KR100624177B1

KR100624177B1 - 연료혼합수단을 구비한 내연기관용 밸브가이드

Info

Publication number: KR100624177B1
Application number: KR1020040064412A
Authority: KR
Inventors: 홍영표
Original assignee: 홍영표
Priority date: 2004-08-16
Filing date: 2004-08-16
Publication date: 2006-09-19
Also published as: US20090050104A1; JP2008514841A; WO2006019223A1; KR20060015995A

Abstract

본 발명은 내연기관의 밸브가이드에 관한 것으로, 보다 상세하게는 내연기관의 흡기관 내로 돌출된 밸브가이드의 외주면에 설치되어 연료와 공기의 혼합을 촉진하는 연료혼합수단을 구비한 스월링 밸브가이드에 관한 것이다.

본 발명에 따른 스월링 밸브가이드는, 내연기관의 흡기밸브의 왕복운동을 안내하기 위하여 내연기관의 실린더 헤드의 흡기관 내로 돌출되도록 설치되는 가이드부를 구비한 밸브가이드에 있어서, 상기 흡기관을 통과하는 연료와 공기를 혼합하기 위하여 상기 가이드부의 외주면에 설치되어 유동의 하류측에 와류를 형성하기 위한 부재를 포함하는 연료혼합수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 연소실에 가까운 지점인 밸브가이드에 설치되며, 와류를 형성하여 연료와 공기가 적절히 혼합된 상태에서 연소실로 진입하도록 한다. 또한 기존의 밸브가이드에 연료혼합수단을 설치하여 혼합기의 흐름을 최대한 방해하지 않도록 할 수 있다.

스월링, 와류, 흡기관, 밸브, 밸브가이드.

Description

연료혼합수단을 구비한 내연기관용 밸브가이드{VALVE GUIDE FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE HAVING MEANS FOR MIXING FUEL}

도 1은 종래 기술에 따른 밸브가이드가 실린더 헤드에 설치된 상태의 단면도

도 2는 종래 기술에 따른 밸브의 흡기관측 면에 설치된 베인의 사시도

도 3은 본 발명에 따른 스월링 밸브가이드의 제1실시예의 사시도

도 4는 본 발명에 따른 스월링 밸브가이드의 제2실시예의 사시도

도 5는 본 발명에 따른 스월링 밸브가이드의 제3실시예의 사시도

도 6은 도 5의 실시예가 실린더 헤드에 설치된 상태의 단면도

도 7은 본 발명에 따른 스월링 밸브가이드의 제4실시예의 사시도

도 8은 본 발명에 따른 스월링 밸브가이드의 제5실시예의 분해사시도

도 9는 본 발명에 따른 스월링 밸브가이드의 제6실시예의 분해사시도

도 10은 도 9의 실시예의 결합사시도

도 11은 도 9의 실시예가 실린더 헤드에 설치된 상태의 단면도

도 12는 본 발명에 따른 스월링 밸브가이드의 제7실시예가 실린더 헤드에 설치된 상태의 단면도

도 13은 본 발명에 따른 스월링 밸브가이드의 제8실시예가 실린더 헤드에 설치된 상태의 단면도

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>

100 밸브가이드

200, 300, 400, 500 연료혼합수단

도 1은 종래 기술에 따른 내연기관의 실린더 헤드에 밸브가이드가 설치된 상태를 도시하는 단면도이다.

흡기관(11)은 연료와 공기의 혼합기의 유동통로로서 실린더 헤드(10)에 형성된다. 흡기관(11)의 입구에는 흡기 매니폴드(12)가 결합되며 흡기관의 출구는 연소실(13)로 연결된다. 연료와 공기의 혼합기는 흡기 매니폴드(12)로부터 공급되어 흡기관(11)을 지나 연소실(13)로 공급되며, 연소실(13)의 입구에서 흡기밸브(14)에 의해 그 유동이 단속적으로 제어된다. 흡기밸브(14)는 밸브스템(15)에 연결되어 도면의 화살표와 같은 방향으로 왕복운동하는데, 이와 같은 왕복운동을 안내하기 위해 필요한 것이 밸브가이드(100)이다. 밸브가이드(100)는 중공의 원통 형상이고, 중공에 삽입된 밸브스템(15)의 상하 운동을 안내하며, 동시에 흡기밸브(14)의 열을 실린더헤드에 전달하여 흡기밸브를 냉각시키는 역할도 한다. 이를 위해 밸브 가이드(100)는 실린더 헤드(10)에 고정된 고정부(101)와 흡기관(11) 내측으로 돌출된 가이드부(102)를 포함한다.

내연기관에서 연소실에 공급되는 연료와 공기가 잘 혼합될수록 불완전 연소와 노킹이 감소하고 출력이 증가하는 효과가 있다는 것이 널리 알려져 있다. 이를 위하여 흡기 매니폴드 또는 흡기 매니폴드와 에어클리너 사이에 삽입하여 공기 또는 연료와 공기의 혼합기에 와류가 발생하도록 유도하는 스월링 유닛(swirling unit)들이 다양한 형태로 개발되었다. 이와 같은 종래의 스월링 유닛으로는, 중공 원통형상의 하우징의 중공 내부에 설치된 고정날개 또는 하우징의 길이방향을 중심축선으로 하여 회전가능하게 설치된 회전날개를 구비한 것이 있다. 또한 도 2에서 보는 바와 같이 흡기밸브(2)의 흡기관측 면에 베인(3)을 설치하여 와류형성을 도모한 예도 있다.

그러나, 종래의 스월링 유닛은 흡기 매니폴드 또는 흡기 매니폴드와 에어클리너 사이에 배치되므로, 스월링 유닛을 통과한 공기가 연료분사장치 또는 연소실에 이르기 전에 관내 마찰에 의해 와류가 대폭 소실된다. 또한 연료와 공기의 혼합기에 직접 작용하는 것이 아니라 공기의 흐름에만 와류를 형성하므로 연료와 공기의 혼합이라는 목적을 달성하기가 어렵다. 또한 와류 형성을 위한 회전체가 하우징의 중공 내부에 설치되므로 공기의 흐름을 방해하는 문제점이 있다.

한편 흡기밸브의 흡기관측 면에 베인을 설치한 종래의 스월링 유닛은 연료와 공기의 혼합기에 직접 와류를 형성하기 위한 것이긴 하나, 흡기밸브와 함께 왕복운 동하는 동안 혼합기의 유동과 동일한 방향으로 움직일 때가 있으며, 이 때에는 혼합기에 형성되는 와류가 충분하지 못한 문제점이 있다. 그리고 흡기밸브의 일측면에 설치된 베인은 흡기밸브의 잦은 왕복 운동 및 연소실로부터 전달된 열에 의해 손상되기 쉽다. 만일 베인이 밸브의 왕복 운동에 따른 충격에 의해 파괴될 경우 내연기관 전체의 작동에 치명적인 영향을 주게 된다.

본 발명은 와류를 형성하여 연료와 공기의 혼합기의 혼합을 촉진할 수 있는 스월링 밸브가이드를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한 본 발명은 흡기관 내로 돌출된 기존의 밸브가이드에 연료혼합수단이 설치되어 혼합기의 흐름에 대한 방해를 최소화하면서 와류를 형성할 수 있는 스월링 밸브가이드를 제공하는 것을 목적으로 한다. 그리고 본 발명은 밸브의 왕복운동에 따른 충격과 무관하게 혼합기에 와류를 형성할 수 있는 스월링 밸브가이드를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 스월링 밸브가이드는, 내연기관의 흡기밸브의 왕복운동을 안내하기 위하여 내연기관의 실린더 헤드의 흡기관 내로 돌출되도록 설치되는 가이드부를 구비한 밸브가이드에 있어서, 상기 흡기관을 통과하는 연료와 공기를 혼합하기 위하여 상기 가이드부의 외주면에 설치되어 유동의 하류측에 와류를 형성하기 위한 부재를 포함하는 연료혼합수단을 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 와류를 형성하기 위한 부재는 상기 가이드부의 외주면에 고정된 적어도 하나의 날개인 것이 바람직하다. 특히 상기 연료혼합수단은, 가이드부의 외주면에 회전가능하도록 설치된 허브를 더 포함하고, 상기 적어도 하나의 날개는 상기 허브의 외주면에 고 정된 것이 바람직하다.

그리고 본 발명에 따른 스월링 밸브가이드는, 상기 날개는 복수개이고, 내주면이 상기 복수의 날개 각각의 끝단과 연결된 보강테를 더 포함할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 스월링 밸브가이드는, 상기 보강테의 외주면과 내주면 중 적어도 어느 한 면에 고정된 보조날개를 더 포함하는 것이 바람직하다.

그리고 본 발명에 따른 스월링 밸브가이드는, 상기 날개는 복수개이고, 상기 복수개의 날개는 상기 가이드부의 원주방향으로 외주면에 등간격으로 배치된 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명에 따른 스월링 밸브가이드는, 상기 적어도 하나의 날개는 상기 밸브가이드의 길이방향에 대해 소정 각도 기울어진 나선형인 것이 바람직하다.

그리고 본 발명에 따른 스월링 밸브가이드는, 상기 적어도 하나의 날개는 단부에 흡기관의 상류측으로 연장된 연장부가 형성된 것이 바람직하다.

그리고 본 발명에 따른 스월링 밸브가이드는, 상기 연료혼합수단은 복수개이고, 각각의 연료혼합수단의 날개는 상기 밸브가이드의 길이방향에 대해 소정 각도 기울어진 나선형이며, 이웃하는 연료혼합수단의 날개와 서로 다른 각도로 기울어진 것이 바람직하다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 스월링 밸브가이드의 제1 실시예의 사시도이다.

밸브가이드는 중공 원통형이며 실린더 헤드에 삽입되는 기저부(101)와, 흡기 관 내부로 돌출되어 밸브의 왕복운동을 안내하는 가이드부(102)를 포함하는 것이 일반적이다. 상기 밸브가이드(100)의 가이드부(102)의 외주면에는 연료혼합수단이 설치된다. 상기 연료혼합수단은 연료를 공기와 혼합하기 위한 부재(110)를 포함한다. 상기 부재(110)는 연료와 공기의 혼합기의 유동의 하류측에 와류를 형성할 수 있는 것이면 충분하므로, 도시된 바와 같이 돌출된 막대(110)일 수 있다. 특히 상기 막대(110)가 혼합기의 유동의 하류측을 향하여 굴곡된 탄성체일 경우 혼합기의 유동에 따라 흔들리면서 혼합기의 유동에 와류를 형성하여 결과적으로 연료와 공기의 혼합을 촉진할 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 스월링 밸브가이드의 제2 실시예의 사시도이다.

본 실시예의 연료혼합수단(200)은 연료와 공기를 혼합하기 위한 부재로서 돌출 형성된 날개(210)를 포함한다. 상기 날개(210)는 복수인 것이 바람직하며, 각각의 날개(210)는 밸브가이드의 길이방향에 대해 소정 각도 기울어진 나선형인 것이 바람직하다.

도 5는 본 발명에 따른 스월링 밸브가이드의 제3 실시예의 사시도이고, 도 6은 도 5의 실시예가 실린더 헤드에 설치된 상태의 단면도이다.

본 실시예의 연료혼합수단(200)은 앞선 제2 실시예에 비해 내주면이 상기 복수의 날개(210) 각각의 끝단과 연결된 보강테(250)를 더 포함한다. 상기 보강테(250)는 날개(210)의 끝단을 지지하여 강도를 보강해준다. 또한 상기 보강테(250)에는 보조날개(251, 252)가 고정되어 있는 것이 더 바람직하다. 상기 보조날개(251, 252)는 보강테(250)의 내주면 또는 외주면 중 어느 한 면, 또는 내주면과 외 주면 모두에 배치될 수 있다. 본 실시예를 도 6에 도시한 바와 같이 실린더 헤드(10)에 설치하면, 밸브가이드(100)의 중공으로 밸브스템(15)이 삽입되어 화살표 방향으로 왕복운동하고, 흡기밸브(14)가 연소실(13)로 공급되는 연료와 공기의 혼합기를 단속적으로 제어한다. 이 때, 흡기 매니폴드(12)를 통과한 연료와 공기의 혼합기가 흡기관(11)을 지나면서 밸브가이드(100)에 설치된 연료혼합수단(200)에 부딪히면 날개(210)의 형상에 따라 유동의 방향이 바뀌면서 형성된 와류에 의해 연료와 공기의 혼합이 촉진된다. 이 과정에서 보강테(250)와 보조날개(251, 252)는 와류의 형성을 더욱 증대시킨다.

도 7은 본 발명에 따른 스월링 밸브가이드의 제4 실시예의 사시도이다.

본 실시예는 앞선 제3 실시예와 같은 연료혼합수단을 복수 개 구비한다. 즉, 제1 연료혼합수단(200)과 제2 연료혼합수단(300)이 밸브가이드(100)의 길이방향으로 일렬로 배치된다. 도면에는 각 연료혼합수단이 모두 제3 실시예에서와 같은 구조를 갖고 있는 것으로 도시되었으나, 제1 실시예 및 제2 실시예의 연료혼합수단과 같은 구조가 선택될 수도 있다. 또한 제1 연료혼합수단(200)의 각 날개가 밸브가이드의 길이방향에 대해 기울어진 각도와 제2 연료혼합수단(300)의 각 날개가 기울어진 각도를 달리하면 각 연료혼합수단을 통과한 혼합기에 더욱 강한 와류를 형성할 수 있다.

도 8은 본 발명에 따른 스월링 밸브가이드의 제5 실시예의 분해사시도이다.

본 실시예는 앞선 실시예들과 달리 연료혼합수단(400)이 허브(410)를 더 포함한다는 것이 가장 큰 특징이다. 상기 허브(410)는 밸브가이드(100)의 외주면에 결합되며, 그 외주면에 날개(420)가 고정되어 있다. 상기 허브(410)는 적당한 수의 통상적인 베어링(460)을 이용하여 밸브가이드(100)에 회전가능하게 설치되는 것이 바람직하다. 허브(410)가 회전가능하게 설치되면, 연료와 공기의 혼합기가 연료혼합수단(400)을 통과할 경우 허브(410)가 고정된 경우에 비해 혼합기의 유동에 대한 저항이 현저히 감소한다. 따라서 내연기관의 흡입 효율을 크게 저하시키지 않는다. 이 경우 밸브가이드(100)로부터 연료혼합수단(400)이 이탈하는 것을 방지하기 위해 밸브가이드(100)의 끝단에 마개(470)를 고정하는 것이 필요하다. 상기 마개(470)는 밸브스템이 통과할 수 있도록 관통구멍이 형성된 링 형상이다.

도 9는 본 발명에 따른 스월링 밸브가이드의 제6 실시예를 나타낸 분해사시도이고, 도 10은 도 9의 실시예의 결합사시도이며, 도 11은 도 9의 실시예가 실린터 헤드에 설치된 상태의 단면도이다.

본 실시예가 앞선 제5 실시예와 다른 점은 연료혼합수단(400)의 구조이다. 본 실시예의 연료혼합수단(400)은 앞선 제3 실시예와 유사하게 보강테(450)와 보강테에 고정된 보조날개(451, 452)를 더 포함한다. 특히 허브(410)가 베어링(460)에 의해 밸브가이드(100)에 회전가능하게 결합된 경우 보강테(450)의 필요성이 더욱 증대된다. 즉, 흡기 매니폴드(12)로부터 흡기관(11)으로 공급된 혼합기가 연료혼합수단(400)을 통과하면 날개(410)에 부딪히면서 연료혼합수단(400)을 회전시키는데, 회전수가 높을수록 날개(410) 면을 따라 반경방향으로 이탈하는 혼합기의 양이 증가한다. 이와 같이 이탈된 혼합기는 다른 혼합기의 흐름을 방해하므로 흡기 효율을 저하시키는 원인이 될 수 있다. 보강테(450)는 날개(410)를 구조적으로 보강 하는 이외에 이런 혼합기의 이탈을 억제하는 역할도 한다. 보조날개(451, 452)는 보강테(450)의 내주면 또는 외주면 중 어느 하나, 또는 내주면과 외주면 모두에 고정될 수 있으며 연료혼합수단(400)을 통과하는 혼합기에 더욱 강력한 와류를 형성시키기 위한 것이다.

도 12는 본 발명에 따른 스월링 밸브가이드의 제 7실시예가 실린더 헤드에 설치된 상태의 단면도이다.

본 실시예가 앞선 실시예들과 다른 점은 연료혼합수단을 복수 개 구비하고 있다는 점이다. 예컨대, 제1 연료혼합수단(400)과 제2 연료혼합수단(500)이 밸브가이드(100)의 길이방향을 따라 일렬로 배치되어 있다. 각 연료혼합수단(400, 500)은 앞선 제5 실시예 또는 제6 실시예의 연료혼합수단과 같은 구조를 선택적으로 채택할 수 있다. 따라서 각 연료혼합수단은 밸브가이드에 대해 회전가능하게 결합될 수도 있고 고정되어 있을 수도 있다. 그리고 도면에는 나타내지 않았으나 각 연료혼합수단(400, 500)이 보강테 및 보강테에 고정된 보조날개를 더 포함할 수도 있다. 나아가 제1 연료혼합수단(400)의 각 날개가 밸브가이드에 대해 기울어진 각도와 제2 연료혼합수단(500)의 각 날개가 기울어진 각도를 달리하며, 제1 연료혼합수단(400)과 제2 연료혼합수단(500)의 회전수가 달라지므로 통과하는 혼합기에 보다 강한 와류를 형성할 수 있다. 특히 제1 연료혼합수단(400)이 밸브가이드의 길이방향에 대해 기울어진 방향과 제2 연료혼합수단(500)이 기울어진 방향을 반대로 하면 두 연료혼합수단의 회전방향이 반대가 되며 혼합기에 형성되는 와류가 보다 증대된다.

도 13은 본 발명에 따른 스월링 밸브가이드의 제8 실시예가 실린더 헤드에 설치된 상태의 단면도이다.

본 실시예 또한 앞선 제7 실시예와 같이 복수의 연료혼합수단(400, 500)을 구비한다. 다만, 제1 연료혼합수단(400)의 날개의 형상이 앞선 실시예들과 다르다. 즉, 제1 연료혼합수단(400)의 날개는 단부에 흡기관의 상류측으로 연장된 연장부(401)가 형성되어 있다. 상기 연장부(401)는 이웃하는 제2 연료혼합수단(500)의 날개보다 외측에 위치할 수 있으며, 이 경우 밸브가이드의 길이방향에 수직한 단면 내에 제1 연료혼합수단(400)의 연장부(401)와 제2 연료혼합수단(500)의 날개가 함께 위치하므로, 혼합기에 보다 강한 와류를 형성할 수 있다. 도시하지는 않았으나 본 실시예의 각 연료혼합수단 또한 보강테 및 보강테에 고정된 보조날개를 더 구비할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면 연소실에 가까운 지점인 밸브가이드에 설치되며, 와류를 형성하여 연료와 공기가 적절히 혼합된 상태에서 연소실로 진입하도록 한다. 또한 기존의 밸브가이드에 연료혼합수단을 설치하여 혼합기의 흐름을 최대한 방해하지 않도록 할 수 있다. 그리고 밸브의 왕복운동에 따른 충격과 무관하게 연소실에서 가까운 지점에서 혼합기에 와류를 형성할 수 있으므로 연료와 공기가 효과적으로 혼합되도록 할 수 있다.

앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 일 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

Claims

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내연기관의 흡기밸브의 왕복운동을 안내하기 위하여 내연기관의 실린더 헤드의 흡기관 내로 돌출되도록 설치되는 가이드부를 구비하고, 상기 가이드부의 외주면에 회전가능하도록 설치된 허브를 포함하며 상기 흡기관을 통과하는 연료와 공기를 혼합하고 유동의 하류측에 와류를 형성하기 위한 상기 허브의 외주면에 고정 설치된 적어도 하나의 날개를 포함하는 연료혼합수단을 포함하는 밸브가이드에 있어서,

상기 날개는 복수개이고, 내주면이 상기 복수의 날개 각각의 끝단과 연결되고 외주면과 내주면 중 적어도 어느 한 면에 고정된 보조날개를 포함하는 보강테를 포함하는 것을 특징으로 하는 스월링 밸브가이드.
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제5항에 있어서,

상기 날개는 복수개이고, 상기 복수개의 날개는 상기 가이드부의 원주방향으로 외주면에 등간격으로 배치된 것을 특징으로 하는 스월링 밸브가이드.
제5항에 있어서,

상기 적어도 하나의 날개는 상기 밸브가이드의 길이방향에 대해 소정 각도 기울어진 나선형인 것을 특징으로 하는 스월링 밸브가이드.
제5항에 있어서,

상기 적어도 하나의 날개는 단부에 흡기관의 상류측으로 연장된 연장부가 형성된 것을 특징으로 하는 스월링 밸브가이드.
제5항에 있어서,

상기 연료혼합수단은 복수개이고, 각각의 연료혼합수단의 날개는 상기 밸브가이드의 길이방향에 대해 소정 각도 기울어진 나선형이며, 이웃하는 연료혼합수단의 날개와 서로 다른 각도로 기울어진 것을 특징으로 하는 스월링 밸브가이드.