KR100305447B1 - 엔진의 흡배기 밸브장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내연기관의 실린더 혼합기의 공급 및 연소가스의 배출을 시키는 밸브장치에 관한 것으로서, 특히 하나의 밸브에 의해 흡기 및 배기작용이 이루어지도록 함으로써, 고출력에 영향을 주지 않으면서도 밸브기구의 축소에 의한 구조가 간단하게 되고 엔진 중량 및 소음발생이 감소되는 엔진의 흡배기 밸브장치에 관한 것이다.

본 발명의 엔진의 흡배기 밸브장치는, 실린더 헤드에 흡기통로와 배기통로가 서로 연통되도록 형성되고, 상기 흡기통로와 배기통로의 중간부분에 분할홈(11a)(12a)이 형성되며, 상기 연통된 흡배기통로를 개폐시키도록 하나의 흡배기 공용밸브(13)가 설치되며, 표면 일측에 하나의 흡배기 공용구멍(14a)이 형성된 회전 기어(14)가 상기 흡배기 공용밸브(13) 및 흡배기통로(11)(12)에 형성된 분할홈(11a)(12a)을 통해 설치되며, 캠축의 회전력으로 상기 회전 기어(14)가 회전되도록 상기 캠축에 워엄휘일(16)이 설치되며, 일단에 워엄(17a)이 형성되고 타단에 헬리컬 기어(17b)가 형성된 열결기어(17)가 구비되어 상기 워엄휘일(16)과 회전 기어(14)를 연결시키는 구성을 특징으로 한다.

Description

엔진의 흡배기 밸브장치

본 발명은 내연기관의 실린더 혼합기의 공급 및 연소가스의 배출을 시키는 밸브장치에 관한 것으로서, 특히 하나의 밸브에 의해 흡기 및 배기작용이 이루어지도록 함으로써, 고출력에 영향을 주지 않으면서도 밸브기구의 축소에 의한 구조가 간단하게 되고 엔진 중량 및 소음발생이 감소되는 엔진의 흡배기 밸브장치에 관한 것이다.

기관의 전체구조는 개개 부품의 모양이나 배열 방법 등에 따라 다르며, 구조상으로 분류하면 사이클, 실린더 배열, 연소실 모양, 밸브기구의 형식, 소기방식 등으로 결정된다.

이 중 본 발명이 다루고자 하는 분야인 밸브 및 밸브개폐기구를 도 1을 참고하여 보다 구체적으로 설명한다.

4싸이클 기관의 밸브기구는 흡기밸브(1)와 배기밸브(2) 및 이 밸브들을 개폐하는 밸브 개폐기구로 구성되어 있다.

기관의 출력을 향상시키기 위해 밸브가 개폐할 때의 속도 또는 가속도를 크게 설정하여 밸브가 열리는 면적을 될 수 있는 대로 크게 확보하여 다량의 혼합기를 실린더 안으로 흡입할 필요가 있으나 밸브의 속도나 가속도가 너무 빠르면 밸브가 밸브 시이트에 충돌하거나 밸브의 운동이 캠의 모양에 추종하지 않기 때문에 소음이 커지고 밸브기구가 파손하는 등의 문제가 생긴다.

따라서, 이러한 문제를 해결하고 될 수 있는 대로 큰 밸브 개구면적을 확보하는 형식을 채용해야 한다.

4싸이클 기관의 밸브 개폐기구는 사이드 밸브형, OHV형, OHC형, DOHC형 등이 있다.

이러한 밸브 및 밸브 개폐기구의 동력전달경로를 설명하면, 각 실린더의 동력행정에서 발생한 피스톤(3)의 직선동력을 커넥팅로드(4)를 통해 회전동력으로 바꾸고, 크랭크축(5)의 회전동력은 타이밍기어 또는 타이밍 체인(6)을 통해 2분의 1로 캠축(7)에 전달되며, 상기 캠축(7)에는 흡기밸브 및 배기밸브와 같은 수의 캠(8)이 바른위치와 각도로 배열되어 있어 상기 캠(8)이 흡기밸브(1)와 배기밸브(2)를 일정한 시기에 정확하게 개폐하게 된다.

이렇게 크랭크축(5)의 회전에 맞추어 밸브의 개폐를 정확히 유지하는 것을 밸브 개폐시기라고 하며, 밸브가 개폐함으로써 혼합기의 흡입이나 압축 및 연소가스의 배출을 하게 되며, 실제의 기관에서 밸브는 크랭크축의 상사점이나 하사점에서 개폐하는 것은 아니다.

흡기밸브(2)는 피스턴의 흡기행정 전 즉 배기행정이 끝나기 직전에 열리고 흡기행정의 하사점을 지난 뒤에 닫힌다.

이와 같이 하면 흡기의 관성을 이용하여 혼합기를 될 수 있는 대로 많이 실린더 안으로 흡입할 수 있다.

배기밸브(2)는 동력행정이 끝나기 전, 즉 하사점전에 열려서 연소가스를 신속히 실린더 밖으로 배출하고 그리하여 배기행정이 끝나고 흡입행정으로 옮기기 직전, 즉 상사점 후까지 열어두어 배기를 완전히 할려고 한 것이다.

한편, 실린더(미도시) 헤드의 안쪽은 피스톤 및 실린더와 함께 연소실을 형성하고 그 외부에는 흡배기 매니폴드, 밸브기구, 점화 플러그 등을 부착시키는 구조로 되어 있다.

최근의 엔진은 고성능화를 위해 체적효율을 한층 높이는데 처음에는 직경이 큰 밸브를 사용했지만 밸브의 직경에도 한도가 있으며 또한 관성중량도 늘어나기 때문에 1실린더당 밸브의 수를 증가하여 효율 향상을 도모한 다밸브형이 사용되고 있다.

이러한 밸브배치 및 연소실 형상은 엔진의 성능에 큰 영향을 미치므로 다음과 같은 조건이 필요하다.

혼합기를 가장 효과적으로 연소시키는 밸브배치와 연소실 형상일 것, 화염전파에 요하는 시간이 짧을 것, 연소실의 표면적이 최소가 되게 해 열손실을 적게 할 것, 흡배기 밸브의 지름 및 통로구멍을 크게하여 흡배기 작용을 원활히 할 것, 압축행정시 혼합기 또는 공기에 와류가 있게 할 것, 가열되기 쉬운 둘출부가 없도록 할 것 등이다.

그런데 캠축의 수가 많은 엔진, 예를 들면 SOHC, DOHC, V형 8기통, 수평대향 6기통 등에서는 기어 트레인이 너무 복잡해지고 엔진중량의 증가를 초래하고 기어 소음이 커지는 등 근대적인 승용차용 엔진으로서는 마이너스면도 많게 된다.

또한 1실린더당 밸브의 수를 증가하여 효율 향상을 도모한 다밸브형이 사용되고 있는 까닭에 캠축의 증가와 함께 그 만큼 흡배기 밸브의 수가 늘어나게 되어 다수의 흡배기 밸브를 구성하기 위한 실린더 헤드의 구조 및 캠축의 구조가 복잡하게 되고, 엔진의 중량 및 소음이 증대되며, 나아가 원가를 상승시키게 되는 등의 문제점을 안고 있었다.

DOHC 등의 엔진에서는 통상 2개의 흡기밸브와 2개의 배기밸브인 1실린더 4밸브의 형식이었다.

따라서 실린더의 수가 늘어나는 만큼 흡배기 밸브의 수가 비례적으로 늘어나게 되었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 각 실린더에 하나의 밸브만를 구성하여 상기 하나의 밸브가 흡기 및 배기작용을 동시에 이루는 공용으로 사용되도록 함으로써, 고출력에 영향을 주지 않으면서도 밸브 및 캠축의 수를 줄일 수 있고, 이에 따라 실린더 헤드 및 밸브기구의 구조가 간단하게 되며, 엔진 중량 및 소음발생을 현격히 줄일 수 있는 엔진의 흡배기 밸브장치를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 엔진의 흡배기 밸브장치는, 실린더 헤드에 흡기통로와 배기통로가 일체로 형성된 실린더; 상기 연통된 흡배기통로를 개폐시키는 하나의 흡배기밸브; 상기 흡배기통로 각각에 형성된 분할홈; 표면 일측에 하나의 흡배기구멍이 형성되어 상기 양 분할홈을 통해 설치되는 회전기어; 상기 회전기어를 회전시키도록 캠축과 상기 회전기어를 연결시키는 워엄기어; 및 상기 워엄기어에 회전력을 전하도록 캠축에 설치되는 구동기어;를 포함한 구성을 특징으로 한다.

도 1은 엔진의 구성을 설명하기 위한 개략적인 사시도,

도 2는 본 발명의 측 단면도,

도 3은 본 발명의 회전기어 배열을 나타낸 평면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 흡기밸브 2 : 배기밸브

3 : 피스톤 4 : 커넥팅로드

5 : 크랭크축 6 : 타이밍체인

7 : 캠축 8 : 캠

9 : 실린더 10 : 실린더헤드

11 : 흡기통로 11a,12a : 분할홈

12 : 배기통로 13 : 흡배기 공용밸브

13a : 밸브스프링 14 : (헬리컬)기어

14a : 흡배기 공용구멍 14b : 베어링

16 : 워엄휘일 17 : 연결기어

17a : 워엄 17b : 헬리컬 기어

17c : 지지베어링

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상술하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 측 단면도이고, 도 3은 본 발명의 회전기어 배열을 나타낸 평면도이다.

도시된 바와 같이 본 발명에 따른 엔진의 흡배기 밸브장치는, 실린더 헤드(10)에 흡기통로(11)와 배기통로(12)가 서로 연통되도록 형성되고, 상기 흡기통로(11)와 배기통로(12)의 중간부분에 분할홈(11a)(12a)이 형성된다.

그리고 연통된 흡배기통로를 개폐시키도록 이에 하나의 흡배기 공용밸브(13)가 설치되고, 표면 일측에 하나의 흡배기 공용구멍(14a)이 형성된 헬리켈 기어(14)가 상기 흡배기 공용밸브(13) 및 흡배기통로(11)(12)에 형성된 분할홈(11a)(12a)을 통해 회전가능하게 설치된다.

또한, 캠축(7)의 회전력으로 상기 헬리컬 기어(14)가 회전되도록 상기 캠축(7)에 워엄휘일(16)이 설치되고, 일단에 워엄(17a)이 형성되고 타단에 헬리컬 기어(17b)가 형성된 열결기어(17)가 구비되어 상기 워엄휘일(16)와 헬리컬 기어(14)를 연결되도록 한다.

즉, 연결기어(17)의 워엄(17a)이 캠축(7)의 워엄휘일(16)에 치합되고, 연결기어(17)의 헬리컬 기어(17b)가 헬리컬 기어(14)에 치합된다.

상기 연결기어(17)의 워엄(17a) 및 헬리컬 기어(17b)와 캠축(7)의 워엄휘일(16)과 헬리컬 기어(14)는, 캠축(7)이 1회전시 헬리컬 기어(14)가 2분의 1회전이 이루어지는 기어비가 되도록 한다.

상기 헬리컬 기어(14)에 형성되는 흡배기 공용구멍(14a)은 엔진의 출력정도를 감안하여 그 크기를 임의로 결정할 수 있다.

상기 구성은 연결기어(17) 및 워엄휘일(16)을 제외하고 다른 실린더 마다에 각각 동일하게 구성되고, 이 때 각각의 헬리컬 기어(14)는 인접하는 헬리컬 기어(14)와 서로 연결되어 동시적이 회전이 이루어지도록 한다.

미설명 부호 13a는 밸브스프링이며, 14b는 베어링이며, 17c는 지지베어링이다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 작용효과를 설명한다.

도 1에서와 같이 각 실린더(9)의 동력행정에서 발생한 피스톤(3)의 직선동력을 커넥팅로드(4)를 통해 회전동력으로 바꾸고, 크랭크축(5)의 회전동력은 타이밍기어 또는 타이밍 체인(6)을 통해 2분의 1로 캠축(7)에 전달되며, 상기 캠축(7)에는 각 실린더(9)에 설치된 흡배기 공용밸브(13)와 같은 수의 캠(8)이 바른위치와 각도로 배열되어 있어 상기 캠(8)이 흡배기 공용밸브(13)를 일정한 시기에 정확하게 개폐하게 된다.

즉, 흡입행정시에는 캠(8)의 작용에 의해 흡배기 공용밸브(13)가 열리게 됨과 동시에, 캠축(7)의 회전력이 연결기어(17)를 통해 전해져 헬리컬 기어(14)를 회전시켜 상기 헬리컬 기어(14)에 형성된 흡배기 공용구멍(14a)의 위치가 흡기통로(11)에 형성된 분할홈(11a)에 위치되어져 혼합기는 상기 흡기통로(11)를 연통시키고 있는 흡배기 공용구멍(14a)을 통해 실린더(9)내로 들어오게 된다.

이어서 흡배기 공용밸브(13)가 닫히게 됨과 동시에 헬리컬 기어(14)의 계속적인 회전에 의해 흡배기 공용구멍(14a)이 분할홈(11a)으로 부터 벗어나 흡기통로(11)가 차단된 상태에서 폭발행정이 있게 되고, 폭발행정 후의 연소가스는 배기통로(12)를 통해 외부로 배출된다.

즉, 배기행정시에는 캠(8)의 작용에 의해 흡배기 공용밸브(13)가 열리게 됨과 동시에, 회전하는 헬리컬 기어(14)의 흡배기 공용구멍(14a)의 위치가 배기통로(12)에 형성된 분할홈(12a)에 위치되어져 배기가스는 상기 배기통로(12)를 연통시키고 있는 흡배기 공용구멍(14a)을 통해 외부로 배출된다.

이러한 흡배기동작은 서로 연결되어 회전되는 각각의 헬리컬 기어(14)에 의해 각각의 실린더에서 동시적으로 이루어지게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 엔진의 흡배기 밸브장치는, 실린더 헤드에 흡기통로와 배기통로가 일체로 형성된 실린더와, 상기 연통된 흡배기통로를 개폐시키는 하나의 흡배기밸브와, 상기 흡배기통로 각각에 형성된 분할홈과, 표면 일측에 하나의 흡배기구멍이 형성되어 상기 양 분할홈을 통해 설치되는 회전기어와, 상기 회전기어를 회전시키도록 캠축과 상기 회전기어를 연결시키는 워엄기어, 및 상기 워엄기어에 회전력을 전하도록 캠축에 설치되는 구동기어를 포함한 구성에 의해, 고출력에 영향을 주지 않으면서도 밸브 및 캠축의 수를 줄일 수 있고, 이에 따라 실린더 헤드 및 밸브기구의 구조가 간단하게 되며, 엔진 중량 및 소음발생을 현격히 줄일 수 있는 등의 효과를 발휘한다.

본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 사상과 범위내에서 변형이나 변경할 수 있음은 본 발명이 속하는 분야의 당업자에게는 명백한 것이며, 그러한 변형이나 변경은 첨부한 특허청구범위에 속한다 할 것이다.

Claims (3)

1. 실린더 헤드에 흡기통로와 배기통로가 서로 연통되도록 형성되고, 상기 흡기통로와 배기통로의 중간부분에 분할홈(11a)(12a)이 형성되며, 상기 연통된 흡배기통로를 개폐시키도록 하나의 흡배기 공용밸브(13)가 설치되며, 표면 일측에 하나의 흡배기 공용구멍(14a)이 형성된 회전 기어(14)가 상기 흡배기 공용밸브(13) 및 흡배기통로(11)(12)에 형성된 분할홈(11a)(12a)을 통해 설치되며, 캠축의 회전력으로 상기 회전 기어(14)가 회전되도록 상기 캠축에 워엄휘일(16)이 설치되며, 일단에 워엄(17a)이 형성되고 타단에 헬리컬 기어(17b)가 형성된 열결기어(17)가 구비되어 상기 워엄휘일(16)과 회전 기어(14)를 연결시키는 구성을 특징으로 하는 엔진의 흡배기 밸브장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 연결기어(17)의 워엄(17a) 및 헬리컬 기어(17b)와 캠축(7)의 워엄휘일(16)과 회전 기어(14)는, 캠축(7)이 1회전시 회전 기어(14)가 2분의 1회전이 이루어지는 기어비인 것을 특징으로 하는 엔진의 흡배기 밸브장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 구성은 연결기어(17) 및 워엄휘일(16)을 제외하고 다른 실린더 마다에 각각 동일하게 구성되고, 각각의 회전 기어(14)는 인접하는 회전 기어(14)와 서로 연결되어 동시적이 회전이 이루어지는 것을 특징으로 하는 엔진의 흡배기 밸브장치.