KR100534931B1 - 밸브 스탬핑 방지장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 피스톤과 흡,배기 밸브를 동일한 극성의 자력을 갖도록 하여 그 반발력에 의해 피스톤과 밸브의 충돌을 방지할 수 있는 밸브 스탬핑 방지장치에 관한 것으로서, 자동차 엔진의 연소실에 설치되어 혼합기를 흡입시키고 연소가스를 배출시키는 흡,배기 밸브에 있어서, 상기 흡,배기 밸브와 실린더 내의 피스톤이 서로 동일한 극성의 자성을 갖는 물질로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 상호간에 반발력에 의해 밸브의 점프, 바운스, 서지 등 밸브 스탬핑현상을 방지할 수 있고, 이러한 밸브 스탬핑현상에 의해 발생되었던 밸브 및 밸브 스프링의 파손을 방지하는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명에 의하면 밸브 스프링의 강성을 작게 하는 것이 가능하므로 밸브와 캠의 마찰에 의한 손실을 감소시켜 엔진의 효율을 증대시키는 효과를 갖는다.

Description

밸브 스탬핑 방지장치{Apparatus for prevention of valve stamping}

본 발명은 밸브 스탬핑 방지장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 피스톤과 밸브를 각각 동일한 극성을 갖도록 하여 그 반발력에 의해 피스톤과 밸브의 충돌을 방지할 수 있는 밸브 스탬핑 방지장치에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차의 가솔린 엔진은 가솔린을 연소시켜 열 에너지를 얻는 것으로서, 실린더에 공기와 가솔린의 혼합기를 흡입하여 피스톤으로 압축한 후 점화 연소시키면 열 에너지를 발생하고, 연소가스는 고온, 고압상태가 된다.

이러한 고압에 의해 피스톤의 헤드에 높은 압력이 작용하여 상기 피스톤을 실린더내에서 상,하로 왕복운동시키게 되므로, 열 에너지가 기계적 에너지로 바꾸어진다.

피스톤의 운동은 직선 왕복운동이기 때문에 이것을 회전운동으로 바꾸기 위해 커넥팅 로드와 크랭크축의 기구가 사용된다.

상기와 같이 피스톤이 주기적 운동을 계속하기 위해서는 연소된 가스는 배출하고, 새로운 혼합기를 보충해야 한다.

따라서, 크랭크축의 회전과 연동하는 밸브 기구가 필요하고, 이 밸브기구는 실린더 상측에 설치된 흡,배기 밸브를 정확히 타이밍에 맞춰서 개폐하는 기능을 한다.

혼합기가 실린더내에 흡입되어 일을 마치고 배기 가스가 되어 실린더 밖으로 배출될 때까지 실린더 내에 가스의 주기적 변화를 가리켜 엔진의 사이클이라 한다.

가솔린 엔진에서는 흡입,압축,폭발 및 배기과정을 완료하는데 피스톤의 4행정, 즉 크랭크축의 2회전을 필요로 하는 4사이클엔진과 크랭크축의 1회전만으로 완료하는 2사이클 엔진이 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 연소실의 상부에 흡,배기밸브(10)가 설치되어 연소실(20)로 혼합기를 유입하고 연소가스를 배출함과 동시에 크랭크축과 연동하는 피스톤(10)의 압축 및 폭발행정에서 밸브 시트(11)에 밀착되어 가스의 누출을 방지하고 있다.

또한, 상기 흡,배기 밸브(10)는 캠(18)에 의해 구동되고 밸브 스프링(14)에 의해 원위치인 밸브시트(11) 접촉면으로 복원된다.

그러나 종래의 밸브구조에서는 엔진을 고속회전시키는 경우, 밸브의 점프, 바운스, 서지 등 밸브 스탬핑(valve stamping)현상이 발생하는 문제점이 있다.

밸브의 점프라 함은 고속회전상태에서 밸브의 관성이 커져서 스프링에 의해 복원되지 않고 밸브시트로부터 떨어져 있는 현상을 말하고, 밸브의 바운스라 함은 밸브가 밸브시트방향으로 되돌아오는 힘이 커져 밸브가 밸브시트에 강하게 충돌되는 현상이다.

또한, 밸브 서지라 함은 스프링이 갖고 있는 고유진동수와 캠에 의한 밸브 구동 타이밍이 일치하여 공진현상에 의해, 밸브의 진동폭이 평소보다 훨씬 커지는 것을 말한다.

이와 같은 밸브의 스탬핑(valve stamping)현상은 [관성력(F) = 질량(m)×가속도(a)]의 식에서 보듯이, 엔진의 고속회전에서 밸브의 가속도가 커지므로 그 관성력 또한 커지기 때문에 발생하는 것이다.

상기한 밸브 스탬핑(valve stamping)현상에 의해 상기 흡,배기 밸브와 피스톤이 충돌하기 되므로, 밸브 및 밸브 스프링의 파손이 발생한다.

특히, 엔진 브레이크라고도 하는 변속기의 저단변속시에는 엔진의 분당 회전수(RPM)이 10000 rpm까지 올라가므로, 상기와 같은 현상이 심해져 밸브 및 밸브 스프링의 파손이 더욱 심해진다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 종래에는 처음부터 밸브와 피스톤의 간격을 여유있게 설계하거나 밸브 스프링의 강성을 높이는 방법을 사용하였다.

그러나 종래의 방법을 사용하는 경우, 만일 밸브와 피스톤의 간격을 크게 하면 압축비가 낮아져 엔진효율이 떨어지게 되거나 엔진의 크기가 증가하게 되는 문제점이 여전히 남게 되고, 만일 밸브 스프링의 강성을 크게 하면 밸브와 캠의 마찰력이 커져 또 다른 문제를 일으키게 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 엔진의 고속회전시에 밸브의 점프, 바운스, 서지 등 밸브 스탬핑(valve stamping) 현상을 방지할 수 있고 나아가 피스톤과 밸브의 충돌을 방지하여 내구성을 증대시킬 수 있는 밸브 스탬핑 방지장치를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 밸브 스프링의 강성을 증대시키지 않고도 밸브의 이상작동이나 파손을 방지함으로써 엔진효율을 향상시킬 수 있는 밸브 스탬핑 방지장치를 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 연소실의 상측면에 설치되어 혼합기를 흡입시키고 연소가스를 배출시키는 흡,배기 밸브와, 연소실에서의 폭발력에 의해 상,하로 왕복운동하는 피스톤을 구비한 자동차 엔진에 있어서, 상기 흡,배기 밸브와 상기 피스톤의 사이에 반발력이 작용할 수 있도록 상기 흡,배기 밸브와 상기 피스톤은 동일한 극성의 자력을 갖는 물질로 만들어지는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 일실시예에 의하면, 피스톤(12)과 흡,배기 밸브(10)를 동일한 극성을 갖는 영구자석 물질로 만든다.

일반적으로 자석은 N극과 S극으로 이루어져 있으며, 동일한 극성 상호간에는 척력이 작용하고 상이한 극성 상호간에는 인력이 작용한다.

예컨대, N극과 N극 또는 S극과 S극 사이에는 척력이 작용하고, N극과 S극 사이에는 인력이 작용하는 것이다.

따라서, 이러한 자석의 원리를 이용하여 충돌에 의한 파손을 방지하기 위해 상기 피스톤(12)과 흡,배기 밸브(10)를 동일하게 N극성을 갖도록 하거나 S극성을 갖도록 하면, 상호간의 반발력에 의해 밸브의 점프, 바운스, 서지 등 밸브 스탬핑(valve stamping) 현상시에도 상기 흡,배기 밸브(10)와 상기 피스톤(12)과의 충돌을 방지할 수 있다.

이를 좀 더 상세히 설명하면, 엔진의 고속회전시에는 흡,배기 밸브(10)의 관성력이 커져 밸브 스프링(14)의 탄성력에 의한 복원력보다 커지므로 피스톤(12)이 연소실(20) 상부까지 상승되더라도 밸브시트(11) 접촉면까지 되돌아오지 못하게 된다.

따라서, 상기 피스톤(12)이 상승운동을 할 때에 피스톤(12) 헤드부와 상기 흡,배기 밸브(10)가 충돌을 일으키게 된다.

그러나, 본 발명에 따른 실시예와 같이 상기 피스톤(12)과 상기 흡,배기 밸브(10)를 동일한 극성의 자력을 갖도록 만드는 경우, 상승하는 피스톤(12)과의 반발력에 의해 흡,배기 밸브(10)의 복원력에 추가적인 힘을 제공하므로 상기 흡,배기 밸브(10)는 더 쉽게 밸브 시트(11)로 되돌아가게 된다.

또한, 상기 피스톤(12)과 상기 흡,배기 밸브(10)는 상호간에 척력이 작용하므로 충돌할 염려가 거의 없게 되므로 충돌에 의한 파손도 방지된다.

한편, 상기 밸브 스프링(14)이 갖는 고유 진동수와 캠(18)의 회전진동수가 일치하는 경우, 공진에 의해 상기 흡,배기 밸브(10)의 진동폭이 증가하게 되는 밸브 서지현상이 발생하지만 본 발명의 실시예와 같이 상기 피스톤(12)과 상기 흡,배기 밸브(10)를 동일한 극성의 자성물질로 하면 상기 피스톤(12)과의 반발력에 의해 상기 흡,배기 밸브(10)에 추가적인 힘을 가하게 되어 서지현상도 줄어들게 된다.

그리고, 밸브 스탬핑(valve stamping) 현상이 발생하는 영역을 고 알피엠(RPM) 영역으로 이동시킬수 있게 되므로, 엔진의 밸브 스프링의 강성을 낮출수 있게 되어 밸브와 캠의 마찰을 저감시킴으로써 엔진의 효율을 향상시킬 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형실시가 가능할 것이다. 따라서, 본 발명의 기술사상은 상기한 실시예에 한정되지 아니한다.

상술한 본 발명에 따른 밸브 스탬핑 방지장치에 의하면, 피스톤과 흡,배기 밸브를 동일한 극성의 자력을 갖도록 함으로써 상호간에 반발력에 의해 밸브의 점프, 바운스, 서지 등 밸브 스탬핑(valve stamping) 현상을 방지할 수 있고, 더 나아가 상승운동중인 피스톤과 밸브와의 충돌에 의한 밸브 및 밸브 스프링의 파손을 방지하는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명에 의하면 밸브 스프링의 강성을 작게 하는 것이 가능하므로 밸브와 캠의 마찰에 의한 손실을 감소시켜 엔진의 효율을 증대시키는 효과를 갖는다.

도 1은 실린더 내에 피스톤과 밸브가 장착되어 있는 상태를 나타내는 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10: 흡,배기 밸브 11: 밸브 시트

12: 피스톤 14: 밸브 스프링

16: 로커암 18: 캠

20: 연소실

Claims (1)

1. 연소실(20)의 상측면에 설치되어 혼합기를 흡입시키고 연소가스를 배출시키는 흡,배기 밸브(10)와, 상기 연소실(20)에서의 폭발력에 의해 상,하로 왕복운동하는 피스톤(12)을 구비한 자동차 엔진에 있어서,

   상기 흡,배기 밸브(10)와 상기 피스톤(12)의 사이에 반발력이 작용할 수 있도록 상기 흡,배기 밸브(10)와 상기 피스톤(12)은 동일한 극성의 자력을 갖는 물질로 만들어지는 것을 특징으로 하는 밸브 스탬핑 방지장치.