 조건이 만족되어야 한다.

흡배기밸브는 도 6에 도시하는 것과 같이 연소실 상부의 실린더헤드(1)에 장착되며, 실린더헤드(1)에 압입된 중공형태의 밸브가이드(6)의 안내를 따라 축방향으로 슬라이딩 이동하므로써 연소실을 개폐하게 된다.

밸브가이드(6)는 밸브(5)의 밀착성을 좋게 유지하면서 안내하는 역할을 하여야 하나, 밸브가이드(6)와 밸브스템(5a) 사이의 틈새가 너무 작을 경우 마모 및 소착의 원인이 되므로 그 틈새를 적절히 유지하면서 오일이 공급되도록 하고 있다.

이와같이 밸브와 밸브가이드의 사이로 오일이 흐르도록 간극을 두게되나 이 간극이 너무 작으면 마찰에 의해 고온이 발생하면서 마모가 심화되고 반대로 너무크면 그 틈새를 통해 과다한 오일이 연소실로 침투되어 혼합기와 함께 연소되므로써 오일의 낭비를 가져오고 배기가스가 악화되는 문제점이 있으나 통상 밸브는 운동시 밸브시트와의 밀착성을 제고하고 밸브시트와의 접촉시 편마모를 방지하기 위해 회전운동하도록 설정되어 있어 밸브의 원활한 회전을 위하여서는 그만큼 큰 틈새를 필요로 하고 있다. 그러나 틈새가 커지므로써 밸브의 상하 작동시, 특히 고속운동시 틈새로 인한 흔들림이 발생하게 되며, 밸브의 중심축선과 밸브가이드의 중심축선의 어긋남이 커지게 되면 부분적으로 접촉하게 되는 밸브가이드에 과도한 힘이 작용하여 편마모를 심화시키고 또한 밸브시이트의 전체 원주면에 걸쳐 고르게 접촉하지 아니하고 일부분에 충격하중을 작용시켜 마모를 촉진하고 내구성을 저하시키게 되는 문제점 및 높아진 오일압에 의해 밸브가이드와의 틈새를 통해 오일이 연소실로 침입하여 오일의 과소모를 초래하는 문제점이 지적되고 있다.

이에 본 발명은 상기한 문제점을 개선시키기 위하여 밸브가이드의 안내를 따라 작동하는 밸브가 고속운전상태에서 기울어짐이 없이 밸브가이드와 동심축을 유지하면서 작동되도록 하므로써 밸브와 밸브시트의 마모를 저감시키도록 하는 내연기관용 밸브의 편심작동 방지장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 또 하나의 목적은 오일압이 높은 엔진의 고속운전시 연소실로 침입하여 소모되는 오일량을 저감할 수 있는 수단을 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로 본 발명은,

실린더헤드에 압입된 밸브가이드의 안내를 따라 상하로 작동하여 연소실을 개폐하는 밸브에 있어서,

실린더헤드에 흐르는 냉각수를 밸브가이드측으로 안내하는 냉각수통로와;

엔진을 순환하는 오일압이 높을 때에는 상기 냉각수통로를 차단하고 반대로 낮을 때에는 개방하도록 상기 냉각수통로의 도중에 마련되는 냉각수개폐밸브와;

밸브스템의 중심축선과 직각방향으로 움직임이 가능하게 밸브가이드에 마련되어 엔진의 운전조건에 따라 상기 밸브스템의 외표면에 밀착하거나 또는 밀착상태를 해제하게 되는 플런저와;

상기 플런저를 지지하는 열팽창물질로서 상기 냉각수통로를 통해 도입되는 냉각수에 접촉시에는 수축하며, 냉각수 공급이 차단될 때에는 밸브스템을 통하여 전달되는 열에 의해 팽창되어 상기 플런저를 밸브스템측으로 밀어내는 왁스와;

상기 왁스의 팽창에 대항하는 방향으로 상기 플런저를 탄발지지하는 스프링과;

상기 왁스에 공급되어진 냉각수를 라디에이터측으로 귀환시키기 위하여 실린더헤드에 형성되는 귀환통로; 로 구성되며, 상기 냉각수와 왁스에 의해 작동하는 플런저는 상기 밸브가이드에 복수개가 마련되는 것을 특징으로 한다.

이와같은 구성에 의하면 엔진의 고속운전시에는 왁스가 팽창하여 밸브스템의 외주로 마련된 플런저들이 전진하여 밸브스템에 밀착하여 잡아주게 되므로 밸브의 중심축선이 기울어지거나 한쪽으로의 쏠림현상, 즉 편심되지 아니하고 상하로 작동할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명이 적용된 실린더헤드의 단면상태를 개략적으로 나타내는

도면이다.

도 2는 A부 확대단면도로서 엔진의 저속운전시 본 발명 장치의 작동상태를 나타내는 도면이다.

도 3은 엔진의 고속운전시 본 발명 장치의 작동상태를 나타내는 도면이다.

도 4는 본 발명의 원판의 형상을 나타내는 도면이다.

도 5는 본 발명 장치의 배치상태를 평면에서 본 모습을 나타내는 도면이다.

도 6은 종래기술

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 실린더헤드 5 : 밸브

5a : 밸브스템 6 : 밸브가이드

8 : 냉각수통로 10 : 밸브실

11 : 냉각수개폐밸브 13 : 탄발스프링

14 : 관통공 15 : 플런저

16 : 요홈 17 : 왁스

19 : 원판 20 : 스프링

21 : 여과지 22 : 귀환통로

이하 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

실린더헤드의 단면구조를 나타낸 도 1에 있어서 실린더헤드는 부호 1로 나타내었다.

이 실린더헤드(1)에는 연소실(2)에 대해 흡·배기포트(3)(4)를 개폐하기 위한 밸브(5)(5)가 설치되어 있고, 밸브(5)는 실린더헤드(1)에 압입된 밸브가이드(6)(6)의 안내를 따라 상하로 작동되도록 구성되어 있다.

그리고 실린더헤드(1)에는 냉각수가 순환하는 워터재킷(7)이 형성되어 있고, 그 워터재킷(7)으로부터의 냉각수를 상기 밸브가이드(6)로 안내 및 공급하기 위한 냉각수통로(8)가 형성되어 있다.

상기 냉각수통로(8)의 끝단은 밸브가이드(6)의 내측으로 마련한 그루우브(9)에 연통하도록 형성되며, 그의 도중에는 밸브실(10)이 마련되고, 그 밸브실(10)내에는 냉각수통로(8)를 개폐하는 냉각수개폐밸브(11)가 설치되어 있다.

이 냉각수개폐밸브(11)의 일측에는 오일통로(12)를 통해 엔진을 순환하는 오일압이 작용하며, 냉각수개폐밸브(11)의 타측은 오일압에 대향하는 방향으로 탄발하는 탄발스프링(13)에 의해 지지되고 있다.

상기 오일통로(12)는 냉각수통로(8)와는 직교하는 방향으로 형성되며, 냉각수개폐밸브(11)에는 작용하는 오일압에 따라 냉각수통로(8)와 일치하거나 또는 어긋나는 관통공(14)이 형성되어 있다.

상기 밸브가이드(6)의 내측으로 마련된 그루우브(9)에는 플런저(15)가 수용되어 있으며, 플런저(15)의 선단은 밸브스템(5a)측으로 돌출이 가능하게 구성되어 있다.

플런저(15)의 후단측에는 요홈(16)이 형성되고, 이 요홈(16)내에는 열팽창 물질인 왁스(17)가 내장되어 있다. 그리고 왁스(17)는 복수개의 구멍(18)이 형성된 원판(19)에 의해 상기 요홈(16)속에 갇혀 있다.

상기 그루우브(9)내에는 상기 플런저(15)를 탄발지지하는 스프링(20)이 수용되어 있으며, 이 스프링(20)은 왁스(17)의 팽창력에 대항하여 플런저(15)를 후방으로 밀어내도록 작용한다.

상기 플런저(15)의 선단에는 여과지(21)가 부착되어 있다.

그리고 상기 냉각수개폐밸브(11)를 통해 상기 왁스(15)에 도달한 냉각수를 라디에이터측으로 귀환시키는 귀환통로(22)가 상기 플런저(15)와 밸브실(10) 사이의 냉각수통로(8)로부터 분기되도록 형성되어 있다. 한편 상기한 플런저(15)는 밸브스템(5a) 외주로 복수개가 설치되어지게 된다.(도 5 참조)

이하에 상기와 같은 구성에 따른 작용에 대하여 설명한다.

엔진이 시동되면 냉각수와 오일이 순환하게 되는데 저속운전시에는 오일통로(12)를 통해 냉각수개폐밸브(11)에 작용하는 오일압이 탄발스프링(13)의 탄성력보다 작기 때문에 냉각수개폐밸브(11)는 스프링(13) 탄발력에 의해 밸브실(10) 상부측으로 밀려올라가게 되며, 이에따라 관통공(14)이 냉각수통로(8)와 일치하게 되므로써 냉각수는 밸브가이드(6)측으로 공급되어지게 된다.

냉각수가 원판(19)을 통하여 왁스(17)에 도달하면 왁스(17)는 밸브스템(5a)과 밸브가이드(6)를 통해 흡수한 열을 그 보다 저온인 냉각수로 전달하게 되며, 냉각수에 의해 냉각된 왁스(17)는 수축하게 된다.

이때 왁스(17)를 냉각시키고 나서 열을 얻게된 냉각수는 귀환통로(22)를 통하여 라디에이터측으로 순환하게 되므로써 계속 찬 온도(80℃∼90℃)의 냉각수가 왁스(17)에 공급되게 된다.

왁스(17)가 냉각되면서 수축이 일어나면 스프링(20)의 탄발력에 의해 플런저(15)가 수축량을 보상하도록 후퇴하게 되며, 플런저(15)는 그루우부(9) 후방으로 이동하게 되어 밸브스템(5a)으로부터 그의 선단이 멀어지게 된다.

이에따라 밸브스템(5a)과 밸브가이드(6)는 설계된 치수의 틈새(t)를 형성하게 되는데 밸브(5)가 고속으로 작동하는 상태가 아니므로 관성력이 크지 않고 밸브(5)에 가해지는 충격도 작으므로 밸브(5)의 편심작동은 발생하지 않는다. 즉 밸브스템(5a)이 기울어지거나 휘거나 하는 일은 좀처럼 생기지 않는다.

그러나 엔진이 고속으로 운전되면, 오일압이 탄발스프링(13)의 탄성력보다 커지게 되어 탄발스프링(13)의 지지력을 극복하고 냉각수개폐밸브(11)를 하강시키게 되므로써 관통공(14)과 냉각수통로(8)는 서로 어긋나게 되어 플런저(15)측으로의 냉각수 공급이 차단된다.

왁스(17)에 차가운 냉각수의 공급이 중단되면 밸브스템(5a)과 밸브가이드(6)로부터 전달되는 열에 의해 왁스(17)가 팽창을 일으키게 되며, 왁스(17)의 팽창에 따라 플런저(15)가 스프링(20)을 압축하면서 밸브스템(5a)측으로 전진하여 그의 선단의 여과지(21)가 밸브스템(5a) 외표면에 밀착하게 된다.

이때 플런저(15)는 도 5에 도시하는 것처럼 밸브스템(5a) 외주에 복수개가 등각으로 설치되어 있어, 사방에서 동시에 돌출하는 플런저(15)들에 의해 밸브스템(5a)이 지지되므로 밸브(5)의 상하작동시 밸브가이드(6)와 동심축을 유지하는 상태로 작동하게 된다.

이와같이 밸브의 관성력이 크게 작용하고 밸브의 진동이 증가하는 고속운전시 밸브스템이 플런저(15)에 의해 지지되는 상태로 작동하게 되므로써 밸브(5)의 편심작동이 방지되어지게 된다.

한편 밸브스템(5a)과 밸브가이드(6) 사이의 틈새를 통하여 침투하는 오일은 여과지(21)에 의해 흡수되고, 여과지(21)에 흡수된 오일은 밸브의 작동시 다시 소량씩 방출되면서 밸브스템(5a) 표면을 윤활하게 되어 밸브(5)의 원활한 작동을 돕게된다.

이상과 같은 본 발명은 밸브의 관성력과 밸브스프링에 의한 공진이 증가하여 밸브의 흔들림과 기울어짐이 발생하게 되는 엔진의 고속운전시 높아진 오일압에 의해 밸브스템을 지지해주게 되는 플런저를 밸브가이드에 마련하는 것에 의해 밸브가 흔들림 및 기울어짐이 없이 밸브가이드와 동심축을 유지하면서 개폐작동을 하게 되므로써 밸브와 밸브가이드 및 밸브시이트의 마모를 방지하고 또한 높은 압력의 오일이 밸브가이드와의 틈새를 통해 연소실로 침투하는 것을 방지하여 오일의 소모를 저감시키게 되는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 실린더헤드에 압입된 밸브가이드의 안내를 따라 상하로 작동하여 연소실을 개폐하는 밸브에 있어서,

   실린더헤드에 흐르는 냉각수를 밸브가이드측으로 안내하는 냉각수통로와;

   엔진을 순환하는 오일압이 높을 때에는 상기 냉각수통로를 차단하고 반대로 낮을 때에는 개방하도록 상기 냉각수통로의 도중에 마련되는 냉각수개폐밸브와;

   밸브스템의 중심축선과 직각방향으로 움직임이 가능하게 밸브가이드에 마련되어 엔진의 운전조건에 따라 상기 밸브스템의 외표면에 밀착하거나 또는 밀착상태를 해제하게 되는 플런저와;

   상기 플런저를 지지하는 열팽창물질로서 상기 냉각수통로를 통해 도입되는 냉각수에 접촉시에는 수축하며, 냉각수 공급이 차단될 때에는 밸브스템을 통하여 전달되는 열에 의해 팽창되어 상기 플런저를 밸브스템측으로 밀어내는 왁스와;

   상기 왁스의 팽창에 대항하는 방향으로 상기 플런저를 탄발지지하는 스프링과;

   상기왁스에 공급되어진 냉각수를 라디에이터측으로 귀환시키기 위하여 실린더헤드에 형성되는 귀환통로; 로 구성되며, 상기 냉각수와 왁스에 의해 작동하는 플런저는 상기 밸브가이드에 복수개가 마련되는 것을 특징으로 하는 고속운전시 밸브의 편심작동 방지장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 냉각수개폐밸브는 냉각수통로의 도중에 마련되는 밸브실내에 설치되며, 냉각수개폐밸브의 일측은 엔진을 순환하는 오일압이 오일통로를 통하여 작용하고, 타측은 그 오일압에 대항하는 방향으로 힘을 가하는 탄발스프링에 의해 지지되며, 오일압이 낮을 때에는 상기 냉각수통로와 일치하고 높을 때에는 냉각수통로와 어긋나는 관통공을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 고속운전시 밸브의 편심작동 방지장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 왁스는 플런저 후단의 요홈내에 수용되며, 상기 왁스를 수용한 요홈은 원판에 의해 덮여 있는 것을 특징으로 하는 고속운전시 밸브의 편심작동 방지장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 원판에는 복수개의 구멍이 천공된 것을 특징으로 하는 고속운전시 밸브의 편심작동 방지장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 플런저의 선단에는 오일을 흡수할 수 있는 여과지가 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 고속운전시 밸브의 편심작동 방지장치.

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