KR100238502B1 - 밸브스템 밀봉 조립체 - Google Patents

Abstract

내연기관에 사용되는 개선된 밸브 스템 밀봉 조립체는 플랜지부와 상부에 밀봉체 리테이너를 갖는 경질의 원통형 외피를 포함한다. 또한, 상기 밸브스템 밀봉조립체는 상기 몸체내에 몰딩된 일체형 스프링을 포함한다. 상기 밀봉체는 왕복밸브스템을 결합하는 하나 이상의 환형 립과, 상기 밸브 가이드상의 적합한 위치에 상기 밀봉체를 결합시켜 정렬시키기 위한 상기 밀봉체의 바닥에 있는 릿지 또는 립을 가진다. 상기 밀봉체는 밸브스템 밀봉체를 형성하도록 경질 외피내에 배열된다.

Description

밸브스템 밀봉 조립체

본 발명은 내연기관의 흡입 및 배기 다기관에 사용되는 밸브 스템 밀봉체, 특히 2개의 부품으로 구성된 밸브 스템 밀봉체에 관한 것이다.

밸브 스템 밀봉체는 미합중국 특허 제 4,947,811호, 동 제 4,909,202호, 동 제 3,554,562호 및 동 제 3,554,180호와 같은 종래기술에 공지되어 있다. 상기 밸브 스템 밀봉체는 밸브 스템 주위로부터 연소실 내측으로 또는 배기 다기관 내측으로 오일이 흡인되는 것을 방지하는데 사용된다. 만일 이러한 오일의 누출이 발생된다면, 차량의 연료소모를 증대할뿐만 아니라 제작자가 규정한 엔진의 성능을 저하시키는 결과를 초래한다.

일반적으로, 밸브 스템 조립체는 밀봉체를 밸브 스템 가이드상에 고정하는 경질의 외피를 포함하는데, 그 외피의 내경부는 상기 가이드의 외경부와 결합한다. 보통, 상기 외피는 밸브 스템의 가이드 내경부에 제공되며 연소실 또는 배기실 내측으로 아직 흡입되지 않은 오일 또는 액체를 계량하기 위하여 밸브 스템의 주위에 중심이 맞춰지는 밀봉체를 지지한다. 만일, 경질 외피가 상기 밸브 가이드에 대해 적절한 곳에 위치되지 못하면, 상기 밀봉체도 밸브 스템상에 적절히 위치되지 못하여 실린더와 밸브 가이드에 불균일한 입력을 가하게 되고, 상기 밀봉체 또는 밸브스템상에 바람직하지 않은 마모 패턴을 형성하며, 밸브 스템에 대한 예측 불가능한 오일 제어를 초래하게 된다.

미합중국 특허 제 4,947,811호에서는 고무 밀봉부재를 상기 밸브 스템 주위에 고정하는 가터 스프링(garter spring)을 사용한다. 그러나, 이러한 설계는 설치 또는 사용기간중에 위치가 바뀌거나 튕겨져 나갈 수 있으므로 불충분하다. 스프링이 오장착되는 경우에는 압축력이 더 이상 밸브 스템상에 가해질 수 없으므로 밀봉 효과가 감소된다. 또한, 이러한 가터 스프링의 사용은 상기 밸브 가이드 시스템의 제조 비용과 중량을 증대시킨다.

현재 사용되는 밸브 스템 밀봉체의 다른 설계에 있어서도 금속대 금속 프레스 끼워맞춤에 사용되는 높은 조립하중에 의한 단점을 가진다.

그러므로, 밸브스템 밀봉체의 기술분야에서는 전술한 다수의 단점을 극복해야 할 필요성이 있었다.

본 발명의 하나의 목적은 2부품으로 구성된 개선된 밸브스템 밀봉체를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 밀봉체의 공간, 중량 및 제조비용을 감소시킬 수 있는 밸브 밀봉체를 제공하는 것이다.

제1도는 본 발명에 따른 밸브스템 밀봉 조립체의 평면도.

제2도는 제1도의 밀봉 조립체를 도시하는 횡단면도.

제3도는 외측의 경질 외피를 도시하는 횡단면도.

제4도는 제3도의 외측 외피내에 삽입하기 바로 전의 밀봉 조립체를 도시하는 도면.

전술한 목적을 달성하기 위해, 개선된 본 발명의 밸브 스템 밀봉체는 경질의 원통형 외피내에 탄성중합체로 이루어진 밀봉체를 포함한다. 상기 경질의 원통형 외피는 밸브 스프링과 접촉하는 길다란 단부벽을 포함한다. 또한, 상기 경질의 원통형 외피는 경질의 원통형 외피를 형성하는데 필요한 재료의 양을 감소시키는 다수의 핑거형 부속물을 포함한다. 상기 탄성중합 밀봉체의 내경은 바람직한 유체밀봉과 오일의 계량을 위해 상기 밸브 스템의 직경보다 조금 작다. 상기 탄성중합 밀봉체는 상기 밸브 스템을 단일의 환형 립에 결합한다.

본 발명의 하나의 장점은 밸브 트레인의 높이가 감소되게 상기 밸브 스템 밀봉체의 높이를 감소시켰다는 점이다.

본 발명의 다른 장점은 밸브 밀봉체의 전수명에 걸쳐 제어된 하중을 유지하면서도, 내연기관에의 조립중 스프링의 튕겨져 나감을 제거했다는 점이다.

본 발명의 또다른 장점은 밸브 밀봉 조립체를 형성하는데 필요한 고무의 체적을 감소시킴으로써 제조비용을 감소시켰다는 점이다.

본 발명의 또다른 장점은 과도한 조립 하중을 하지 않으면서도, 상기 밸브스템 밀봉체를 밸브 스템 가이드의 외경부에 단단히 조립할 수 있다는 점이다.

본 발명의 다른 목적, 특징 및 장점들은 첨부 도면과 관련하여 설명하는 다음의 상세한 설명과 첨부도면에 의해 분명해질 것이다.

도면들을 참조하면, 밸브스템 조립체(10)는 경질의 금속으로 이루어지는 원통형 케이싱 또는 외피(14)를 포함한다. 상기 원통형 외피는 복합 재료 또는 경질의 플라스틱으로도 제조될 수 있음에 주목해야 한다. 또한, 상기 조립체는 고무 또는 탄성중합체 형태의 물질로 형성된 탄성 밀봉체(24)도 포함한다. 상기 밸브스템( 12)은 밸브 가이드(38)내에 놓인다. 상기 밸브 스템(12)은 밸브 가이드(38)내에서

왕복운동을 한다.

상기 경질의 원통형 외피(14)는 외피(14)의 바닥에서 반경방향으로 연장하는 플랜지(20)를 포함하며, 상기 플랜지(20)는 밸브 스프링(16)과 접촉한다. 상기 경질의 원통형 외피(14)도 밀봉체(24)와 결합하는 외피(14)의 상부에서 반경방향으로 연장하는 단부벽(18)를 포함한다. 상기 원통형 외피(14)의 바닥에 있는 플랜지(20)는 밸브 스프링(16)용 시트로서의 역할을 한다. 상기 경질의 원통형 외피(14)의 플랜지(20)가 위에 놓이는 엔진 헤드 조립체(22)는 보통 알루미늄으로 형성된다. 그러나, 상기 엔진 헤드는 복합물, 주철, 스틸 또는 그 이외의 재료와 같은 다른 재료들이 사용될 수도 있음에 주목해야 한다.

상기 경질의 원통형 외피(14)는 전체 원주변에 핑거형 부속물 또는 돌기(36)를 가진다. 이는 원통형 외피(14)에 사용되는 재료의 양을 감소시킨다. 상기 외피(14)의 릿지(30) 아래에 있는 내경은 원통형 외피(14)가 주위에 놓이는 밸브 가이드(38)의 외경보다 2.54 내지 76,200㎝(1 내지 30,000inch) 작게 설계되며, 이러한 억지끼워맞춤은 사용 재료에 따라 바뀔 수 있다. 이는 더 이상의 체결장치를 필요로 하지 않고도 프레스 끼워맞춤 조인트를 형성하여 원통형 외피(14)를 밸브 가이드(38)상에 단단히 체결한다. 상기 금속대 금속 프레스 끼워맞춤은 원통형 외피(14)를 밸브 가이드에 체결하는 양호한 방법이지만, 용접 또는 접착제등과 같은 다른 방법도 사용할 수 있다.

상기 밀봉체(24)는 밸브스템(12)을 밀봉하는데 사용되는 고무 또는 탄성 중합체(32)를 포함한다. 상기 밀봉체(24)는 밸브 스템(12) 주위에 밀봉 구역을 형성하는데 사용되는 환형 립(28)를 포함한다. 상기 밀봉체의 고무부재(32)는 상기 밀봉체(24)를 밸브 가이드(38)의 상부에 위치시키는데 사용되는 바닥에 원주릿지(34) 또는 립을 포함한다. 상기 릿지(34)는 밸브 가이드(38) 주위에 완전한 밀봉을 형성하기 위해 상기 밀봉체(24)가 상기 밸브 가이드의 형체와 접촉하게 한다.

상기 밀봉체(24)의 상부 내측에는 원주방향으로의 핑거형 일체식 스프링(26)이 삽입된다. 양호한 실시예에서, 상기 스프링(26)은 플라스틱 재료로 형성된다. 그러나, 상기 스프링을 제조하는데에는 스틸재료나 그 이외의 다른 재료로 사용될 수 있음에 주목해야 한다. 상기 핑거 스프링(26)은 어떤 처리상의 어려움을 감소시키거나 최소화하도록 고무 밀봉체(24)의 몰딩 직전에 형성된다. 상기 스프링(26)은 환형 립(28)이 상기 밸브 스템(12)과 일정하게 접촉을 유지시키는데 사용된다. 상기 핑거 스프링(26)은 일반적으로 L-형 횡단면을 가지며 밀봉체(24)의 외측 고무내에 부분적으로 또는 완전하게 삽입될 수 있게 밀봉체(24)내에 몰딩된다. 상기 밀봉체(24)와 일체인 스프링의 경우에는 밸브 스템의 조립중 스프링이 튕겨 나가는 일에 대해 더 이상 걱정할 필요가 없다.

밸브 스템 밀봉조립체(10)의 조립중, 상기 고무 밀봉체(24)는 경질의 원통형 외피(14)내에 놓여, 상기 스프링(26)은 원통형 외피(14)의 단부 벽(18)과 접촉하게 된다. 상기 밀봉체(24)의 외경은 상기 원통형 외피(14)의 상부의 내경보다 약 50,800 내지 76,200㎝(20,000 내지 30,000inch) 크다. 상기 밀봉체(24)의 외경을 크게 형성하는 것은 상기 두 부품의 프레스 끼워맞춤 조립을 가능하게 한다.

상기 원통형 외피(14)를 밀봉체(24)에 접촉시키는데에는 접착제와 같은 다른 방법도 사용될 수 있다. 본 발명에 있어서, 상기 프레스 끼워맞춤은 고무대 금속의 프레스 끼워맞춤이다. 또한, 이러한 프레스 끼워맞춤은 밸브 가이드(38)와 밸브 스템(12)에 대해 밀봉체(24)를 원통형 외피(14)내에 정확히 정렬시키는 역활을 한다. 상기 밀봉체(24)가 밸브 가이드(38)상에 정확하게 정렬되지 않으면, 상기 밀봉체에서 오일 누출을 일으키고 밸브 밀봉체의 수명을 단축시키게 된다.

상기 밀봉체(24)가 원통형 외피(14)내에 고정된 후에, 전체 원통형 외피(14)와 밀봉체(24)는 밸브 가이드(38)상에 놓인다. 상기 원통형 외피(24)의 내측 형상은 상기 밸브 가이드(38)의 외측 형상보다 조금 작으므로, 프레스 끼워맞춤이 밸브 가이드(38)와 원통형 외피(14) 사이에서 수행되어 확실한 끼워맞춤을 가능하게 한다. 일단, 프레스 끼워맞춤이 밸브 가이드(38)와 원통형 외피(14) 사이에서 수행되면, 밸브 스프링(16)은 원통형 외피(14) 주위에 놓이고 상기 밸브 스템(12)은 상기 밸브 가이드(38)를 관통해 놓이게 된다. 이는 가이드 내측부로의 제어가능한 계량을 가능하게하여 밸브 스템에 체결여유를 제공할 수 있는 완전한 오일 밀봉체를 형성한다.

상기 원통형 외피(14)와 밀봉체(24)를 밸브 가이드(38)에 고정하는데에 다른 방법이 사용될 수도 있다. 스폿 용접, 레이저 용접 및 다른 형태의 접착법이 사용될 수도 있다.

본 발명에 대해 예시적인 방법으로 설명하였지만, 상기 설명에 사용된 용어들은 한정적인 의미로 사용되었다기 보다는 광범위한 의미로 사용되었다고 이해해야 한다.

상기 설명에 비추어 본 발명의 다수의 변형 및 변경예들이 있을 수 있다. 그러므로, 본 발명은 첨부된 청구범위의 범위내에 특정된 것과는 다르게 실시될 수 있다.

본 발명에 의해, 밸브 트레인의 높이가 감소되게 상기 밸브 스템 밀봉체의 높이를 감소시킬 수 있으며, 밸브 밀봉체의 전수명에 걸쳐 제어된 부하를 유지하면서도 내연기관에의 조립중 스프링의 튕겨져 나감을 방지할 수 있으며, 밸브 밀봉조립체를 형성하는데 필요한 고무의 체적을 감소시킴으로써 제조비용을 감소시킬수 있으며, 또한 과도한 조립 하중을 필요로 하지 않으면서도 상기 밸브스템 밀봉체를 밸브 스템 가이드의 외경부에 단단히 조립할 수 있게 된다.

Claims (21)

1. 내연기관용 밸브스템 밀봉 조립체에 있어서, 경질의 외피와, 탄성 몸체 및 핑거 스프링을 포함하는데, 상기 경질 외피는 외측 반경방향으로 연장하고 밸브 스프링과 접촉하는 플랜지를 외피의 바닥 단부에 갖고 내측 반경방향으로 연장하는 단부벽을 상기 외피의 상단부에 가지며, 상기 탄성 몸체는 상기 경질 외피내에 놓여 고정되고 상기 경질 외피내에 프레스 끼워맞춤되며, 상기 핑거 스프링은 상기 탄성 몸체의 상부내에 몰딩되는 것을 특징으로 하는 밸브스템 밀봉 조립체.
2. 제1항에 있어서, 상기 탄성 몸체는 하나 이상의 환형 립을 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브스템 밀봉 조립체.
3. 제1항에 있어서, 상기 탄성 몸체는 상기 몸체의 바닥에 릿지를 더 포함하며, 상기 릿지는 밸브 가이드의 상단부에 결합되는 것을 특징으로 하는 밸브스템 밀봉 조립체.
4. 제1항에 있어서, 상기 탄성 몸체는 상기 몸체의 바닥에 립을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브스템 밀봉 조립체.
5. 제1항에 있어서, 상기 경질 외피는 상기 릿지 외피의 상부 엣지로부터 하향하는 핑거형 돌기를 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브스템 밀봉 조립체.
6. 제5항에 있어서, 상기 핑거형 돌기는 밸브 가이드의 외형과 일치하는 것을 특징으로 하는 밸브스템 밀봉 조립체.
7. 제1항에 있어서, 상기 경질외피는 스틸 또는 플라스틱 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 밸브스템 밀봉 조립체.
8. 제1항에 있어서, 상기 스프링은 플라스틱 또는 스틸 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 밸브스템 밀봉 조립체.
9. 제1항에 있어서, 상기 스프링은 상기 경질 외피내에 배열되기 전에 탄성몸체내에 몰딩되는 것을 특징으로 하는 밸브스템 밀봉 조립체.
10. 내연기관의 왕복밸브에 사용되는 밸브 스템 밀봉 조립체에 있어서, 외측 반경방향으로 연장하는 플랜지를 바닥 단부에 갖고 내측 반경방향으로 연장하는 밀봉 리테이너를 상단부에 갖는 경질의 원통형 외피와, 원주 방향의 릿지를 바닥 단부에 갖고 밸브 스템과의 연속적인 밀봉결합을 하고 있는 환형 립을 가지며, 상기 단부벽 및 외피와 접촉되게 상기 외피의 내부에 위치되고 상기 밸브 가이드와 접촉하고 있으며, 링 형상으로 구성되는 탄성 밀봉체, 및 상기 경질 외피의 상부에 원주방향으로 몰딩된 일체형 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브스템 밀봉 조립체.
11. 제10항에 있어서, 상기 경질 외피는 상기 밸브 가이드상에 프레스 끼워맞춤되는 것을 특징으로 하는 밸브스템 밀봉 조립체.
12. 제11항에 있어서, 상기 플랜지는 밸브 스프링과 접촉하는 것을 특징으로 하는 밸브스템 밀봉 조립체.
13. 제10항에 있어서, 상기 경질 외피는 외측으로 연장하는 릿지를 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브스템 밀봉 조립체.
14. 제10항에 있어서, 상기 스프링은 금속인 것을 특징으로 하는 밸브스템 밀봉 조립체.
15. 제10항에 있어서, 상기 스프링은 플라스틱인 것을 특징으로 하는 밸브스템 밀봉 조립체.
16. 제10항에 있어서, 상기 경질 외피는 스틸 또는 플라스틱인 것을 특징으로 하는 밸브스템 밀봉 조립체.
17. 내연기관용 밸브스템 밀봉 조립체에 있어서, 내측 반경방향으로 연장하는 단부벽을 상단부에 갖는 경질외피와, 상기 경질외피내에 놓여 고정되는 탄성 밀봉체 및, 상기 탄성 밀봉체의 상부와 접촉하는 핑거 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브스템 밀봉 조립체.
18. 제17항에 있어서, 상기 핑거 스프링은 보통 L형 횡단면을 갖는 것을 특징으로 하는 밸브스템 밀봉 조립체.
19. 제17항에 있어서, 상기 경질외피는 경질외피의 바닥에 외측 반경방향으로 연장하는 플랜지를 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브스템 밀봉 조립체.
20. 제17항에 있어서, 상기 몸체는 상기 경질 외피내에 프레스 끼워맞춤되는 것을 특징으로 하는 밸브스템 밀봉 조립체.
21. 제17항에 있어서, 상기 핑거 스프링은 상기 탄성 몸체의 상부내에 몰딩되는 것을 특징으로 하는 밸브스템 밀봉 조립체.