KR101230069B1 - 내연 기관 엔진용 밸브 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 장치는 실린더 헤드의 내부 표면에 의해 형성된 밸브 포켓 내에 왕복 가능하게 배치되도록 구성된 밸브 부재를 포함한다. 밸브 부재는 복수의 유동 통로를 형성하며 복수의 밀봉 부분을 포함하는 테이퍼진 부분을 갖는다. 적어도 하나의 밀봉 부분은 각각의 유동 통로에 인접하여 배치되고, 각각의 유동 통로가 실린더 헤드 외부의 영역으로부터 유체 격리되게 구성되도록 실린더 헤드의 내부 표면의 일부와 접촉하도록 구성된다.

Description

내연 기관 엔진용 밸브 장치 {Valve Apparatus for an Internal Combustion Engine}

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 2005년 9월 23일자로 출원된 발명의 명칭이 "측면 캠 개방 포트"인 미국 특허 출원 제60/719,506호 및 2006년 3월 9일자로 출원된 발명의 명칭이 "개선된 헤드 밸브를 구비한 측면 캠 개방 포트 엔진"인 미국 특허 출원 제60/780,364호에 기초하여 우선권을 주장하고, 이들 각각은 본원에서 참조되어 통합되었다.

본 발명은 유체 처리 기계 내의 기체 교환 처리를 제어하기 위한 장치에 관한 것이고, 특히 내연 기관 엔진용 밸브 및 실린더 헤드 조립체에 관한 것이다.

예를 들어 내연 기관 엔진, 압축기 등과 같은 많은 유체 처리 기계는 최적 성능을 보장하기 위해 정확하고 효율적인 기체 교환 처리를 요구한다. 예를 들어, 내연 기관 엔진의 흡기 행정 중에, 소정량의 공기 및 연료가 엔진의 작동 사이클 내의 소정의 시점에서 연소실로 공급되어야 한다. 연소실은 그 다음 비효율적인 작동 및/또는 엔진 내의 다양한 부품에 대한 손상을 방지하기 위해 연소 작용 중에 밀봉되어야 한다. 배기 행정 중에, 연소실 내의 연소된 기체는 연소실로부터 효율적으로 배출되어야 한다.

몇몇 공지된 내연 기관 엔진은 연소실 내로의 그리고 그의 외부로의 기체의 유동을 제어하기 위해 포핏 밸브를 사용한다. 공지된 포핏 밸브는 신장된 스템 및 확장된 밀봉 헤드를 포함하는 왕복 밸브이다. 사용 시에, 공지된 포핏 밸브는 밀봉 헤드가 밸브 시트로부터 이격되도록 연소실을 향해 내측으로 개방되어, 밸브가 개방 위치에 있을 때 연소실 내로의 그리고 그의 외부로의 유동 경로를 생성한다. 밀봉 헤드는 연소실을 효과적으로 밀봉하기 위해 밸브가 폐쇄 위치에 있을 때 밸브 시트 상의 대응하는 표면과 접촉하도록 구성된 경사 표면을 포함할 수 있다.

그러나, 공지된 포핏 밸브의 확대된 밀봉 헤드는 연소실 내로 들어가거나 연소실을 떠나는 기체의 유동 경로를 차단하고, 이는 기체 교환 처리의 비효율성을 생성할 수 있다. 또한, 확대된 밀봉 헤드는 유입되는 공기 내에서 와류 및 다른 바람직하지 않은 난류를 일으킬 수도 있고, 이는 연소 작용에 부정적인 영향을 줄 수 있다. 그러한 효과를 최소화하기 위해, 몇몇 공지된 포핏 밸브는 폐쇄 위치와 개방 위치 사이에서 비교적 큰 거리를 이동하도록 구성된다. 그러나, 밸브 상승을 증가시키는 것은 더 높은 기생 손실, 밸브 구동 장치의 더 큰 마모, 엔진 작동 중의 밸브-피스톤 접촉의 더 큰 가능성 등을 생성한다.

공지된 포핏 밸브의 밀봉 헤드는 연소실 내로 연장되기 때문에, 엔진 연소의 극심한 압력 및 온도에 노출되고, 이는 밸브가 파손되거나 누출될 가능성을 증가시킨다. 연소 조건에 대한 노출은 예를 들어 더 큰 열 팽창, 해로운 탄소 침전물 축적 등을 일으킬 수 있다. 또한, 그러한 배열은 밸브의 수리 및/또는 교체에 도움이 되지 않는다. 많은 경우에, 예를 들어, 실린더 헤드는 밸브를 정비 또는 교체하기 위해 제거되어야 한다.

다른 공지된 내연 기관 엔진은 연소실 내로의 그리고 그의 외부로의 기체의 유동을 제어하기 위해 로터리 밸브를 사용한다. 공지된 로터리 밸브 배열은 밸브가 연속적으로 회전할 때 실린더 헤드 내의 대응하는 포트와 정렬되어, 연소실 내로의 그리고 그의 외부로의 유동 경로를 생성하도록 구성된 하나 이상의 개방부를 갖는 디스크 또는 실린더를 포함한다. 그러한 공지된 로터리 밸브는 연소실 내로 연장되지 않기 때문에, 위에서 언급한 포핏 밸브의 단점들 중 일부를 해결한다. 그러나, 공지된 로터리 밸브는 그의 연속적인 회전 때문에, 밸브 누출에 취약하다. 또한, 작동의 연속적인 성질 때문에, 공지된 로터리 밸브 엔진의 밸브 작용의 시점이 쉽게 변경되지 않는다.

다른 공지된 내연 기관 엔진은 연소실 내로의 그리고 그의 외부로의 기체의 유동을 제어하기 위해 슬라이드 밸브를 사용한다. 공지된 슬라이드 밸브는 연소실 내로 연장되는 밸브의 부분이 없이 연소실 내로의 그리고/또는 그의 외부로의 유동 경로를 차단하도록 구성된 차단 부분을 포함하는 왕복 밸브이다. 공지된 슬라이드 밸브 배열은 포핏 밸브와 관련된 단점들 중 일부를 최소화하지만, 밸브 누출에 대체로 취약하다.

저압 시스템용 유체 유동 제어 조립체 내에서 사용하기 위한 다른 슬라이드 밸브 및 로터리 밸브가 공지되어 있다. 그러한 조립체는 저압 액체의 유동을 제어하는데 잠재적으로 유용하지만, 고압 시스템 내에서 사용하기에는 부적절하다.

따라서, 내연 기관 엔진 그리고 유사한 시스템 및 장치를 위한 개선된 밸브 및 실린더 헤드 조립체에 대한 필요가 존재한다.

기체 교환 밸브가 본원에서 설명된다. 일 실시예에서, 장치는 실린더 헤드의 내부 표면에 의해 형성된 밸브 포켓 내에 왕복 가능하게 배치되도록 구성된 밸브 부재를 포함한다. 밸브 부재는 복수의 유동 통로를 형성하며 복수의 밀봉 부분을 포함하는 테이퍼진 부분을 갖는다. 적어도 하나의 밀봉 부분은 각각의 유동 통로에 인접하여 배치되고, 각각의 유동 통로가 실린더 헤드 외부의 영역으로부터 유체 격리되게 구성되도록 실린더 헤드의 내부 표면의 일부와 접촉하도록 구성된다.

몇몇 실시예에서, 장치는 실린더 헤드의 내부 표면에 의해 형성된 밸브 포켓 내에 왕복 가능하게 배치되도록 구성된 밸브 부재를 포함한다. 밸브 부재는 복수의 유동 통로를 형성하며 복수의 밀봉 부분을 포함하는 테이퍼진 부분을 갖는다. 유동 통로는 예를 들어 밸브 부재의 테이퍼진 부분을 통해 연장되고, 테이퍼진 부분의 외측 표면에 의해 형성된 하나 이상의 개방부를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 밀봉 부분은 각각의 유동 통로에 인접하여 배치되고, 각각의 유동 통로가 예를 들어 내연 기관 엔진의 연소 실린더와 같은 실린더 헤드 외부의 영역으로부터 유체 격리되게 구성되도록 실린더 헤드의 내부 표면의 일부와 접촉하도록 구성된다.

몇몇 실시예에서, 장치는 실린더 헤드의 내부 표면에 의해 형성된 밸브 포켓 내에 왕복 가능하게 배치되도록 구성된 밸브 부재를 포함한다. 밸브 부재는 복수의 유동 통로를 형성하며 복수의 밀봉 부분을 포함하는 테이퍼진 부분을 갖는다. 적어도 하나의 밀봉 부분은 각각의 유동 통로에 인접하여 배치되고, 각각의 유동 통로가 연소 실린더로부터 유체 격리되게 구성되도록 실린더 헤드의 내부 표면의 일부와 접촉하도록 구성된다. 밀봉 부분들 중 적어도 하나는 테이퍼진 부분의 외측 표면 둘레에서 연속적으로 연장된다.

몇몇 실시예에서, 장치는 실린더 헤드의 내부 표면에 의해 형성된 밸브 포켓 내에 왕복 가능하게 배치되도록 구성된 밸브 부재를 포함한다. 밸브 부재는 복수의 유동 통로를 형성하며 복수의 밀봉 부분을 포함하는 테이퍼진 부분을 갖는다. 유동 통로들 중 적어도 하나는 밸브 부재의 테이퍼진 부분을 통해 연장되고, 테이퍼진 부분의 외측 표면에 의해 형성된 개방부를 포함한다. 밀봉 부분들 중 적어도 하나는 유동 통로의 개방부를 둘러싸고, 유동 통로가 연소 실린더로부터 유체 격리되게 구성되도록 실린더 헤드의 내부 표면의 일부와 접촉하도록 구성된다.

몇몇 실시예에서, 장치는, 자신을 통해 복수의 유동 통로를 형성하는 테이퍼진 부분을 갖는 밸브 부재를 포함한다. 테이퍼진 부분은 테이퍼진 부분의 종축에 대해 실질적으로 수직인 제1 축을 따른 제1 치수 및 종축에 대해 실질적으로 수직이며 제1 축에 대해 실질적으로 수직인 제2 축을 따른 제2 치수를 갖는다. 제1 치수는 예를 들어 테이퍼진 부분의 폭일 수 있다. 제2 치수는 예를 들어 테이퍼진 부분의 두께일 수 있다. 제1 치수 및 제2 치수는 각각 테이퍼진 부분의 종축을 따라 변할 수 있다. 이러한 방식으로, 테이퍼진 부분은 적어도 2개의 치수에 있어서 테이퍼진다. 테이퍼진 부분은 제1 위치 및 제2 위치에서 실린더 헤드의 내부 표면에 의해 형성된 밸브 포켓 내에 왕복 가능하게 배치되도록 구성된다. 테이퍼진 부분이 제1 위치에 있을 때, 각각의 유동 통로는 실린더 및 기체 매니폴드와 유체 연통한다. 테이퍼진 부분이 제2 위치에 있을 때, 각각의 유동 통로는 실린더로부터 유체 격리된다.

몇몇 실시예에서, 장치는 실린더 헤드의 내부 표면에 의해 형성된 밸브 포켓 내에 활주 가능하게 배치되도록 구성된 밸브 부재를 포함한다. 실린더 헤드는 예를 들어 흡기 매니폴드와 같은 기체 매니폴드 및 예를 들어 내연 기관 엔진의 연소 실린더와 같은 실린더에 결합되도록 구성된다. 밸브 부재는, 자신을 통해 복수의 유동 통로를 형성하며 복수의 밀봉 부분을 포함하는 테이퍼진 부분을 갖는다. 적어도 2개의 밀봉 부분이 각각의 유동 통로에 인접하여 배치된다. 밀봉 부분은 테이퍼진 부분의 외측 표면 둘레에서 연속적으로 연장되고, 각각의 유동 통로가 실린더로부터 유체 격리되게 구성되도록 실린더 헤드의 내부 표면의 일부와 접촉하도록 구성된다.

몇몇 실시예에서, 장치는 실린더 헤드의 내부 표면에 의해 형성된 밸브 포켓 내에 활주 가능하게 배치되도록 구성된 밸브 부재를 포함한다. 실린더 헤드는 예를 들어 흡기 매니폴드와 같은 기체 매니폴드 및 예를 들어 내연 기관 엔진의 연소 실린더와 같은 실린더에 결합되도록 구성된다. 밸브 부재는, 자신을 통해 복수의 유동 통로를 형성하는 테이퍼진 부분을 갖고, 각각의 유동 통로는 밸브 부재의 테이퍼진 부분의 외측 표면에 의해 형성된 개방부를 포함한다. 테이퍼진 부분은 복수의 밀봉 부분을 포함하고, 각각의 밀봉 부분은 유동 통로의 개방부를 둘러싸고, 각각의 유동 통로가 실린더로부터 유체 격리되게 구성되도록 실린더 헤드의 내부 표면의 일부와 접촉하도록 구성된다.

몇몇 실시예에서, 장치는 실린더 헤드 및 밸브 부재를 포함한다. 실린더 헤드는 실린더 및 예를 들어 흡기 매니폴드 및/또는 배기 매니폴드와 같은 기체 매니폴드에 결합되도록 구성되고, 밸브 포켓을 형성하는 내부 표면을 갖는다. 밸브 부재는 밸브 부재가 밸브 부재의 종축을 따라 밸브 포켓 내에서 이동 가능하도록 밸브 포켓 내에 배치 가능하게 구성된다. 밸브 부재는 복수의 밸브 유동 통로를 형성하는 테이퍼진 부분을 갖는다. 장치는 제1 구성 및 제2 구성을 갖는다. 장치가 제1 구성에 있을 때, 각각의 유동 통로는 실린더 및 기체 매니폴드와 유체 연통한다. 장치가 제2 구성에 있을 때, 복수의 밸브 유동 통로들 중 각각의 밸브 유동 통로는 실린더로부터 유체 격리된다.

몇몇 실시예에서, 장치는 실린더 헤드 및 밸브 부재를 포함한다. 실린더 헤드는 실린더 및 기체 매니폴드에 결합되도록 구성되고, 내부 표면을 갖는다. 내부 표면은 밸브 포켓, 기체 매니폴드 및 밸브 포켓과 유체 연통하는 기체 매니폴드 유동 통로, 및 실린더 및 밸브 포켓과 유체 연통하는 복수의 실린더 유동 통로를 형성한다. 밸브 부재는 밸브 부재가 밸브 부재의 종축을 따라 밸브 포켓 내에서 이동 가능하도록 밸브 포켓 내에 배치 가능하게 구성된다. 밸브 부재는 복수의 밸브 유동 통로를 형성하는 테이퍼진 부분을 갖는다. 장치는 제1 구성 및 제2 구성을 갖는다. 장치가 제1 구성에 있을 때, 밸브 부재는 각각의 밸브 유동 통로가 기체 매니폴드 유동 통로 및 실린더 유동 통로와 유체 연통하도록 밸브 포켓 내에 위치된다. 장치가 제2 구성에 있을 때, 밸브 부재는 각각의 밸브 유동 통로가 각각의 실린더 유동 통로로부터 유체 격리되도록 밸브 포켓 내에 위치된다.

몇몇 실시예에서, 장치는 실린더 헤드 및 밸브 부재를 포함한다. 실린더 헤드는 실린더 및 기체 매니폴드에 결합되도록 구성되고, 시트 부분을 포함하며 밸브 포켓을 형성하는 내부 표면을 갖는다. 밸브 부재는 밸브 부재가 밸브 부재의 종축을 따라 밸브 포켓 내에서 이동 가능하도록 밸브 포켓 내에 배치 가능하게 구성된다. 밸브 부재는 복수의 밸브 유동 통로를 형성하는 테이퍼진 부분을 갖는다. 밸브 부재는 제1 밸브 유동 통로에 인접하여 배치된 밀봉 부분을 포함한다. 장치는 제1 구성 및 제2 구성을 갖는다. 장치가 제1 구성에 있을 때, 각각의 유동 통로는 실린더 및 기체 매니폴드와 유체 연통한다. 장치가 제2 구성에 있을 때, 밸브 부재는 밸브 부재의 밀봉 부분이 시트 부분과 접촉하여, 제1 밸브 유동 통로를 그의 대응하는 실린더 유동 통로로부터 유체 격리시키게 구성되도록 밸브 포켓 내에 위치된다.

몇몇 실시예에서, 장치는 실린더 헤드 및 밸브 부재를 포함한다. 실린더 헤드는 실린더 및 기체 매니폴드에 결합되도록 구성되고, 밸브 포켓을 형성하는 내부 표면을 갖는다. 밸브 부재는 밸브 부재가 밸브 부재의 종축을 따라 밸브 포켓 내에서 이동 가능하도록 밸브 포켓 내에 배치 가능하게 구성된다. 밸브 부재는 복수의 밸브 유동 통로를 형성하는 중심 부분을 갖는다. 중심 부분은 복수의 밀봉 부분을 갖고, 밀봉 부분들 중 적어도 하나는 각각의 밸브 유동 통로에 인접한다. 밀봉 부분은 예를 들어 중심 부분의 외측 표면 둘레에서 연속적으로 연장되는 밀봉 링일 수 있다. 장치는 제1 구성 및 제2 구성을 갖는다. 장치가 제1 구성에 있을 때, 각각의 유동 통로는 실린더 및 기체 매니폴드와 유체 연통한다. 장치가 제2 구성에 있을 때, 각각의 밀봉 부분은 각각의 밸브 유동 통로가 실린더로부터 유체 격리되도록 실린더 헤드의 내부 표면의 일부와 접촉하도록 구성된다.

몇몇 실시예에서, 장치는 실린더 헤드 및 밸브 부재를 포함한다. 실린더 헤드는 밸브 포켓을 형성하는 내부 표면, 복수의 기체 매니폴드 유동 통로, 및 복수의 실린더 유동 통로를 갖는다. 각각의 기체 매니폴드 유동 통로는 기체 매니폴드 및 밸브 포켓과 유체 연통한다. 각각의 실린더 유동 통로는 실린더 및 밸브 포켓과 유체 연통한다. 밸브 부재는 밸브 부재가 밸브 부재의 종축을 따라 밸브 포켓 내에서 왕복할 수 있도록 밸브 포켓 내에 배치 가능하게 구성된다. 밸브 부재는 복수의 밸브 유동 통로를 형성하는 테이퍼진 부분을 갖는다. 테이퍼진 부분은 복수의 밀봉 부분을 포함하고, 밀봉 부분들 중 적어도 하나는 각각의 밸브 유동 통로에 인접한다. 장치는 제1 구성 및 제2 구성을 갖는다. 장치가 제1 구성에 있을 때, 밸브 부재는 각각의 밸브 유동 통로가 대응하는 매니폴드 유동 통로 및 대응하는 실린더 유동 통로와 유체 연통하도록 밸브 포켓 내에 위치된다. 장치가 제2 구성에 있을 때, 밸브 부재는 각각의 유동 통로가 대응하는 기체 매니폴드 유동 통로 및 대응하는 실린더 유동 통로로부터 유체 격리되도록, 밀봉 부분이 실린더 헤드의 내부 표면의 일부와 접촉하도록 밸브 포켓 내에 위치된다.

몇몇 실시예에서, 방법은 내연 기관 엔진에 의해 형성된 제1 실린더를 연소 모드로 작동시키는 단계와, 내엔 기관 엔진에 의해 형성된 제2 실린더를 연소 모드 또는 펌핑 모드 중 하나로 선택적으로 작동시키는 단계를 포함한다. 제1 실린더가 연소 모드로 작동할 때, 공기가 흡기 매니폴드로부터 제1 실린더 내로 이송되고, 공기는 연료와 혼합되고, 연료 및 공기의 혼합기가 제1 실린더 내에서 연소된다. 제2 실린더가 연소 모드로 작동할 때, 공기가 흡기 매니폴드로부터 제2 실린더 내로 이송되고, 공기는 연료와 혼합되고, 연료 및 공기의 혼합기가 제2 실린더 내에서 연소된다. 제2 실린더가 펌핑 모드로 작동할 때, 공기가 흡기 매니폴드로부터 제2 실린더 내로 이송되고, 공기는 연료와 혼합되지 않으며 연소되지 않으면서 압축되고, 압축된 공기는 제2 실린더로부터 흡기 매니폴드 내로 이송된다.

몇몇 실시예에서, 제2 실린더를 펌핑 모드로 선택적으로 작동시키는 단계는 엔진이 제1 구성에 있을 때, 공기가 흡기 매니폴드로부터 제2 실린더 내로 유동하도록 허용하기 위해 제2 실린더와 관련된 흡기 밸브를 개방하는 단계를 포함한다. 그 다음 흡기 밸브는 내연 기관 엔진이 제2 구성에 있을 때, 제2 실린더를 흡기 매니폴드로부터 유체 격리시키기 위해 폐쇄된다. 그 다음 제2 실린더 내에 담긴 공기가 압축된다. 그 다음 흡기 밸브는 엔진이 제3 구성에 있을 때, 제2 실린더 내에 담긴 공기가 제2 실린더로부터 흡기 매니폴드 내로 유동하도록 허용하기 위해 두 번째로 개방된다. 그 다음 흡기 밸브는 엔진이 제4 구성에 있을 때, 흡기 매니폴드로부터 제2 실린더를 유체 격리시키기 위해 폐쇄된다.

몇몇 실시예에서, 프로세서 판독 가능 매체가 내연 기관 엔진이 제1 구성에 있을 때, 제1 기체가 흡기 매니폴드 및/또는 배기 매니폴드와 같은 기체 매니폴드로부터 실린더 내로 유동하도록 허용하기 위해 실린더와 관련된 밸브를 개방하는 코드를 포함한다. 그 다음 코드는 엔진이 제2 구성에 있을 때 실린더를 기체 매니폴드로부터 유체 격리시키기 위해 밸브를 폐쇄하도록 구성된다. 코드는 엔진이 제3 구성에 있을 때, 실린더 내에 담긴 제1 기체가 실린더로부터 기체 매니폴드 내로 유동하도록 허용하기 위해 밸브를 개방하도록 구성된다. 코드는 엔진이 제4 구성에 있을 때, 기체 매니폴드로부터 실린더를 유체 격리시키기 위해 밸브를 폐쇄하도록 구성된다.

몇몇 실시예에서, 장치는 실린더를 형성하는 엔진 블록, 실린더 헤드 및 제어기를 포함한다. 실린더 헤드는 실린더와 기체 매니폴드 사이의 기체의 유동을 제어하도록 구성된 전자 구동식 밸브 부재를 갖는다. 제어기는 전자 구동식 밸브와 통신하고, 엔진이 제1 구성에 있을 때, 제1 기체가 기체 매니폴드로부터 실린더 내로 유동하도록 허용하기 위해 밸브를 개방하고, 내연 기관 엔진이 제2 구성에 있을 때, 실린더를 기체 매니폴드로부터 유체 격리시키기 위해 밸브를 폐쇄하고, 엔진이 제3 구성에 있을 때, 실린더 내에 담긴 제2 기체가 실린더로부터 기체 매니폴드로 유동하도록 허용하기 위해 밸브를 개방하고, 엔진이 제4 구성에 있을 때, 실린더를 기체 매니폴드로부터 유체 격리시키기 위해 밸브를 폐쇄하도록, 구성된다.

몇몇 실시예에서, 방법은 실린더 헤드를 실린더 블록에 결합시키는 단계를 포함한다. 그 다음 밸브 부재가 밸브 부재의 제1 스템 부분이 액추에이터와 맞물리도록 실린더 헤드에 의해 형성된 밸브 포켓 내로 이동된다. 그 다음 편위 부재의 제1 부분이 밸브 부재의 제2 스템 부분에 대해 배치되고, 제2 스템 부분은 제1 스템 부분에 대향한다. 그 다음 단부 플레이트가 편위 부재의 제2 부분이 단부 플레이트와 맞물리도록 실린더 헤드에 결합된다.

몇몇 실시예에서, 방법은 실린더 헤드에 의해 형성된 밸브 포켓의 제1 개방부를 노출시키기 위해 실린더 헤드에 결합된 단부 플레이트를 이동시키는 단계를 포함한다. 그 다음 밸브 스프링이 밸브 포켓으로부터 제거된다. 그 다음 밸브 부재가 실린더 헤드를 엔진 블록으로부터 분리하지 않고서 밸브 포켓 내로부터 밸브 포켓의 제1 개방부를 통해 이동된다.

도1 및 도2는 각각 제1 구성 및 제2 구성의 본 발명의 일 실시예에 따른 실린더 헤드 조립체를 도시하는 개략도이다.
도3 및 도4는 각각 제1 구성 및 제2 구성의 본 발명의 일 실시예에 따른 실린더 헤드 조립체를 도시하는 개략도이다.
도5는 제1 구성의 본 발명의 일 실시예에 따른 실린더 헤드 조립체를 포함하는 엔진의 일부의 정단면도이다.
도6은 제2 구성의 도5에 도시된 실린더 헤드 조립체의 정단면도이다.
도7은 도5에서 "7"로 표시된 실린더 헤드 조립체의 부분의 정단면도이다.
도8은 도6에서 "8"로 표시된 실린더 헤드 조립체의 부분의 정단면도이다.
도9는 본 발명의 일 실시예에 따른 실린더 헤드 조립체의 일부의 평면도이다.
도10 및 도11은 각각 도5에 도시된 밸브 부재의 평면도 및 정면도이다.
도12는 선 12-12를 따라 취한 도11에 도시된 밸브 부재의 단면도이다.
도13은 도10 - 도12에 도시된 밸브 부재의 사시도이다.
도14는 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브 부재의 사시도이다.
도15 및 도16은 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브 부재의 평면도 및 정면도이다.
도17은 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브 부재의 사시도이다.
도18은 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브 부재의 사시도이다.
도19는 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브 부재의 사시도이다.
도20 및 도21은 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 실린더 헤드 조립체의 정단면도 및 측단면도이다.
도22는 본 발명의 일 실시예에 따른 실린더 헤드 조립체의 일부의 정단면도이다.
도23은 본 발명의 일 실시예에 따른 실린더 헤드 조립체의 정단면도이다.
도24 및 도25는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 실린더 헤드 조립체의 정단면도 및 측단면도이다.
도26은 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브 부재의 단면도이다.
도27은 하나의 치수에서 테이퍼진 부분을 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브 부재의 사시도이다.
도28은 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브 부재의 정면도이다.
도29 및 도30은 각각 제1 구성 및 제2 구성의 본 발명의 일 실시예에 따른 실린더 헤드 조립체의 일부의 정단면도이다.
도31은 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진의 일부의 평면도이다.
도32는 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진의 일부를 도시하는 개략도이다.
도33은 펌핑 보조 모드로 작동하는 도32에 도시된 엔진의 일부를 도시하는 개략도이다.
도34 - 도36은 각각 제1 모드 및 제2 모드로 작동하는 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진의 밸브 작용의 그래프이다.
도37은 도5에 도시된 실린더 헤드 조립체의 분해 사시도이다.
도38은 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진을 조립하는 방법을 도시하는 흐름도이다.
도39는 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진을 수리하는 방법을 도시하는 흐름도이다.

도1 및 도2는 각각 제1 및 제2 구성의 본 발명의 일 실시예에 따른 실린더 헤드 조립체(130)의 개략도이다. 실린더 헤드 조립체(130)는 실린더 헤드(132) 및 밸브 부재(160)를 포함한다. 실린더 헤드(132)는 종축(Lp)을 갖는 밸브 포켓(138)을 형성하는 내부 표면(134)을 갖는다. 밸브 부재(160)는 2개의 유동 통로(168)를 형성하며 종축(Lv)을 갖는 테이퍼진 부분(162)을 갖는다. 테이퍼진 부분(162)은 2개의 밀봉 부분(172)을 포함하고, 각각의 밀봉 부분은 유동 통로(186)들 중 하나에 인접하여 배치된다. 테이퍼진 부분(162)은 제1 측표면(164) 및 제2 측표면(165)을 포함한다. 테이퍼진 부분(162)의 제2 측표면(165)은 테이퍼 각도(Θ)만큼 종축(Lv)으로부터 각도가 오프셋되어, 테이퍼진 부분(162)의 테이퍼를 생성한다. 제1 측표면(164)이 종축(Lv)에 대해 실질적으로 평행하여, 비대칭의 테이퍼진 부분(162)을 생성하는 것으로 도시되어 있지만, 몇몇 실시예에서, 제1 측표면(164)은 테이퍼진 부분(162)이 종축(Lv)에 대해 대칭이 되도록 각도가 오프셋된다. 테이퍼진 부분(162)이 테이퍼 각도(Θ)를 형성하는 선형 테이퍼를 포함하는 것으로 도시되어 있지만, 몇몇 실시예에서, 테이퍼진 부분(162)은 비선형 테이퍼를 포함할 수 있다.

밸브 부재(160)는 밸브 부재(160)의 테이퍼진 부분(162)이 밸브 포켓(138) 내에서 테이퍼진 부분(162)의 종축(Lv)을 따라 이동될 수 있도록 밸브 포켓(138) 내에 왕복 가능하게 배치된다. 사용 시에, 실린더 헤드 조립체(130)는 제1 구성(도1) 및 제2 구성(도2)으로 위치될 수 있다. 도1에 도시된 바와 같이, 제1 구성에 있을 때, 밸브 부재(160)는 각각의 유동 통로(168)가 실린더 헤드(132) 외부의 영역(137)과 유체 연통하도록 밀봉 부분(172)이 실린더 헤드(132)의 내부 표면(134)으로부터 떨어져서 배치되는 제1 위치에 있다. 도2에 도시된 바와 같이, 실린더 헤드 조립체(132)는 A로 표시된 화살표에 의해 표시된 방향으로 밸브 부재(160)를 종축(Lv)을 따라 내측으로 이동시킴으로써 제2 구성으로 위치된다. 제2 구성에 있을 때, 밀봉 부분(172)은 각각의 유동 통로(168)가 실린더 헤드(132) 외부의 영역(137)으로부터 유체 격리되도록 실린더 헤드(132)의 내부 표면(134)의 일부와 접촉한다.

전체 밸브 부재(160)가 테이퍼지는 것으로 도시되어 있지만, 몇몇 실시예에서, 밸브 부재의 일부만이 테이퍼진다. 예를 들어, 본원에서 설명될 바와 같이, 몇몇 실시예에서, 밸브 부재는 하나 이상의 테이퍼지지 않은 부분을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 밸브 부재는 복수의 테이퍼진 부분을 포함할 수 있다.

유동 통로(168)가 밸브 부재(160)의 종축(Lv)에 대해 실질적으로 수직인 것으로 도시되어 있지만, 몇몇 실시예에서, 유동 통로(168)는 종축(Lv)으로부터 각도가 오프셋될 수 있다. 또한, 몇몇 실시예에서, 밸브 부재(160)의 종축(Lv)은 밸브 포켓(138)의 종축(Lp)과 일치할 필요는 없다. 예를 들어, 몇몇 실시예에서, 밸브 부재의 종축은 밸브 포켓의 종축으로부터 오프셋되어 평행할 수 있다. 다른 실시예에서, 밸브의 종축은 밸브 포켓의 종축에 대해 각도를 이루어 배치될 수 있다.

도시된 바와 같이, 테이퍼진 부분(162)의 종축(Lv)은 밸브 부재의 종축과 일치한다. 따라서, 명세서 전반에 걸쳐, 테이퍼진 부분의 종축은 밸브 부재의 종축으로서 지칭될 수 있고 그 반대도 가능하다. 그러나, 몇몇 실시예에서, 테이퍼진 부분의 종축은 밸브 부재의 종축으로부터 오프셋될 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예에서, 아래에서 설명되는 바와 같은 제1 스템 부분 및/또는 제2 스템 부분은 밸브 부재의 종축이 테이퍼진 부분의 종축으로부터 오프셋되도록, 테이퍼진 부분으로부터 각도가 오프셋될 수 있다.

실린더 헤드 조립체(130)가 유동 통로(168)가 실린더 헤드(132) 외부의 영역(137)과 유체 연통하는 제1 구성 (즉, 개방 구성) 및 유동 통로(168)가 실린더 헤드(132) 외부의 영역(137)으로부터 유체 격리되는 제2 구성 (즉, 폐쇄 구성)을 갖는 것으로 도시되어 있지만, 몇몇 실시예에서, 제1 구성이 폐쇄 구성일 수 있고, 제2 구성이 개방 구성일 수 있다. 다른 실시예에서, 실린더 헤드 조립체(130)는 2개를 초과하는 구성을 가질 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예에서, 실린더 헤드 조립체는 예를 들어 부분 개방 구성 및 완전 개방 구성과 같은 복수의 개방 구성을 가질 수 있다.

도3 및 도4는 각각 제1 및 제2 구성의 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진(200)의 일부의 개략도이다. 엔진(200)은 실린더 헤드 조립체(230), 실린더(203), 및 기체 매니폴드(210)를 포함한다. 실린더(203)는 실린더 헤드 조립체(230)의 제1 표면(235)에 결합되고, 예를 들어 (도시되지 않은) 엔진 블록에 의해 형성된 연소 실린더일 수 있다. 기체 매니폴드(210)는 실린더 헤드 조립체(230)의 제2 표면(236)에 결합되고, 예를 들어 흡기 매니폴드 또는 배기 매니폴드일 수 있다. 제1 표면(235) 및 제2 표면(236)이 서로로부터 실린더 헤드(232)의 대향 측면들 상에서 평행하게 배치되는 것으로 도시되어 있지만, 다른 실시예에서, 제1 표면 및 제2 표면은 서로 인접할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 기체 매니폴드 및 실린더는 실린더 헤드의 동일 표면에 결합될 수 있다.

실린더 헤드 조립체(230)는 실린더 헤드(232) 및 밸브 부재(260)를 포함한다. 실린더 헤드(232)는 종축(Lp)을 갖는 밸브 포켓(238)을 형성하는 내부 표면(234)을 갖는다. 실린더 헤드(232)는 또한 2개의 실린더 유동 통로(248) 및 2개의 기체 매니폴드 유동 통로(244)를 형성한다. 각각의 실린더 유동 통로(248)는 실린더(203) 및 밸브 포켓(238)과 유체 연통한다. 유사하게, 각각의 기체 매니폴드 유동 통로(244)는 기체 매니폴드(210) 및 밸브 포켓(238)과 유체 연통한다. 각각의 실린더 유동 통로(248)가 다른 실린더 유동 통로(248)로부터 유체 격리되는 것으로 도시되어 있지만, 다른 실시예에서, 실린더 유동 통로(248)들은 서로 유체 연통할 수 있다. 유사하게, 각각의 기체 매니폴드 유동 통로(244)가 다른 기체 매니폴드 유동 통로(244)로부터 유체 격리되는 것으로 도시되어 있지만, 다른 실시예에서, 기체 매니폴드 유동 통로(244)들은 서로 유체 연통할 수 있다.

밸브 부재(260)는 종축(Lv) 및 종축(Lv)에 대한 테이퍼 각도(Θ)를 갖는 테이퍼진 부분(262)을 갖는다. 테이퍼진 부분(262)은 2개의 유동 통로(268)를 형성하고, 2개의 밀봉 부분(272)을 포함하고, 각각의 밀봉 부분은 유동 통로(268)들 중 하나에 인접하여 배치된다. 테이퍼진 부분은 하나의 치수에서의 비대칭 테이퍼인 것으로 도시되어 있지만, 몇몇 실시예에서, 종축(Lv)에 대해 대칭으로 테이퍼질 수 있다. 다른 실시예에서, 본원에서 상세하게 설명되는 바와 같이, 테이퍼진 부분은 종축(Lv)에 대해 2개의 치수에서 테이퍼질 수 있다.

밸브 부재(260)는 밸브 부재(260)의 테이퍼진 부분(262)이 밸브 포켓(238) 내에서 그의 종축(Lv)을 따라 이동될 수 있도록 밸브 포켓(238) 내에 배치된다. 사용 시에, 엔진(200)은 제1 구성(도3) 및 제2 구성(도4)으로 위치될 수 있다. 도3에 도시된 바와 같이, 제1 구성에 있을 때, 밸브 부재(260)는 각각의 유동 통로(268)가 실린더 유동 통로(248)들 중 하나 및 기체 매니폴드 유동 통로(244)들 중 하나와 유체 연통하는 제1 위치에 있다. 이러한 방식으로, 기체 매니폴드(210)는 실린더(203)와 유체 연통한다. 유동 통로(268)가 엔진이 제1 구성에 있을 때 실린더 유동 통로(248) 및 기체 매니폴드 유동 통로(244)와 정렬되는 것으로 도시되어 있지만, 다른 실시예에서, 유동 통로(268)는 직접 정렬될 필요는 없다. 바꾸어 말하면, 유동 통로(268, 248, 24)들은 엔진(200)이 제1 구성에 있을 때 오프셋될 수 있지만, 기체 매니폴드(210)는 여전히 실린더(203)와 유체 연통한다.

도4에 도시된 바와 같이, 엔진(200)이 제2 구성에 있을 때, 밸브 부재(260)는 B로 표시된 화살표에 의해 표시된 방향으로 제1 위치로부터 축방향으로 오프셋된 제2 위치에 있다. 제2 구성에서, 밀봉 부분(272)은 각각의 유동 통로(268)가 실린더 유동 통로(248)로부터 유체 격리되도록 실린더 헤드(232)의 내부 표면(234)의 일부와 접촉한다. 이러한 방식으로, 실린더(203)는 기체 매니폴드(210)로부터 유체 격리된다.

도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 구성의 실린더 헤드 조립체(330)를 포함하는 엔진(300)의 일부의 정단면도이다. 도6은 제2 구성의 실린더 헤드 조립체(330)의 정단면도이다. 엔진(300)은 엔진 블록(302) 및 엔진 블록(302)에 결합된 실린더 헤드 조립체(330)를 포함한다. 엔진 블록(302)은 종축(Lc)을 갖는 실린더(303)를 형성한다. 피스톤(304)이 실린더(303)의 종축(Lc)을 따라 왕복할 수 있도록 실린더(303) 내에 배치된다. 피스톤(304)은 피스톤이 실린더(303) 내에서 왕복할 때, 크랭크축(308)이 (도시되지 않은) 그의 종축에 대해 회전되도록, 커넥팅 로드(306)에 의해 오프셋 반경부(307, offset throw)를 갖는 크랭크축(308)에 결합된다. 이러한 방식으로, 피스톤(304)의 왕복 운동은 회전 운동으로 변환될 수 있다.

실린더 헤드 조립체(330)의 제1 표면(335)은 제1 표면(335)의 일부가 실린더(303)의 상부를 덮어서 연소실(309)을 형성하도록 엔진 블록(302)에 결합된다. 실린더(303)를 덮는 제1 표면(335)의 부분이 만곡되며 피스톤의 상부 표면으로부터 각도가 오프셋되는 것으로 도시되어 있지만, 몇몇 실시예에서, 실린더 헤드 조립체(330)가 연소실 내로 돌출하는 밸브를 포함하지 않기 때문에, 연소실의 일부를 형성하는 실린더 헤드 조립체의 표면은 임의의 적합한 기하학적 설계를 가질 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예에서, 연소실의 일부를 형성하는 실린더 헤드 조립체의 표면은 편평하며 피스톤의 상부 표면에 대해 평행할 수 있다. 다른 실시예에서, 연소실의 일부를 형성하는 실린더 헤드 조립체의 표면은 반구형 연소실, 펜트루프형(pent-roof) 연소실 등을 형성하도록 만곡될 수 있다.

내부 영역(312)을 형성하는 기체 매니폴드(310)는 기체 매니폴드(310)의 내부 영역(312)이 제2 표면(336)의 일부와 유체 연통하도록 실린더 헤드 조립체(330)의 제2 표면(336)에 결합된다. 본원에서 상세하게 설명되는 바와 같이, 이러한 배열은 예를 들어 공기 또는 연소 부산물과 같은 기체가 실린더 헤드 조립체(330) 및 기체 매니폴드(310)를 거쳐 실린더(303) 내로 또는 그의 외부로 운반되도록 허용한다. 엔진은 단일 기체 매니폴드(310)를 포함하는 것으로 도시되어 있지만, 몇몇 실시예에서, 둘 이상의 기체 매니폴드를 포함할 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예에서, 엔진은 실린더 헤드로 공기 및/또는 공기-연료 혼합기를 공급하도록 구성된 흡기 매니폴드 및 실린더로부터 배기 가스를 운반하도록 구성된 배기 매니폴드를 포함할 수 있다.

또한, 도시된 바와 같이, 몇몇 실시예에서, 제1 표면(335)은 실린더(303) 내로의 그리고/또는 그의 외부로의 기체의 유동이 실질적인 직선을 따라 발생할 수 있도록 제2 표면(336)에 대향할 수 있다. 그러한 배열에서, (도시되지 않은) 연료 분사기가 실린더 유동 통로(348) 바로 위에서 (도시되지 않은) 흡기 매니폴드 내에 배치될 수 있다. 이러한 방식으로, 분사된 연료는 일련의 구부러짐을 받지 않고서 실린더(303) 내로 이송될 수 있다. 연료 경로를 따라 구부러짐을 제거하는 것은 연료 충돌 및/또는 벽 습윤을 감소시켜서, 예를 들어 개선된 전이 응답과 같은 더욱 효율적인 엔진 성능으로 이어질 수 있다.

실린더 헤드 조립체(330)는 실린더 헤드(332) 및 밸브 부재(360)를 포함한다. 실린더 헤드(332)는 종축(Lp)을 갖는 밸브 포켓(338)을 형성하는 내부 표면(334)을 갖는다. 실린더 헤드(332)는 또한 4개의 실린더 유동 통로(348) 및 4개의 기체 매니폴드 유동 통로(344)를 형성한다. 각각의 실린더 유동 통로(348)는 실린더 헤드(332)의 제1 표면(335)에 인접하고, 실린더(303) 및 밸브 포켓(338)과 유체 연통한다. 유사하게, 각각의 기체 매니폴드 유동 통로(344)는 실린더 헤드(332)의 제2 표면(336)에 인접하고, 기체 매니폴드(310) 및 밸브 포켓(338)과 유체 연통한다. 각각의 실린더 유동 통로(348)는 대응하는 기체 매니폴드 유동 통로(344)와 정렬된다. 이러한 배열에서, 실린더 헤드 조립체(330)가 제1 (또는 개방) 구성(예를 들어, 도5 및 도7 참조)에 있을 때, 기체 매니폴드(310)는 실린더(303)와 유체 연통한다. 역으로, 실린더 헤드 조립체(330)가 제2 (또는 폐쇄) 구성(예를 들어, 도6 및 도8 참조)에 있을 때, 기체 매니폴드(310)는 실린더(303)로부터 유체 격리된다.

밸브 부재(360)는 테이퍼진 부분(362), 제1 스템 부분(376) 및 제2 스템 부분(377)을 갖는다. 제1 스템 부분(376)은 밸브 부재(360)의 테이퍼진 부분(362)의 일 단부에 결합되고, 캠축(314)의 밸브 로브(315)와 맞물리도록 구성된다. 제2 스템 부분(377)은 제1 스템 부분(376)으로부터 대향한 테이퍼진 부분(362)의 단부에 결합되고, 스프링(318)과 맞물리도록 구성된다. 스프링(318)의 일부는 제2 스템 부분(377)에 대해 스프링(318)을 압축하여 밸브 부재(360)를 도6의 화살표(D)에 의해 표시된 방향으로 편위시키도록 실린더 헤드(332)에 제거 가능하게 결합된 단부 플레이트(323) 내에 수납된다.

밸브 부재(360)의 테이퍼진 부분(362)은 그를 통해 4개의 유동 통로(368)를 형성한다. 테이퍼진 부분은 8개의 밀봉 부분(372: 예를 들어, 도10, 도11 및 도13 참조)을 포함하고, 각각의 밀봉 부분은 유동 통로(368)들 중 하나에 인접하여 배치되고 테이퍼진 부분(362)의 외측 표면(363)의 주연부 둘레에서 연속적으로 연장된다. 밸브 부재(360)는 밸브 부재(360)의 테이퍼진 부분(362)이 밸브 포켓(338) 내에서 밸브 부재(360)의 종축(Lv)을 따라 이동될 수 있도록 밸브 포켓(338) 내에 배치된다. 몇몇 실시예에서, 밸브 포켓(338)은 밸브 포켓(338) 내에서의 밸브 부재(360)의 이동 범위를 제한하기 위해 밸브 부재(360) 상의 대응하는 표면(380)과 맞물리도록 구성된 표면(352)을 포함한다.

사용 시에, 캠축(314)이 회전되어 밸브 로브(315)의 편심 부분이 밸브 부재(360)의 제1 스템(376)과 접촉할 때, 밸브 로브(315)에 의해 밸브 부재(360) 상에 가해지는 힘은 스프링(318)에 의해 밸브 부재(360) 상에 가해지는 힘을 극복하기에 충분하다. 따라서, 도5에 도시된 바와 같이, 밸브 부재(360)는 화살표(C)의 방향으로 밸브 포켓(338) 내에서 그의 종축(Lv)을 따라 제1 위치로 이동되어, 실린더 헤드 조립체(330)를 개방 구성으로 위치시킨다. 개방 구성에 있을 때, 밸브 부재(360)는 각각의 유동 통로(368)가 실린더 유동 통로(348)들 중 하나 및 기체 매니폴드 유동 통로(344)들 중 하나와 정렬되어 유체 연통하도록 밸브 포켓(338) 내에 위치된다. 이러한 방식으로, 기체 매니폴드(310)는 도7의 E로 표시된 화살표에 의해 표시된 유동 경로를 따라, 실린더(303)와 유체 연통한다.

캠축(314)이 회전되어 캠축 로브(315)의 편심 부분이 밸브 부재(360)의 제1 스템(376)과 접촉하지 않을 때, 스프링(318)에 의해 가해지는 힘은 화살표(D)의 방향으로 밸브 부재(360)를 제1 위치로부터 축방향으로 오프셋된 제2 위치로 이동시켜서, 실린더 헤드 조립체(330)를 폐쇄 구성(도6 참조)으로 위치시키기에 충분하다. 폐쇄 구성에 있을 때, 각각의 유동 통로(368)는 대응하는 실린더 유동 통로(348) 및 기체 매니폴드 유동 통로(344)로부터 오프셋된다. 또한, 도8에 도시된 바와 같이, 폐쇄 구성에 있을 때, 각각의 밀봉 부분(372)은 각각의 유동 통로(368)가 실린더 유동 통로(348)로부터 유체 격리되도록 실린더 헤드(332)의 내부 표면(334)의 일부와 접촉한다. 이러한 방식으로, 실린더(303)는 기체 매니폴드(310)로부터 유체 격리된다.

실린더 헤드 조립체(330)가 폐쇄 구성에 있을 때 유동 통로(368)를 실린더 유동 통로(348)로부터 유체 격리시키도록 구성되는 것으로 설명되어 있지만, 몇몇 실시예에서, 밀봉 부분(372)은 각각의 유동 통로(368)가 실린더 헤드 유동 통로(348) 및 기체 매니폴드 유동 통로(344)로부터 유체 격리되도록 실린더 헤드(332)의 내부 표면(334)의 일부와 접촉하도록 구성될 수 있다. 다른 실시예에서, 밀봉 부분(372)은 각각의 유동 통로(368)가 기체 매니폴드 유동 통로(344)로부터만 유체 격리되도록 실린더 헤드(332)의 내부 표면(334)의 일부와 접촉하도록 구성될 수 있다.

각각의 실린더 유동 통로(348)가 다른 실린더 유동 통로(348)로부터 유체 격리되는 것으로 도시되어 있지만, 몇몇 실시예에서, 실린더 유동 통로(348)들은 서로 유체 연통할 수 있다. 유사하게, 각각의 기체 매니폴드 유동 통로(344)가 다른 기체 매니폴드 유동 통로(344)로부터 유체 격리되는 것으로 도시되어 있지만, 다른 실시예에서, 기체 매니폴드 유동 통로(344)들은 서로 유체 연통할 수 있다.

실린더(303)의 종축(Lc)이 밸브 포켓(338)의 종축(Lp) 및 밸브(360)의 종축(Lv)에 대해 실질적으로 수직인 것으로 도시되어 있지만, 몇몇 실시예에서, 실린더의 종축은 밸브 포켓의 종축 및/또는 밸브 부재의 종축으로부터 90° 이외의 각도만큼 오프셋될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 실린더의 종축은 밸브 포켓의 종축 및/또는 밸브 부재의 종축에 대해 실질적으로 평행할 수 있다. 유사하게, 위에서 설명된 바와 같이, 밸브 부재(360)의 종축(Lv)은 밸브 포켓(338)의 종축(Lp)과 일치하거나 그에 대해 평행할 필요는 없다.

몇몇 실시예에서, 캠축(314)은 실린더 헤드(332)의 일부 내에 배치된다. 단부 플레이트(322)가 조립, 수리 및/또는 조정을 위해 캠축(314) 및 제1 스템 부분(376)에 대한 접근을 허용하도록 실린더 헤드(332)에 제거 가능하게 결합된다. 다른 실시예에서, 캠축은 실린더 헤드에 제거 가능하게 결합되는 (도시되지 않은) 분리된 캠 박스 내에 배치된다. 유사하게, 단부 플레이트(323)는 조립, 수리, 교체 및/또는 조정을 위해 스프링(318) 및/또는 밸브 부재(360)에 대한 접근을 허용하도록 실린더 헤드(332)에 제거 가능하게 결합된다.

몇몇 실시예에서, 스프링(318)은 밸브 부재(360) 상에 힘을 가하여, 실린더 헤드 조립체(330)가 폐쇄 구성에 있을 때 밀봉 부분(372)이 내부 표면(334)과 접촉 유지되게 보장하도록 구성된 코일 스프링이다. 스프링(318)은 예를 들어 스테인리스 강 스프링 와이어와 같은 임의의 적합한 재료로부터 구성될 수 있고, 적합한 편위력을 생성하도록 제조될 수 있다. 그러나, 몇몇 실시예에서, 실린더 헤드 조립체는 실린더 헤드 조립체(330)가 폐쇄 구성에 있을 때 밀봉 부분(372)이 내부 표면(334)과 접촉 유지되도록 보장하기 위한 임의의 적합한 편위 부재를 포함할 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예에서, 실린더 헤드 조립체는 외팔보 스프링, 벨빌(Belleville) 스프링, 판스프링 등을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 실린더 헤드 조립체는 밸브 부재 상에 편위력을 가하도록 구성된 탄성 부재를 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 실린더 헤드 조립체는 밸브 부재 상에 편위력을 가하도록 구성된, 공압식 액추에이터, 유압식 액추에이터, 전자식 액추에이터 등과 같은 액추에이터를 포함할 수 있다.

제1 스템 부분(376)이 캠축(314)의 밸브 로브(315)와 직접 접촉하는 것으로 도시되고 설명되어 있지만, 몇몇 실시예에서, 엔진 및/또는 실린더 헤드 조립체는 캠축과 제1 스템 부분 사이에 배치된 예를 들어 조정 가능한 태핏과 같은 소정의 밸브 래시 설정을 유지하도록 구성된 부재를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 엔진 및/또는 실린더 헤드 조립체는 밸브 부재가 캠축과 상시 접촉하도록 보장하기 위해 캠축과 제1 스템 부분 사이에 배치된 유압식 상승기를 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 엔진 및/또는 실린더 헤드 조립체는 제1 스템 부분 사이에 배치된 예를 들어 롤러 종동자와 같은 종동자 부재를 포함할 수 있다. 유사하게, 몇몇 실시예에서, 엔진은 스프링에 인접하여 배치된 하나 이상의 부품을 포함할 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예에서, 제2 스템 부분은 예를 들어 포켓, 클립 등과 같은 스프링 리테이너를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 밸브 회전자가 스프링에 인접하여 배치될 수 있다.

실린더 헤드(332)가 엔진 블록(302)에 결합된 분리된 부품인 것으로 도시되고 설명되어 있지만, 몇몇 실시예에서, 실린더 헤드(332) 및 엔진 블록(302)은 단일체로 제조되어, 실린더 헤드 개스킷 및 실린더 헤드 장착 볼트에 대한 필요를 제거할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 예를 들어, 엔진 블록 및 실린더 헤드는 단일 주형을 사용하여 주조되고 이후에 실린더, 밸브 포켓 등을 포함하도록 가공될 수 있다. 또한, 위에서 설명된 바와 같이, 밸브 부재는 단부 플레이트를 제거함으로써 설치 및/또는 정비될 수 있다.

엔진(300)이 단일 실린더를 포함하는 것으로 도시되고 설명되어 있지만, 몇몇 실시예에서, 엔진은 임의의 개수의 실린더를 임의의 배열로 포함할 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예에서, 엔진은 임의의 개수의 실린더를 직렬식 배열로 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 임의의 개수의 실린더가 V형 구성, 대향 구성 또는 방사상 구성으로 배열될 수 있다.

유사하게, 엔진(300)은 임의의 적합한 열역학 사이클을 채용할 수 있다. 그러한 엔진 유형은 예를 들어 디젤 엔진, 스파크 점화 엔진, 예혼합 압축 착화(HCC) 엔진, 2-행정 엔진 및/또는 4-행정 엔진을 포함할 수 있다. 또한, 엔진(300)은 예를 들어 다중 포트 연료 분사, 실린더 내로의 직분사, 기화 등과 같은 임의의 적합한 유형의 연료 분사 시스템을 포함할 수 있다.

실린더 헤드 조립체(330)가 장착 구멍, 점화 플러그 등이 없는 것으로 도시되고 설명되어 있지만, 몇몇 실시예에서, 실린더 헤드 조립체는 장착 구멍, 점화 플러그, 냉각 통로, 오일공 등을 포함한다.

실린더 헤드 조립체(330)가 단일 밸브(360) 및 단일 기체 매니폴드(310)와 관련하여 위에서 도시되고 설명되어 있지만, 몇몇 실시예에서, 실린더 헤드 조립체는 복수의 밸브 및 기체 매니폴드를 포함한다. 예를 들어, 도9는 흡기 밸브 부재(360I) 및 배기 밸브 부재(360E)를 포함하는 실린더 헤드 조립체(330)의 평면도를 도시한다. 도시된 바와 같이, 실린더 헤드(332)는 흡기 밸브 부재(360I)가 배치되는 흡기 밸브 포켓(338I) 및 배기 밸브 부재(360E)가 배치되는 배기 밸브 포켓(338E)을 형성한다. 위에서 설명된 배열과 유사하게, 실린더 헤드(332)는 또한 4개의 흡기 매니폴드 유동 통로(344I), 4개의 배기 매니폴드 유동 통로(344E) 및 (도9에 도시되지 않은) 대응하는 실린더 유동 통로를 형성한다. 각각의 흡기 매니폴드 유동 통로(344I)는 실린더 헤드(332)의 제2 표면(336)에 인접하고, (도시되지 않은) 흡기 매니폴드 및 흡기 밸브 포켓(338I)과 유체 연통한다. 유사하게, 각각의 배기 매니폴드 유동 통로(344E)는 실린더 헤드(332)의 제2 표면(336)에 인접하고, (도시되지 않은) 배기 매니폴드 및 배기 밸브 포켓(338E)과 유체 연통한다.

흡기 밸브 부재(360I) 및 배기 밸브 부재(360E)의 작동은 각각이 제1 (또는 개방) 위치 및 제2 (또는 폐쇄) 위치를 갖는 점에서 위에서 설명된 밸브 부재(360)의 작동과 유사하다. 도9에서, 흡기 밸브 부재(360I)는 흡기 밸브 부재(360I)의 테이퍼진 부분(362I)에 의해 형성된 각각의 유동 통로(368I)가 그의 대응하는 흡기 매니폴드 유동 통로(344I) 및 (도시되지 않은) 실린더 유동 통로와 정렬되는 개방 위치에서 도시되어 있다. 이러한 방식으로, (도시되지 않은) 흡기 매니폴드는 실린더(303)와 유체 연통하여, 장입 공기가 흡기 매니폴드로부터 실린더(303) 내로 이송되도록 허용한다. 역으로, 배기 밸브 부재(360E)는 배기 밸브 부재(360E)의 테이퍼진 부분(362E)에 의해 형성된 각각의 유동 통로(368E)가 그의 대응하는 배기 매니폴드 유동 통로(344E) 및 (도시되지 않은) 실린더 유동 통로로부터 오프셋되는 폐쇄 위치에서 도시되어 있다. 또한, 배기 밸브 부재(360E)에 의해 형성된 (도9에 도시되지 않은) 각각의 밀봉 부분은 각각의 유동 통로(368E)가 (도시되지 않은) 실린더 유동 통로로부터 유체 격리되도록 배기 밸브 포켓(338E)의 내부 표면의 일부와 접촉한다. 이러한 방식으로, 실린더(303)는 (도시되지 않은) 배기 매니폴드로부터 유체 격리된다.

실린더 헤드 조립체(330)는 밸브 부재들이 그들 각각의 제1 및 제2 위치들 사이에서 이동할 때, 밸브 부재(360I, 360E)의 위치들의 다양한 조합에 대응하는 많은 상이한 구성을 가질 수 있다. 하나의 가능한 구성은 도9에 도시된 바와 같이, 흡기 밸브 부재(360I)가 개방 위치에 있고 배기 밸브 부재(360E)가 폐쇄 위치에 있는 흡기 구성을 포함한다. 다른 가능한 구성은 양 밸브들이 그들의 폐쇄 위치에 있는 연소 구성을 포함한다. 또 다른 가능한 구성은 흡기 밸브 부재(360I)가 폐쇄 위치에 있고 배기 밸브 부재(360E)가 개방 위치에 있는 배기 구성을 포함한다. 또 다른 가능한 구성은 양 밸브들이 그들의 개방 위치에 있는 중첩 구성이다.

위에서 설명된 작동과 유사하게, 흡기 밸브 부재(360I) 및 배기 밸브 부재(360E)는 흡기 밸브 로브(315I) 및 배기 밸브 로브(315E)를 포함하는 캠축(314)에 의해 이동된다. 도시된 바와 같이, 흡기 밸브 부재(360I) 및 배기 밸브 부재(360E)는 각각 스프링(318I, 318E)에 의해 폐쇄 위치로 각각 편위된다. 흡기 밸브 로브(315I) 및 배기 밸브 로브(315E)가 단일 캠축(314) 상에 배치되는 것으로 도시되어 있지만, 몇몇 실시예에서, 엔진은 흡기 및 배기 밸브 부재들을 이동시키기 위한 분리된 캠축들을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 본원에서 설명되는 바와 같이, 흡기 밸브 부재(360I) 및/또는 배기 밸브 부재(360E)는 예를 들어 전자식 솔레노이드, 스텝 모터, 유압식 액추에이터, 공압식 액추에이터, 압전식 액추에이터 등과 같은 적합한 수단에 의해 이동될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 흡기 밸브 부재(360I) 및/또는 배기 밸브 부재(360E)는 스프링에 의해 폐쇄 위치에 유지되지 않고, 오히려 밸브를 이동시키기 위한 위에서 설명된 것과 유사한 메커니즘을 포함한다. 예를 들어, 몇몇 실시예에서, 밸브 부재의 제1 스템이 캠축 밸브 로브와 맞물릴 수 있고, 밸브 부재의 제2 스템이 밸브 부재를 편위시키도록 구성된 솔레노이드와 맞물릴 수 있다.

도10 내지 도13은 각각 밸브 부재(360)의 평면도, 정면도, 측단면도 및 사시도를 도시한다. 위에서 설명된 바와 같이, 밸브 부재는 테이퍼진 부분(362), 제1 스템 부분(376) 및 제2 스템 부분(377)을 갖는다. 밸브 부재(360)의 테이퍼진 부분(362)은 4개의 유동 통로(368)를 형성한다. 각각의 유동 통로(368)는 테이퍼진 부분(362)을 통해 연장되고, 제1 개방부(369) 및 제2 개방부(370)를 포함한다. 도시된 실시예에서, 유동 통로(368)들은 테이퍼진 부분(362)의 종축(Lv)을 따라 거리(S)만큼 이격된다. 거리(S)는 테이퍼진 부분(362)이 제1 (개방) 구성으로부터 제2 (폐쇄) 구성으로 전이할 때 밸브 포켓(338) 내에서 이동하는 거리에 대응한다. 따라서, 밸브 부재의 이동 (또는 행정)은 유동 통로(368)들을 서로 더 가깝게 이격시킴으로써 감소될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 거리(S)는 2.3 mm 내지 4.2 mm (0.090 인치 내지 0.166 인치) 사이일 수 있다. 다른 실시예에서, 거리(S)는 2.3 mm(0.090 인치) 미만이거나 4.2 mm(0.166 인치) 초과일 수 있다. 일정한 간격(S)을 갖는 것으로 도시되어 있지만, 몇몇 실시예에서, 유동 통로들은 상이한 거리에 의해 각각 분리된다. 본원에서 상세하게 설명되는 바와 같이, 밸브 부재의 행정을 감소시키는 것은 예를 들어 감소된 기생 손실, 더 약한 밸브 스프링 사용의 허용 등과 같은 엔진 성능의 여러 개선을 생성할 수 있다.

테이퍼진 부분(362)이 길고 좁은 형상을 갖는 4개의 유동 통로를 형성하는 것으로 도시되어 있지만, 몇몇 실시예에서, 밸브 부재는 임의의 적합한 형상 및 크기를 갖는 임의의 개수의 유동 통로를 형성할 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예에서, 밸브 부재는 4개의 더 큰 유동 통로를 갖는 밸브 부재와 대체로 동일한 (유동 통로의 종축(Lf)에 대해 수직인 평면을 따라 취한) 누적 유동 면적을 갖도록 구성된 8개의 유동 통로를 포함할 수 있다. 그러한 실시예에서, 유동 통로들은 "8-통로 밸브 부재"의 유동 통로들 사이의 간격이 "4-통로 밸브 부재"의 유동 통로들 사이의 간격의 대략 절반이 되도록 배열될 수 있다. 이와 같이, "8-통로 밸브 부재"의 행정은 "4-통로 밸브 부재"의 대략 절반이 되어, 밸브 부재가 대략 절반의 거리만을 이동하도록 요구하면서 실질적으로 동일한 유동 면적을 제공하는 배열을 생성한다.

각각의 유동 통로(368)는 다른 유동 통로(368)와 동일한 형상 및/또는 크기를 가질 필요는 없다. 오히려, 도시된 바와 같이, 유동 통로들의 크기는 밸브 부재(360)의 테이퍼진 부분(362)의 테이퍼에 따라 감소할 수 있다. 이러한 방식으로, 밸브 부재(360)는 누적 유동 면적을 최대화하여, 더욱 효율적인 엔진 작동을 생성할 수 있다. 또한, 몇몇 실시예에서, 유동 통로(368)의 형상 및/또는 크기는 종축(Lf)을 따라 변할 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예에서, 유동 통로는 종축(Lf)을 따른 내향 모따기부 또는 테이퍼부를 가질 수 있다.

유사하게, 각각의 매니폴드 유동 통로(344) 및 각각의 실린더 유동 통로(348)는 각각 다른 매니폴드 유동 통로(344) 및 각각의 실린더 유동 통로(348)와 동일한 형상 및/또는 크기를 가질 필요는 없다. 또한, 몇몇 실시예에서, 매니폴드 유동 통로(344) 및/또는 실린더 유동 통로(348)의 형상 및/또는 크기는 그들 각각의 종축을 따라 변할 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예에서, 매니폴드 유동 통로는 그의 종축을 따른 내향 모따기부 또는 테이퍼부를 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 실린더 유동 통로는 그의 종축을 따른 내향 모따기부 또는 테이퍼부를 가질 수 있다.

유동 통로(368)의 종축(Lf)이 도12에서 밸브 부재(360)의 종축(Lv)에 대해 실질적으로 수직인 것으로 도시되어 있지만, 몇몇 실시예에서, 유동 통로(368)의 종축(Lf)은 90° 이외의 각도만큼 밸브 부재(360)의 종축(Lv)으로부터 각도가 오프셋될 수 있다. 또한, 본원에서 상세하게 설명되는 바와 같이, 몇몇 실시예에서, 하나의 유동 통로의 종축 및/또는 중심선은 다른 유동 통로의 종축에 대해 평행할 필요는 없다.

도5를 참조하여 앞서 설명된 바와 같이, 밸브 부재(360)는 밸브 포켓(338) 내에서의 밸브 부재(360)의 이동 범위를 제한하기 위해 밸브 포켓(338) 내의 대응하는 표면(352)과 맞물리도록 구성된 표면(380)을 포함한다. 표면(380)이 제2 스템 부분(377)에 인접하여 배치된 견부형 표면인 것으로 도시되어 있지만, 몇몇 실시예에서, 표면(380)은 임의의 적합한 기하학적 특징을 가질 수 있고, 밸브 부재(360)를 따라 어디에나 배치될 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예에서, 밸브 부재는 제1 스템 부분 상에 배치되어 밸브 부재의 종방향 이동을 제한하도록 구성된 표면을 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 밸브 부재는 스템 부분들 중 하나 상에 배치되어 밸브 부재의 회전 이동을 제한하도록 구성된 편평화된 표면을 가질 수 있다. 또 다른 실시예에서, 도37에 도시된 바와 같이, 밸브 부재(360)는 정합 키 홈(399) 내에 배치되도록 구성된 정렬 키(398)를 사용하여 정렬될 수 있다.

밸브 부재(360)의 평면도를 도시하는 도10에 도시된 바와 같이, 테이퍼진 부분(362)의 제1 대향 측표면(364)들은 제1 테이퍼 각도(Θ)만큼 서로로부터 각도가 오프셋된다. 유사하게, 밸브 부재(360)의 정면도를 나타내는 도11에 도시된 바와 같이, 테이퍼진 부분(362)의 제2 대향 측표면(365)들은 각도(α)만큼 서로로부터 각도가 오프셋된다. 이러한 방식으로, 밸브 부재(360)의 테이퍼진 부분(362)은 2개의 치수에서 테이퍼진다.

상기 다른 방식으로, 밸브 부재(360)의 테이퍼진 부분(362)은 종축(Lv)에 대해 수직인 제1 축(Y)을 따라 측정된 폭(W)을 갖는다. 유사하게, 테이퍼진 부분(362)은 종축(Lv) 및 제1 축(Y) 모두에 대해 수직인 제2 축(Z)을 따라 측정된 두께(T: 밸브 부재의 임의의 부분의 벽 두께와 혼동되지 않아야 함)를 갖는다. 테이퍼진 부분(362)은 폭(W)의 선형 변화 및 두께(T)의 선형 변화를 특징으로 하는 2개의 치수에서의 테이퍼를 갖는다. 도10에 도시된 바와 같이, 테이퍼진 부분(362)의 폭은 테이퍼진 부분(362)의 일 단부에서의 W1의 값으로부터 테이퍼진 부분(362)의 대향 단부에서의 W2의 값으로 증가한다. 종축(Lv)을 따른 폭의 변화는 제1 테이퍼 각도(Θ)를 형성한다. 유사하게, 도11에 도시된 바와 같이, 테이퍼진 부분(362)의 두께는 테이퍼진 부분(362)의 일 단부에서의 T1의 값으로부터 테이퍼진 부분(362)의 대향 단부에서의 T2의 값으로 증가한다. 종축(Lv)을 따른 두께의 변화는 제2 테이퍼 각도(α)를 형성한다.

도시된 실시예에서, 제1 테이퍼 각도(Θ) 및 제2 테이퍼 각도(α)는 각각 2 내지 10° 사이이다. 몇몇 실시예에서, 제1 테이퍼 각도(Θ)는 제2 테이퍼 각도(α)와 동일하다. 다른 실시예에서, 제1 테이퍼 각도(Θ)는 제2 테이퍼 각도(α)와 다르다. 테이퍼 각도의 선택은 밸브 부재의 크기와, 밀봉 부분(372) 및 실린더 헤드(332)의 내부 표면(334)에 의해 형성된 밀봉의 성질에 영향을 줄 수 있다. 몇몇 실시예에서, 예를 들어, 테이퍼 각도(Θ, α)는 90°만큼 높을 수 있다. 다른 실시예에서, 테이퍼 각도(Θ, α)는 1°만큼 낮을 수 있다. 또 다른 실시예에서, 본원에서 상세하게 설명되는 바와 같이, 밸브 부재는 테이퍼진 부분이 없을 수 있다 (즉, 0°의 테이퍼 각도).

테이퍼진 부분(362)이 단일 선형 테이퍼를 갖는 것으로 도시되고 설명되어 있지만, 몇몇 실시예에서, 밸브 부재는 만곡된 테이퍼를 갖는 테이퍼진 부분을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 본원에서 상세하게 설명되는 바와 같이, 밸브 부재는 복수의 테이퍼를 갖는 테이퍼진 부분을 가질 수 있다. 또한, 측표면(164, 165)들이 종축(Lv)에 대해 실질적으로 대칭으로 각도가 오프셋되는 것으로 도시되어 있지만, 몇몇 실시예에서, 측표면들은 비대칭 방식으로 각도가 오프셋될 수 있다.

도10, 도11 및 도13에 도시된 바와 같이, 테이퍼진 부분(362)은, 각각 테이퍼진 부분(362)의 외측 표면(363)의 주연부 둘레에서 연속적으로 연장되는 8개의 밀봉 부분(372)을 포함한다. 밀봉 부분(372)들은 밀봉 부분(372)들 중 2개가 각각의 유동 통로(368)에 인접하여 배치되도록 배열된다. 이러한 방식으로, 도8에 도시된 바와 같이, 실린더 헤드 조립체(330)가 폐쇄 위치에 있을 때, 각각의 밀봉 부분(372)은 각각의 유동 통로(368)가 각각의 실린더 유동 통로(348) 및/또는 각각의 기체 매니폴드 유동 통로(344)로부터 유체 격리되도록 실린더 헤드(332)의 내부 표면(334)의 일부와 접촉한다. 역으로, 실린더 헤드 조립체(330)가 개방 위치에 있을 때, 각각의 밀봉 부분(372)은 각각의 유동 통로(368)가 대응하는 실린더 유동 통로(348) 및 대응하는 기체 매니폴드 유동 통로(344)와 유체 연통하도록 실린더 헤드(332)의 내부 표면(334)으로부터 떨어져서 배치된다.

밀봉 부분(372)이 밸브 부재(360)의 종축(Lv)에 대해 실질적으로 수직으로 외측 표면(363)의 주연부 둘레에서 연장되는 것으로 도시되고 설명되어 있지만, 몇몇 실시예에서, 밀봉 부분은 종축(Lv)에 대해 임의의 각도일 수 있다. 또한, 몇몇 실시예에서, 밀봉 부분(372)들은 서로로부터 각도가 오프셋될 수 있다.

밀봉 부분(372)이 종축(Lv) 및 제1 축(Y)에 대해 평행한 평면에서 보았을 때 (즉, 도10), 선형 방식으로 테이퍼진 부분(362)의 외측 표면(363)의 주연부 둘레에서 연속적으로 연장되는 지점들의 궤적인 것으로 도시되고 설명되어 있지만, 몇몇 실시예에서, 밀봉 부분은 비선형 방식으로 외측 표면 둘레에서 연속적으로 연장될 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예에서, 밀봉 부분은 종축(Lv) 및 제1 축(Y)에 대해 평행한 평면에서 보았을 때, 만곡될 수 있다. 다른 실시예에서, 예를 들어, 도14에 도시된 바와 같이, 밀봉 부분은 2-차원적일 수 있다. 도14는 테이퍼진 부분(472), 제1 스템 부분(476) 및 제2 스템 부분(477)을 갖는 밸브 부재(460)를 도시한다. 위에서 설명된 바와 같이, 테이퍼진 부분은 그를 통해 4개의 유동 통로(468)를 포함한다. 테이퍼진 부분은 각각의 유동 통로(468) 주위에 배치되어 테이퍼진 부분(462)의 외측 표면(463)의 주연부 둘레에서 연속적으로 연장되는 2개의 밀봉 부분(472)을 또한 포함한다 (명확함을 위해, 2개의 밀봉 부분(472)만이 도시되어 있음). 위에서 설명된 밀봉 부분(372)과 대조적으로, 밀봉 부분(472)은 밸브 부재(460)의 종축(Lv)을 따라 측정된 폭(X)을 갖는다.

도12에 도시된 바와 같이, 테이퍼진 부분(362)은 충분한 테이퍼 및 충분한 크기의 유동 통로를 모두 허용할 수 있는 타원형 단면을 갖는다. 그러나, 다른 실시예에서, 테이퍼진 부분은 예를 들어 원형 단면, 직사각형 단면 등과 같은 임의의 적합한 단면 형상을 가질 수 있다.

도10 내지 도13에 도시된 바와 같이, 밸브 부재(360)는 제1 스템 부분(376), 제2 스템 부분(377) 및 테이퍼진 부분(362)을 포함하도록 단일체로 형성된다. 그러나, 다른 실시예에서, 밸브 부재는 제1 스템 부분, 제2 스템 부분 및 테이퍼진 부분을 형성하도록 함께 결합되는 분리된 부품들을 포함한다. 또 다른 실시예에서, 밸브 부재는 제1 스템 부분 및/또는 제2 스템 부분을 포함하지 않는다. 예를 들어, 몇몇 실시예에서, 실린더 헤드 조립체는 밸브 포켓 내에 배치되어, 힘이 캠축으로부터 밸브 부재로 직접 전달될 수 있도록 캠축의 밸브 로브와 밸브 부재의 일부를 맞물리게 하도록 구성된 분리된 부품을 포함한다. 유사하게, 몇몇 실시예에서, 실린더 헤드 조립체는 밸브 포켓 내에 배치되어, 힘이 스프링으로부터 밸브 부재로 전달될 수 있도록 스프링과 밸브 부재의 일부를 맞물리게 하도록 구성된 분리된 부품을 포함한다.

밀봉 부분(372) 및 외측 표면(363)이 단일체로 구성되는 것으로 도시되고 설명되어 있지만, 몇몇 실시예에서, 밀봉 부분은 테이퍼진 부분의 외측 표면에 결합된 분리된 부품일 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예에서, 밀봉 부분은 마찰식 끼워 맞춤에 의해 테이퍼진 부분의 외측 표면 상의 정합 홈 내로 유지되는 밀봉 링일 수 있다. 다른 실시예에서, 밀봉 부분은 예를 들어 화학 결합, 열 결합 등과 같은 임의의 적합한 수단에 의해 테이퍼진 부분의 외측 표면에 결합되는 분리된 부품이다. 또 다른 실시예에서, 밀봉 부분은 예를 들어 정전기 분사 적층, 화학 증착, 물리 증착, 이온 교환 코팅 등과 같은 임의의 적합한 방법에 의해 테이퍼진 부분의 외측 표면에 도포된 코팅을 포함한다.

밸브 부재(360)는 임의의 적합한 재료 또는 재료들의 조합으로부터 제조될 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예에서, 테이퍼진 부분은 제1 재료로부터 제조될 수 있고, 스템 부분은 제1 재료와 다른 제2 재료로부터 제조될 수 있고, 밀봉 부분은 테이퍼진 부분, 스템 부분 및 밀봉 부분이 분리되어 형성되는 정도로, 처음 2가지 재료와 다른 제3 재료로부터 제조될 수 있다. 이러한 방식으로, 밸브 부재의 각각의 부분은 그의 의도된 기능에 대해 가장 적합한 재료로부터 구성될 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예에서, 밀봉 부분은 예를 들어 미경화 430FR 스테인리스 강과 같은 비교적 연질 스테인리스 강으로부터 제조될 수 있어서, 밀봉 부분은 실린더 헤드의 내부 표면과 접촉할 때 쉽게 마모될 것이다. 이러한 방식으로, 밸브 부재는 사용 중에 연속적으로 래핑되어, 유밀식(fluid-tight) 밀봉을 보장할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 예를 들어, 테이퍼진 부분은 예를 들어 경화된 440 스테인리스 강과 같은 높은 강도를 갖는 비교적 경질 재료로부터 제조될 수 있다. 그러한 재료는 고온 배기 가스에 대한 반복된 노출로부터 생성될 수 있는 파손에 저항하기 위해 필요한 강도 및/또는 경도를 제공할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 예를 들어, 하나 또는 양 스템 부분은 높은 압축 강도를 갖도록 구성된 세라믹 재료로부터 제조될 수 있다.

몇몇 실시예에서, 밸브 포켓(338)을 형성하는 내부 표면(334)을 포함하는 실린더 헤드(332)는 예를 들어 주철과 같은 단일 재료로부터 단일체로 구성된다. 몇몇 단일체 실시예에서, 예를 들어, 밸브 포켓(338)을 형성하는 내부 표면(334)은 유밀식 밀봉이 형성될 수 있도록 밸브 부재(360)의 밀봉 부분(372)과 맞물리기에 적합한 표면을 제공하도록 가공될 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 실린더 헤드는 재료들의 임의의 적합한 조합으로부터 제조될 수 있다. 본원에서 상세하게 설명되는 바와 같이, 몇몇 실시예에서, 실린더 헤드는 밸브 포켓 내에 배치된 하나 이상의 밸브 삽입물을 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 밸브 부재의 밀봉 부분과 접촉하도록 구성된 내부 표면의 부분은 유밀식 밀봉을 제공하는데 도움이 되는 재료로부터 및/또는 방식으로 구성될 수 있다.

유동 통로(368)가 밸브 부재(360)의 테이퍼진 부분(362)을 통해 연장되며 제1 개방부(369) 및 제2 개방부(370)를 갖는 것으로 도시되고 설명되어 있지만, 다른 실시예에서, 유동 통로는 밸브 부재를 통해 연장되지 않는다. 도15 및 도16은 각각 유동 통로(568)가 밸브 부재(560)의 외측 표면(563) 둘레에서 연장되는 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브 부재(560)의 평면도 및 정면도를 도시한다. 위에서 설명된 밸브 부재(360)와 유사하게, 밸브 부재(560)는 제1 스템 부분(576), 제2 스템 부분(577) 및 테이퍼진 부분(562)을 포함한다. 테이퍼진 부분(562)은 4개의 유동 통로(568), 및 각각 유동 통로(568)의 모서리에 인접하여 배치된 8개의 밀봉 부분(572)을 형성한다. 도시된 유동 통로(568)는 테이퍼진 부분(562)을 통해 연장되기보다는, 테이퍼진 부분(562)의 외측 표면(563) 둘레에서 연속적으로 연장되는 외측 표면(563) 내의 리세스이다.

다른 실시예에서, 유동 통로는 테이퍼진 부분의 외측 표면 둘레에서 단지 부분적으로 연장되는 리세스일 수 있다 (본원에서 상세하게 설명되는 도24 및 도25 참조). 또 다른 실시예에서, 테이퍼진 부분은 유동 통로 구성들의 임의의 적합한 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예에서, 유동 통로들 중 일부는 테이퍼진 부분을 통해 연장되도록 구성될 수 있지만, 다른 유동 통로는 테이퍼진 부분의 외측 표면 둘레에서 연장되도록 구성될 수 있다.

밸브 부재가 테이퍼진 부분의 주연부 둘레에서 연장되는 복수의 밀봉 부분을 포함하는 것으로 도시되고 설명되어 있지만, 다른 실시예에서, 밀봉 부분은 테이퍼진 부분의 주연부 둘레에서 연장되지 않는다. 예를 들어, 도17은 밀봉 부분(672)이 유동 통로(668)의 개방부(669) 둘레에서 연속적으로 연장되는 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브 부재(660)의 사시도를 도시한다. 위에서 설명된 밸브 부재와 유사하게, 밸브 부재(660)는 제1 스템 부분(676), 제2 스템 부분(677) 및 테이퍼진 부분(662)을 포함한다. 테이퍼진 부분(662)은 그를 통해 연장되는 4개의 유동 통로(668)를 형성한다. 각각의 유동 통로(668)는 제1 개방부(669) 및 제1 개방부에 대향하여 배치된 (도시되지 않은) 제2 개방부를 포함한다. 위에서 설명된 바와 같이, 각각의 유동 통로(668)의 제1 개방부 및 제2 개방부는 각각 (도시되지 않은) 실린더 헤드에 의해 형성된, 대응하는 기체 매니폴드 유동 통로 및 실린더 유동 통로와 정렬되도록 구성된다.

테이퍼진 부분(662)은 테이퍼진 부분(662)의 외측 표면(663) 상에 배치된 4개의 밀봉 부분(672)을 포함한다. 각각의 밀봉 부분(672)은 제1 개방부(669) 둘레에서 연속적으로 연장되는 지점들의 궤적을 포함한다. 이러한 배열에서, 실린더 헤드 조립체가 폐쇄 구성에 있을 때, 밀봉 부분(672)은 제1 개방부(669)가 (도시되지 않은) 그의 대응하는 기체 매니폴드 유동 통로로부터 유체 격리되도록 (도시되지 않은) 실린더 헤드의 (도시되지 않은) 내부 표면의 일부와 접촉한다. 각각 제1 개방부(669) 둘레에서 연속적으로 연장되는 4개의 밀봉 부분(672)을 포함하는 것으로 도시되어 있지만, 몇몇 실시예에서, 밀봉 부분은 제2 개방부(670) 둘레에서 연속적으로 연장되어, 실린더 헤드 조립체가 폐쇄 구성에 있을 때 제2 개방부를 대응하는 실린더 유동 통로로부터 유체 격리시킬 수 있다. 다른 실시예에서, 밸브 부재는 제1 개방부(669) 및 제2 개방부(670) 둘레에서 연장되는 밀봉 부분을 포함할 수 있다.

도18은 밀봉 부분(772)이 2차원적인 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브 부재(760)의 사시도를 도시한다. 도시된 바와 같이, 밸브 부재(760)는 테이퍼진 부분(772), 제1 스템 부분(776) 및 제2 스템 부분(777)을 포함한다. 위에서 설명된 바와 같이, 테이퍼진 부분은 그를 통해 4개의 유동 통로(768)를 포함한다. 테이퍼진 부분은 각각의 유동 통로(768)에 각각 인접하여 배치되며 유동 통로(768)의 제1 개방부(769) 둘레에서 연속적으로 연장되는 4개의 밀봉 부분(772)을 또한 포함한다. 밀봉 부분(772)은 밀봉 부분(772)이 밸브 부재(760)의 종축(Lv)을 따라 측정된 폭(X)을 갖는 점에서 위에서 설명된 밀봉 부분(672)과 다르다.

도19는 밀봉 부분(872)이 테이퍼진 부분(862)의 주연부 둘레에서 연장되며 제1 개방부(869) 둘레에서 연장되는 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브 부재(860)의 사시도를 도시한다. 위에서 설명된 밸브 부재와 유사하게, 밸브 부재(860)는 제1 스템 부분(876), 제2 스템 부분(877) 및 테이퍼진 부분(862)을 포함한다. 테이퍼진 부분(862)은 그를 통해 연장되는 4개의 유동 통로(868)를 형성한다. 각각의 유동 통로(868)는 제1 개방부(869) 및 제1 개방부에 대향하여 배치된 (도시되지 않은) 제2 개방부를 포함한다. 테이퍼진 부분(862)은 테이퍼진 부분(862)의 외측 표면(863) 상에 배치된 밀봉 부분(872)을 포함한다. 도시된 바와 같이, 각각의 밀봉 부분(872)은 테이퍼진 부분(862)의 주연부 둘레에서 연장되며, 제1 개방부(869) 둘레에서 연장된다. 몇몇 실시예에서, 밀봉 부분은 인접한 개방부들 사이의 전체 공간을 포함할 수 있다.

위에서 설명된 바와 같이, 몇몇 실시예에서, 실린더 헤드는 밸브 포켓 내에 배치된 하나 이상의 밸브 삽입물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도20 및 도21은 밸브 포켓(938) 내에 배치된 밸브 삽입물(942)을 갖는 실린더 헤드 조립체(930)의 일부를 도시한다. 도시된 실린더 헤드 조립체(930)는 실린더 헤드(932) 및 밸브 부재(960)를 포함한다. 실린더 헤드(932)는 (도시되지 않은) 실린더에 결합되도록 구성된 제1 외부 표면(935) 및 (도시되지 않은) 기체 매니폴드에 결합되도록 구성된 제2 외부 표면(936)을 갖는다. 실린더 헤드(932)는 종축(Lp)을 갖는 밸브 포켓(938)을 형성하는 내부 표면(934)을 갖는다. 실린더 헤드(932)는 또한 위에서 설명된 것과 유사한 방식으로 구성된, 4개의 실린더 유동 통로(948) 및 4개의 기체 매니폴드 유동 통로(944)를 형성한다.

밸브 삽입물(942)은 밀봉 부분(940)을 포함하고, 밸브 삽입물을 통해 연장되는 4개의 삽입물 유동 통로(945)를 형성한다. 밸브 삽입물(942)은 각각의 삽입물 유동 통로(945)의 제1 부분이 기체 매니폴드 유동 통로(944)들 중 하나와 정렬되고 각각의 삽입물 유동 통로(945)의 제2 부분이 실린더 유동 통로(948)들 중 하나와 정렬되도록 밸브 포켓(938) 내에 배치된다.

밸브 부재(960)는 테이퍼진 부분(962), 제1 스템 부분(976) 및 제2 스템 부분(977)을 갖는다. 테이퍼진 부분(962)은 위에서 설명된 바와 같이, 외측 표면(963)을 갖고, 그를 통해 연장되는 4개의 유동 통로(968)를 형성한다. 테이퍼진 부분(962)은, 각각 유동 통로(968)들 중 하나에 인접하여 배치된 (도시되지 않은) 복수의 밀봉 부분을 또한 포함한다. 밀봉 부분은 위에서 설명된 임의의 유형일 수 있다. 밸브 부재(960)는 밸브 부재(960)의 테이퍼진 부분(962)이 개방 위치(도20 및 도21)와 폐쇄 위치(도시되지 않음) 사이에서 밸브 포켓(938) 내에서 밸브 부재(960)의 종축(Lv)을 따라 이동될 수 있도록 밸브 포켓(938) 내에 배치된다. 개방 위치에 있을 때, 밸브 부재(960)는 각각의 유동 통로(968)가 삽입물 유동 통로(945)들 중 하나, 실린더 유동 통로(948)들 중 하나 및 기체 매니폴드 유동 통로(944)들 중 하나와 정렬되어 유체 연통하도록 밸브 포켓(938) 내에 위치된다. 역으로, 폐쇄 위치에 있을 때, 밸브 부재(960)는 밀봉 부분이 밸브 삽입물(942)의 밀봉 부분(940)과 접촉하도록 밸브 포켓(938) 내에 위치된다. 이러한 방식으로, 유동 통로(968)는 실린더 유동 통로(948) 및/또는 기체 매니폴드 유동 통로(944)로부터 유체 격리된다.

도21에 도시된 바와 같이, 밸브 포켓(938), 밸브 삽입물(942) 및 밸브 부재(960)는 모두 원형 단면 형상을 갖는다. 다른 실시예에서, 밸브 포켓은 비원형 단면 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예에서, 밸브 포켓은 밸브 삽입물 상의 대응하는 정렬 표면과 정합하도록 구성된 정렬 표면을 포함할 수 있다. 그러한 배열은 예를 들어 밸브 삽입물(942)이 밸브 포켓(938) 내로 설치될 때 밸브 삽입물이 적절하게 정렬되도록 (즉, 삽입물 유동 통로(945)가 기체 매니폴드 유동 통로(944) 및 실린더 유동 통로(948)와 유체 연통하도록 회전식으로 정렬되도록) 보장하기 위해 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 밸브 포켓, 밸브 삽입물 및/또는 밸브 부재는 임의의 적합한 단면 형상을 가질 수 있다.

밸브 삽입물(942)은 임의의 적합한 방법을 사용하여 밸브 포켓(938) 내에 결합될 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예에서, 밸브 삽입물은 밸브 포켓과의 억지 끼워 맞춤을 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 밸브 삽입물은 용접에 의해, 나사 결합 배열에 의해, 밸브 삽입물을 고정시키기 위해 밸브 포켓의 표면을 피닝함으로써 밸브 포켓 내에 고정될 수 있다.

도22는 복수의 밸브 삽입물(1042)을 포함하는 본 발명의 일 실시예에 따른 실린더 헤드 조립체(1030)의 일부의 단면도를 도시한다. 도22가 실린더 헤드 조립체(1030)의 하나의 반부만을 도시하지만, 당업자는 실린더 헤드 조립체가 밸브 포켓의 종축(Lp)에 대해 대체로 대칭이고, 위에서 도시되고 설명된 실린더 헤드 조립체와 유사하다는 것을 알아야 한다. 도시된 실린더 헤드 조립체(1030)는 실린더 헤드(1032) 및 밸브 부재(1060)를 포함한다. 위에서 설명된 바와 같이, 실린더 헤드(1032)는 적어도 하나의 실린더 및 적어도 하나의 기체 매니폴드에 결합될 수 있다. 실린더 헤드(1032)는 종축(Lp)을 갖는 밸브 포켓(1038)을 형성하는 내부 표면(1034)을 갖는다. 실린더 헤드(1032)는 또한 (도시되지 않은) 3개의 실린더 유동 통로 및 3개의 기체 매니폴드 유동 통로(1044)를 형성한다.

도시된 바와 같이, 밸브 포켓(1038)은 여러 불연속적인 단차형 부분을 포함한다. 각각의 단차형 부분은 기체 매니폴드 통로(1044)들 중 하나가 연장되는 종축(Lp)에 대해 실질적으로 평행한 표면을 포함한다. 밸브 삽입물(1042)이 밸브 삽입물(1042)의 밀봉 부분(1040)이 밸브 부재(1060)의 테이퍼진 부분(1061)에 인접하도록 밸브 포켓(1038)의 각각의 불연속적인 단차형 부분 내에 배치된다. 이러한 배열에서, 밸브 삽입물(1042)은 기체 매니폴드 유동 통로(1044) 주위에 배치되지 않고, 그러므로 위에서 설명된 유형의 삽입물 유동 통로를 갖지 않는다.

밸브 부재(1060)는 중심 부분(1062), 제1 스템 부분(1076) 및 제2 스템 부분(1077)을 갖는다. 중심 부분(1062)은, 각각 밸브 부재의 종축(Lv)에 대해 실질적으로 평행한 표면에 인접하여 배치된 3개의 테이퍼진 부분(1061)을 포함한다. 중심 부분(1062)은 그를 통해 연장되며 테이퍼진 부분(1061)들 중 하나 상에 배치된 개방부를 갖는 3개의 유동 통로(1068)를 형성한다. 각각의 테이퍼진 부분(1061)은 위에서 설명된 임의의 유형의 하나 이상의 밀봉 부분을 포함한다. 밸브 부재(1060)는 밸브 부재(1060)의 중심 부분(1062)이 (도22에 도시된) 개방 위치와 (도시되지 않은) 폐쇄 위치 사이에서 밸브 포켓(1038) 내에서 밸브 부재(1060)의 종축(Lv)을 따라 이동될 수 있도록 밸브 포켓(1038) 내에 배치된다. 개방 위치에 있을 때, 밸브 부재(1060)는 각각의 유동 통로(1068)가 (도시되지 않은) 실린더 유동 통로들 중 하나 및 기체 매니폴드 유동 통로(1044)들 중 하나와 정렬되어 유체 연통하도록 밸브 포켓(1038) 내에 위치된다. 역으로, 폐쇄 위치에 있을 때, 밸브 부재(1060)는 테이퍼진 부분(1061) 상의 밀봉 부분이 대응하는 밸브 삽입물(1042)의 밀봉 부분(1040)과 접촉하도록 밸브 포켓(1038) 내에 위치된다. 이러한 방식으로, 유동 통로(1068)는 기체 매니폴드 유동 통로(1044) 및/또는 (도시되지 않은) 실린더 유동 통로로부터 유체 격리된다.

실린더 헤드가 동일한 개수의 기체 매니폴드 유동 통로 및 실린더 유동 통로를 갖는 것으로 위에서 도시되고 설명되어 있지만, 몇몇 실시예에서, 실린더 헤드는 실린더 유동 통로보다 더 적은 기체 매니폴드 유동 통로를 가질 수 있거나 그 반대도 가능하다. 예를 들어, 도23은 단지 하나의 기체 매니폴드 유동 통로(1144)에 의해 4개의 실린더 유동 통로(1148)를 포함하는 본 발명의 일 실시예에 따른 실린더 헤드 조립체(1160)를 도시한다. 도시된 실린더 헤드 조립체(1130)는 실린더 헤드(1132) 및 밸브 부재(1160)를 포함한다. 실린더 헤드(1132)는 (도시되지 않은) 실린더에 결합되도록 구성된 제1 외부 표면(1135) 및 (도시되지 않은) 기체 매니폴드에 결합되도록 구성된 제2 외부 표면(1136)을 갖는다. 실린더 헤드(1132)는 밸브 부재(1160)가 내부에 배치되는 밸브 포켓(1138)을 형성하는 내부 표면(1134)을 갖는다. 도시된 바와 같이, 실린더 헤드(1132)는 위에서 설명된 것과 유사하게 구성된, 4개의 실린더 유동 통로(1148) 및 하나의 기체 매니폴드 유동 통로(1144)를 형성한다.

밸브 부재(1160)는 테이퍼진 부분(1162), 제1 스템 부분(1176) 및 제2 스템 부분(1177)을 갖는다. 테이퍼진 부분(1162)은 위에서 설명된 바와 같이, 그를 통해 연장되는 4개의 유동 통로(1168)를 형성한다. 테이퍼진 부분(1162)은, 각각 유동 통로(1168)들 중 하나에 인접하여 배치된 복수의 밀봉 부분을 또한 포함한다. 밀봉 부분은 위에서 설명된 임의의 유형일 수 있다.

실린더 헤드 조립체(1130)는 실린더 헤드 조립체(1130)가 폐쇄 구성(도23 참조)에 있을 때, 유동 통로(1168)가 기체 매니폴드 유동 통로(1144)로부터 유체 격리되지 않는 점에서 위에서 설명된 것과 다르다. 오히려, 유동 통로(1168)는 위에서 설명된 방식으로, 실린더 유동 통로(1148)로부터만 격리된다.

엔진이 실린더 헤드의 제1 표면에 결합된 실린더 및 실린더 헤드의 제2 표면에 결합된 기체 매니폴드를 가지며, 제2 표면은 제1 표면에 대향하여, "직선 유동" 구성을 생성하는 것으로 도시되고 설명되어 있지만, 실린더 및 기체 매니폴드는 임의의 적합한 구성으로 배열될 수 있다. 예를 들어, 몇몇 경우에, 기체 매니폴드가 실린더 헤드의 측표면(1236)에 결합되는 것이 바람직할 수 있다. 도24 및 도25는 실린더 유동 통로(1248)가 기체 매니폴드 유동 통로(1244)에 대해 실질적으로 수직인 본 발명의 일 실시예에 따른 실린더 헤드 조립체(1230)를 도시한다. 이러한 방식으로, (도시되지 않은) 기체 매니폴드가 실린더 헤드(1232)의 측표면(1236) 상에 장착될 수 있다.

도시된 실린더 헤드 조립체(1230)는 실린더 헤드(1232) 및 밸브 부재(1260)를 포함한다. 실린더 헤드(1232)는 (도시되지 않은) 실린더에 결합되도록 구성된 바닥 표면(1235) 및 (도시되지 않은) 기체 매니폴드에 결합되도록 구성된 측표면(1236)을 갖는다. 측표면(1236)은 바닥 표면(1235)에 대해 인접하며 실질적으로 수직으로 배치된다. 다른 실시예에서, 측표면은 90° 이외의 각도만큼 바닥 표면으로부터 각도가 오프셋될 수 있다. 실린더 헤드(1232)는 종축(Lp)을 갖는 밸브 포켓(1238)을 형성하는 내부 표면(1234)을 갖는다. 실린더 헤드(1232)는 또한 4개의 실린더 유동 통로(1248) 및 4개의 기체 매니폴드 유동 통로(1244)를 형성한다. 실린더 유동 통로(1248) 및 기체 매니폴드 유동 통로(1244)는 실린더 유동 통로(1248)가 기체 매니폴드 유동 통로(1244)에 대해 실질적으로 수직인 점에서 앞서 설명된 것과 다르다.

밸브 부재(1260)는 테이퍼진 부분(1262), 제1 스템 부분(1276) 및 제2 스템 부분(1277)을 갖는다. 테이퍼진 부분(1262)은 외측 표면(1263)을 포함하고, 4개의 유동 통로(1268)를 형성한다. 유동 통로(1268)는 테이퍼진 부분(1262)을 통해 연장되는 루멘이 아니라, 테이퍼진 부분(1262)의 외측 표면(1263) 둘레에서 부분적으로 연장되는 테이퍼진 부분(1262) 내의 리세스이다. 유동 통로(1268)는 유동 손실을 최소화하는 방식으로 밸브 부재(1260)를 통한 기체의 유동을 유도하기 위해 만곡된 표면(1271)을 포함한다. 몇몇 실시예에서, 유동 통로(1268)의 표면(1271)이 유입 및/또는 유출 유동 내에서 예를 들어 회전 유동 패턴과 같은 원하는 유동 특징을 생성하도록 구성될 수 있다.

테이퍼진 부분(1262)은, 각각 유동 통로(1268)들 중 하나에 인접하여 배치된 (도시되지 않은) 복수의 밀봉 부분을 또한 포함한다. 밀봉 부분은 위에서 설명된 임의의 유형일 수 있다. 밸브 부재(1260)는 위에서 설명된 바와 같이, 밸브 부재(1260)의 테이퍼진 부분(1262)이 개방 위치(도24 및 도25)와 폐쇄 위치(도시되지 않음) 사이에서 밸브 포켓(1238) 내에서 밸브 부재(1260)의 종축(Lv)을 따라 이동될 수 있도록 밸브 포켓(1238) 내에 배치된다.

밸브 부재에 의해 형성된 유동 통로들이 서로에 대해 실질적으로 평행하며 밸브 부재의 종축에 대해 실질적으로 수직인 것으로 도시되고 설명되어 있지만, 몇몇 실시예에서, 유동 통로들은 서로로부터 각도가 오프셋될 수 있고 그리고/또는 90° 이외의 각도만큼 밸브 부재의 종축으로부터 오프셋될 수 있다. 그러한 오프셋은 예를 들어 유입 및/또는 유출 유동 내에서 예를 들어 와류 또는 텀블 패턴과 같은 원하는 유동 특징을 생성하기 위해 바람직할 수 있다. 도26은 유동 통로(1368)들이 서로로부터 각도가 오프셋되고 종축(Lv)에 대해 수직이 아닌 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브 부재(1360)의 단면도를 도시한다. 위에서 설명된 밸브 부재와 유사하게, 밸브 부재(1360)는, 자신을 통해 연장되는 4개의 유동 통로(1368)를 형성하는 테이퍼진 부분(1362)을 포함한다. 각각의 유동 통로(1368)는 종축(Lf)을 갖는다. 도시된 바와 같이, 종축(Lf)들을 서로로부터 각도가 오프셋된다. 또한, 종축(Lf)은 90° 이외의 각도만큼 밸브 부재의 종축으로부터 오프셋된다.

유동 통로(1368)가 선형 형상을 가지며 종축(Lf)을 형성하는 것으로 도시되고 설명되어 있지만, 다른 실시예에서, 유동 통로는 만곡된 중심선을 특징으로 하는 만곡된 형상을 가질 수 있다. 위에서 설명된 바와 같이, 유동 통로는 실린더로 진입하고 그리고/또는 빠져나오는 기체 내에서 원하는 유동 특징을 생성하기 위해 만곡된 형상을 갖도록 구성될 수 있다.

도27은 하나의 치수에서 테이퍼진 부분(1462)을 포함하는 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브 부재(1460)의 사시도이다. 도시된 밸브 부재(1460)는, 자신을 통해 연장되는 3개의 유동 통로(1468)를 형성하는 테이퍼진 부분(1462)을 포함한다. 테이퍼진 부분은, 각각 유동 통로(1468)들 중 하나에 인접하여 배치되어 유동 통로(1468)의 개방부 둘레에서 연속적으로 연장되는 3개의 밀봉 부분(1472)을 포함한다.

밸브 부재(1460)의 테이퍼진 부분(1462)은 테이퍼진 부분(1462)의 종축(Lv)에 대해 수직인 제1 축(Y)을 따라 측정된 폭(W)을 갖는다. 유사하게, 테이퍼진 부분(1462)은 종축(Lv) 및 제1 축(Y) 모두에 대해 수직인 제2 축(Z)을 따라 측정된 두께(T)를 갖는다. 테이퍼진 부분(1462)은 두께(T)의 선형 변화를 특징으로 하는 하나의 치수에서의 테이퍼를 갖는다. 역으로, 폭(W)은 종축(Lv)을 따라 일정하게 유지된다. 도시된 바와 같이, 테이퍼진 부분(1462)의 두께는 테이퍼진 부분(1462)의 일 단부에서의 T1의 값으로부터 테이퍼진 부분(1462)의 대향 단부에서의 T2의 값으로 증가한다. 종축(Lv)을 따른 두께의 변화는 테이퍼 각도(α)를 형성한다.

밸브 부재가 하나 이상의 밀봉 부분을 포함하는 적어도 하나의 테이퍼진 부분을 포함하는 것으로 도시되고 설명되어 있지만, 몇몇 실시예에서, 밸브 부재는 밸브 부재의 테이퍼지지 않은 부분 상에 배치된 밀봉 부분을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 밸브 부재는 테이퍼진 부분이 없을 수 있다. 도28은 테이퍼진 부분이 없는 밸브 부재(1560)의 정면도이다. 도시된 밸브 부재(1560)는 중심 부분(1562), 제1 스템 부분(1576) 및 제2 스템 부분(1577)을 갖는다. 중심 부분(1562)은 위에서 설명된 바와 같이, 외측 표면(1563)을 갖고, 중심 부분(1562)의 외측 표면(1563) 둘레에서 연속적으로 연장되는 3개의 유동 통로(1568)를 형성한다. 중심 부분(1562)은, 각각 유동 통로(1568)들 중 하나에 인접하여 배치되어 중심 부분(1562)의 주연부 둘레에서 연속적으로 연장되는 복수의 밀봉 부분(1572)을 또한 포함한다.

위에서 설명된 바와 유사한 방식으로, 밸브 부재(1560)는 밸브 부재(1560)의 중심 부분(1562)이 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 밸브 포켓 내에서 밸브 부재(1560)의 종축(Lv)을 따라 이동될 수 있도록 (도시되지 않은) 밸브 포켓 내에 배치된다. 개방 위치에 있을 때, 밸브 부재(1560)는 각각의 유동 통로(1568)가 (도시되지 않은) 대응하는 실린더 유동 통로 및 기체 매니폴드 유동 통로와 정렬되어 유체 연통하도록 밸브 포켓 내에 위치된다. 역으로, 폐쇄 위치에 있을 때, 밸브 부재(1560)는 밀봉 부분(1572)이 실린더 헤드의 내부 표면의 일부와 접촉하여 유동 통로(1568)를 유체 격리시키도록 밸브 포켓 내에 위치된다.

위에서 설명된 바와 같이, 밀봉 부분(1572)은 예를 들어 밸브 부재의 외측 표면에 의해 형성된 홈 내에 배치되는 밀봉 링일 수 있다. 그러한 밀봉 링은 예를 들어 반경방향으로 팽창하여, 밸브 부재(1560)가 폐쇄 위치에 있을 때 실린더 헤드의 내부 표면과의 접촉을 보장하도록 구성된 스프링 부하식 링일 수 있다.

역으로, 도29 및 도30은 각각 제1 및 제2 구성의 복수의 90° 테이퍼진 부분(1631)을 포함하는 실린더 헤드 조립체(1630)의 일부를 도시한다. 도29 및 도30이 실린더 헤드 조립체(1630)의 하나의 반부만을 도시하지만, 당업자는 실린더 헤드 조립체가 밸브 포켓의 종축(Lp)에 대해 대체로 대칭이며, 위에서 도시되고 설명된 실린더 헤드 조립체와 유사하다는 것을 알아야 한다. 도시된 실린더 헤드 조립체(1630)는 실린더 헤드(1632) 및 밸브 부재(1660)를 포함한다. 실린더 헤드(1632)는 종축(Lp) 및 여러 불연속적인 단차형 부분을 갖는 밸브 포켓(1638)을 형성하는 내부 표면(1634)을 갖는다. 실린더 헤드(1632)는 또한 (도시되지 않은) 3개의 실린더 유동 통로 및 3개의 기체 매니폴드 유동 통로(1644)를 형성한다.

밸브 부재(1660)는 중심 부분(1662), 제1 스템 부분(1676) 및 제2 스템 부분(1677)을 갖는다. 중심 부분(1662)은 3개의 테이퍼진 부분(1661) 및 3개의 테이퍼지지 않은 부분(1667)을 포함한다. 테이퍼진 부분(1661)들은 각각 90°의 테이퍼 각도를 갖는다 (즉, 종축(Lv)에 대해 실질적으로 수직이다). 각각의 테이퍼진 부분(1661)은 테이퍼지지 않은 부분(1667)들 중 하나에 인접하여 배치된다. 중심 부분(1662)은 그를 통해 연장되며 테이퍼지지 않은 부분(1667)들 중 하나 상에 배치된 개방부를 갖는 3개의 유동 통로(1668)를 형성한다. 각각의 테이퍼진 부분(1661)은 밸브 부재(1660)의 외측 표면의 주연부 둘레에서 연장되는 밀봉 부분을 포함한다.

밸브 부재(1660)는 밸브 부재(1660)의 중심 부분(1662)이 (도29에 도시된) 개방 위치와 (도30에 도시된) 폐쇄 위치 사이에서 밸브 포켓(1638) 내에서 밸브 부재(1660)의 종축(Lv)을 따라 이동될 수 있도록 밸브 포켓(1638) 내에 배치된다. 개방 위치에 있을 때, 밸브 부재(1660)는 각각의 유동 통로(1668)가 (도시되지 않은) 실린더 유동 통로들 중 하나 및 기체 매니폴드 유동 통로(1644)들 중 하나와 정렬되어 유체 연통하도록 밸브 포켓(1638) 내에 위치된다. 역으로, 폐쇄 위치에 있을 때, 밸브 부재(1660)는 테이퍼진 부분(1661) 상의 밀봉 부분이 밸브 포켓(1638)에 의해 형성된 대응하는 밀봉 부분(1640)과 접촉하도록 밸브 포켓(1638) 내에 위치된다. 이러한 방식으로, 유동 통로(1668)는 기체 매니폴드 유동 통로(1644) 및/또는 (도시되지 않은) 실린더 유동 통로로부터 유체 격리된다.

밸브 부재들 중 일부가 캠축과 맞물리도록 구성된 제1 스템 부분 및 스프링과 맞물리도록 구성된 제2 스템 부분을 포함하는 것으로 도시되고 설명되어 있지만, 몇몇 실시예에서, 밸브 부재는 편위 부재와 맞물리도록 구성된 제1 스템 부분 및 액추에이터와 맞물리도록 구성된 제2 스템 부분을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 엔진은, 각각 밸브 부재의 스템 부분들 들 중 하나와 맞물리도록 구성된 2개의 캠축을 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 밸브 부재는 스프링이 아닌 캠축 상의 밸브 로브에 의해 폐쇄 위치로 편위될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 엔진은 하나의 캠축과, 예를 들어 공압식 액추에이터, 유압식 액추에이터, 전자식 솔레노이드 등과 같은 하나의 액추에이터를 포함할 수 있다.

도31은 밸브 부재(1760)를 이동시키도록 구성된 캠축(1714) 및 솔레노이드 액추에이터(1716)를 포함하는 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진(1700)의 일부의 평면도이다. 엔진(1700)은 실린더(1703), 실린더 헤드 조립체(1730) 및 (도시되지 않은) 기체 매니폴드를 포함한다. 실린더 헤드 조립체(1730)는 실린더 헤드(1732), 흡기 밸브 부재(1760I) 및 배기 밸브 부재(1760E)를 포함한다. 실린더 헤드(1732)는 예를 들어 흡기 밸브 포켓, 배기 밸브 포켓, 복수의 실린더 유동 통로, 적어도 하나의 매니폴드 유동 통로 등과 같은 위에서 설명된 특징들의 임의의 조합을 포함할 수 있다.

흡기 밸브 부재(1760I)는 테이퍼진 부분(1762I), 제1 스템 부분(1776I) 및 제2 스템 부분(1777I)을 갖는다. 제1 스템 부분(1776I)은 제1 단부(1778I) 및 제2 단부(1779I)를 갖는다. 유사하게, 제2 스템 부분(1777I)은 제1 단부(1792I) 및 제2 단부(1793I)를 갖는다. 제1 스템 부분(1776I)의 제1 단부(1778I)는 테이퍼진 부분(1762I)에 결합된다. 제1 스템 부분(1776I)의 제2 단부(1779I)는 흡기 캠축(1714I)의 흡기 밸브 로브(1715I)와 맞물리도록 구성된 롤러형 종동자(1790I)를 포함한다. 제2 스템 부분(1777I)의 제1 단부(1792I)는 테이퍼진 부분(1762I)에 결합된다. 제2 스템 부분(1777I)의 제2 단부(1793I)는 솔레노이드 액추에이터(1716I)에 결합되는 액추에이터 링키지(1796I)에 결합된다.

유사하게, 배기 밸브 부재(1760E)는 테이퍼진 부분(1762E), 제1 스템 부분(1776E) 및 제2 스템 부분(1777E)을 갖는다. 제1 스템 부분(1776E)의 제1 단부(1778E)는 테이퍼진 부분(1762E)에 결합된다. 제1 스템 부분(1776E)의 제2 단부(1779E)는 배기 캠축(1714E)의 배기 밸브 로브(1715E)와 맞물리도록 구성된 롤러형 종동자(1790E)를 포함한다. 제2 스템 부분(1777E)의 제1 단부(1792E)는 테이퍼진 부분(1762E)에 결합된다. 제2 스템 부분(1777E)의 제2 단부(1793E)는 솔레노이드 액추에이터(1716E)에 결합되는 액추에이터 링키지(1796E)에 결합된다.

이러한 배열에서, 밸브 부재(1760I, 1760E)들은 각각 위에서 설명된 바와 같이 흡기 밸브 로브(1715I) 및 배기 밸브 로브(1715E)에 의해 이동될 수 있다. 추가적으로, 솔레노이드 액추에이터(1716I, 1716E)는 화살표(F: 흡기, J: 배기)에 의해 표시된 바와 같이, 밸브 부재(1760I, 1760E)를 폐쇄 위치로 편위시키기 위한 편위력을 공급할 수 있다. 또한, 몇몇 실시예에서, 솔레노이드 액추에이터(1716I, 1716E)는 밸브 로브(1715I, 1715E)에 의해 규정된 표준 밸브 타이밍을 무효화하여, 밸브(1760I, 1760E)가 (크랭크 각도 및/또는 시간의 함수로서) 더 큰 지속 시간 동안 개방 유지되도록 허용하기 위해 사용될 수 있다.

엔진(1700)이 밸브 부재(1760)의 이동을 제어하기 위해 솔레노이드 액추에이터(1716) 및 캠축(1714)을 포함하는 것으로 도시되고 설명되어 있지만, 다른 실시예에서, 엔진은 각각의 밸브 부재의 이동을 제어하기 위해 솔레노이드 액추에이터만을 포함할 수 있다. 그러한 배열에서, 캠축의 부재(不在)는 밸브 부재가 엔진 성능을 개선하기 위해 많은 방식으로 개방 및/또는 폐쇄되도록 허용한다. 예를 들어, 본원에서 상세하게 설명되는 바와 같이, 몇몇 실시예에서, 흡기 및/또는 배기 밸브 부재는 엔진 사이클 중에 복수 회로 주기적으로 개방 및 폐쇄될 수 있다 (즉, 4-행정 엔진에 대해 720 크랭크 각도). 다른 실시예에서, 흡기 및/또는 배기 밸브 부재는 전체 엔진 사이클에 걸쳐 폐쇄 위치에 유지될 수 있다.

위에서 도시되고 설명된 실린더 헤드 조립체는 캠리스(camless) 구동 및/또는 엔진 작동 사이클 내의 임의의 시점에서의 구동에 대해 특히 적합하다. 더욱 구체적으로, 앞서 설명된 바와 같이, 위에서 도시되고 설명된 밸브 부재는 그의 개방 위치에 있을 때 연소실 내로 연장되지 않기 때문에, 엔진 작동 중의 모든 시점에서 피스톤과 접촉하지 않을 것이다. 따라서, 흡기 및/또는 배기 밸브 작용 (즉, 밸브가 크랭크축의 각도 위치의 함수로서 개방 및/또는 폐쇄되는 시점)은 피스톤의 위치와 독립적으로 (즉, 제한 인자로서 밸브-피스톤 접촉을 고려하지 않고서) 구성될 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예에서, 흡기 밸브 부재 및/또는 배기 밸브 부재는 피스톤이 상사점(TDC)에 있을 때 완전 개방될 수 있다.

또한, 위에서 도시되고 설명된 밸브 부재는 엔진 작동 중에 비교적 작은 동력으로 구동될 수 있고, 이는 밸브 부재의 개방이 실린더 압력에 의해 억제되지 않고, 밸브 부재의 행정이 비교적 낮고, 그리고/또는 밸브의 개방을 억제하는 밸브 스프링이 비교적 낮은 편위력을 가질 수 있기 때문이다. 예를 들어, 위에서 설명된 바와 같이, 밸브 부재의 행정은 내부에 복수의 유동 통로를 포함함으로써 그리고 유동 통로들 사이의 간격을 감소시킴으로써 감소될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 밸브 부재의 행정은 2.3 mm(0.090 인치)일 수 있다.

밸브 부재를 개방하기 위해 요구되는 동력을 직접 감소시키는 것에 추가하여, 밸브 부재의 행정을 감소시키는 것 또한 비교적 낮은 스프링력을 갖는 밸브 스프링의 사용을 허용함으로써 동력 요건을 간접적으로 감소시킬 수 있다. 몇몇 실시예에서, 스프링력은 밸브 부재의 일부가 밸브 작동 중에 액추에이터와 접촉 유지되도록 보장하고 그리고/또는 밸브 부재가 개방 및/또는 폐쇄 시에 그의 종축을 따라 반복적으로 오실레이팅하지 않도록 보장하기 위해 선택될 수 있다. 상기 다른 방식으로, 스프링력의 크기는 작동 중에 밸브 "반발"을 방지하기 위해 선택될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 밸브 부재의 행정을 감소시키는 것은 밸브 부재가 감소된 속도, 가속도 및 저크 (즉, 가속도의 제1 도함수) 프로파일로 개방 및/또는 폐쇄되도록 허용하여, 작동 중에 충격력 및/또는 밸브 부재가 반발하는 경향을 최소화할 수 있다. 결과적으로, 몇몇 실시예에서, 밸브 스프링은 비교적 낮은 스프링력을 갖도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예에서, 밸브 스프링은 밸브 부재가 폐쇄 위치 및 개방 위치에 있을 때, 110 N(50 lbf)의 스프링력을 가하도록 구성될 수 있다.

밸브 부재(1760I, 1760E)를 구동하기 위해 요구되는 감소된 동력의 결과로서, 몇몇 실시예에서, 솔레노이드 액추에이터(1716I, 1716E)는 비교적 낮은 전류를 요구하는 12 볼트 액추에이터일 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예에서, 솔레노이드 액추에이터는 14 내지 15 암페어의 전류 사이의 밸브 개방 중의 전류 인입으로 12 볼트 상에서 작동할 수 있다. 다른 실시예에서, 솔레노이드 액추에이터는 초기 밸브 부재 개방 작용 중에 높은 전압 및/또는 전류 상에서 그리고 밸브 부재를 개방 유지할 때 낮은 전압 및/또는 전류 상에서 작동하도록 구성된 12 볼트 액추에이터일 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예에서, 솔레노이드 액추에이터는 밸브 개방 작용의 최초 100 마이크로초 중에 70 내지 90 볼트 사이의 초기 전압을 제공하는 "피크 - 유지" 사이클 상에서 작동할 수 있다.

엔진 기생 손실을 감소시키는 것에 추가하여, 감소된 동력 요건 및/또는 감소된 밸브 부재 행정은 또한 밸브 작용을 형성하는데 있어서 더 큰 유연성을 허용한다. 예를 들어, 몇몇 실시예에서, 밸브 부재는 크랭크축 위치의 함수로서의 밸브 부재를 통한 유동 면적이 사각파와 근사하도록 개방 및/또는 폐쇄되도록 구성될 수 있다.

위에서 설명된 바와 같이, 몇몇 실시예에서, 흡기 밸브 부재 및/또는 배기 밸브 부재는 더 긴 지속 시간 동안 개방 유지되거나, 엔진 사이클 중에 복수 회 개방 및 폐쇄될 수 있다. 도32는 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진(1800)의 일부의 개략도이다. 엔진(1800)은 2개의 실린더(1803)를 형성하는 엔진 블록(1802)을 포함한다. 실린더(1803)는 예를 들어 4-기통 엔진의 2개의 실린더일 수 있다. 왕복 피스톤(1804)이 위에서 설명된 바와 같이, 각각의 실린더(1803) 내에 배치된다. 실린더 헤드(1830)는 엔진 블록(1802)에 결합된다. 위에서 설명된 실린더 헤드 조립체와 유사하게, 실린더 헤드(1830)는 2개의 전자 구동식 흡기 밸브(1860I) 및 2개의 전자 구동식 배기 밸브(1860E)를 포함한다. 흡기 밸브(1860I)는 흡기 매니폴드(1810I)와 각각의 실린더(1803) 사이의 기체의 유동을 제어하도록 구성된다. 유사하게, 배기 밸브(1860E)는 배기 매니폴드(1810E)와 각각의 실린더 사이의 기체의 교환을 제어한다.

엔진(1800)은 각각의 흡기 밸브(1860I) 및 배기 밸브(1860E)와 통신하는 전자 제어 유닛(1896: ECU)을 포함한다. ECU는 다양한 센서로부터 입력의 수신하고, 원하는 엔진 작동 조건을 결정하고, 다양한 액추에이터로 신호를 이송하여 이에 따라 엔진을 제어하도록 구성된 기술 분야에 공지된 유형의 프로세서이다. 도시된 실시예에서, ECU(1896)는 밸브가 원하는 대로 개방 및 폐쇄되도록, 적절한 밸브 작용을 결정하고 각각의 밸브(1860I, 1860E)에 전자 신호를 제공하도록 구성된다.

ECU(1896)는 예를 들어 엔진(1800)을 제어하는 것에 관련된 하나 이상의 구체적인 작업을 수행하도록 구성된 상용 처리 장치일 수 있다. 예를 들어, ECU(1896)는 마이크로 프로세서 및 메모리 장치를 포함할 수 있다. 마이크로 프로세서는 예를 들어 하나 이상의 구체적인 기능을 수행하도록 설계된, 주문형 반도체(ASIC) 또는 ASIC들의 조합일 수 있다. 또 다른 실시예에서, 마이크로 컴퓨터는 아날로그 또는 디지털 회로, 또는 복수의 회로들의 조합일 수 있다. 메모리 장치는 예를 들어 읽기 전용 메모리(ROM) 부품, 임의 접근 메모리(RAM) 부품, 전기적으로 프로그램 가능한 읽기 전용 메모리(EPROM), 전기적으로 소거 가능하며 프로그램 가능한 읽기 전용 메모리(EEPROM), 및/또는 플래시 메모리를 포함할 수 있다.

엔진(1800)이 ECU(1896)를 포함하는 것으로 도시되고 설명되어 있지만, 몇몇 실시예에서, 엔진(1800)은 프로세서에 본원에서 설명되는 기능을 수행하도록 지시하는 프로세서 판독 가능 코드 형태의 소프트웨어를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 엔진(1800)은 본원에서 설명되는 기능을 수행하는 펌웨어를 포함할 수 있다.

도33은 "실린더 불활성화" 모드로 작동하는 엔진(1800)의 일부의 개략도이다. 실린더 불활성화는 예를 들어 차량이 고속으로 작동하고 있을 때와 같은 감소된 부하로 엔진이 작동하는 (즉, 엔진이 비교적 낮은 양의 토크 및/또는 동력을 생성할 때의) 기간 중에 하나 이상의 실린더 내에서 연소 작용을 일시적으로 불활성화함으로써 엔진의 전체적인 효율을 개선하는 방법이다. 감소된 부하에서의 작동은 무엇보다도 흡기 공기를 스로틀링하는 것과 관련된 높은 펌핑 손실로 인해 본질적으로 비효율적이다. 그러한 경우에, 전체 엔진 효율은 하나 이상의 실린더 내에서 연소 작용을 불활성화함으로써 개선될 수 있고, 이는 나머지 실린더가 더 높은 부하에서 그리고 흡기 공기의 더 적은 스로틀링에 의해 작동하도록 요구하여, 펌핑 손실을 감소시킨다.

엔진(1800)이 실린더 불활성화 모드로 작동할 때, 예를 들어 4-기통 엔진의 실린더 #4일 수 있는 실린더(1803A)가 표준 4-행정 연소 사이클 상에서 작동하는 점화 실린더이다. 역으로, 예를 들어 4-기통 엔진의 실린더 #3일 수 있는 실린더(1803B)가 불활성화되는 실린더이다. 도33에 도시된 바와 같이, 엔진(1800)은 점화 실린더(1803A) 내의 피스톤(1804A)이 화살표(AA)에 의해 표시된 바와 같이, 흡기 행정 시에 상사점(TDC)으로부터 하사점(BDC)을 향해 하방으로 이동하도록 구성된다. 흡기 행정 중에, 흡기 밸브(1860IA)는 개방되어, 공기 또는 공기/연료 혼합기가 화살표(N)에 의해 표시된 바와 같이 흡기 매니폴드(1810I)로부터 실린더(1803A) 내로 유동하도록 허용한다. 배기 밸브(1860EA)는 폐쇄되어, 실린더(1803A)가 배기 매니폴드(1810E)로부터 유체 격리된다.

역으로, 불활성화된 실린더(1803B) 내의 피스톤(1804B)은 화살표(BB)에 의해 표시된 바와 같이, BDC로부터 TDC를 향해 상방으로 이동한다. 도시된 바와 같이, 흡기 밸브(1860IB)는 개방되어, 공기가 화살표(P)에 의해 표시된 바와 같이 실린더(1803B)로부터 흡기 매니폴드(1810I) 내로 유동하도록 허용한다. 배기 밸브(1860EB)는 폐쇄되어, 실린더(1803B)가 배기 매니폴드(1810E)로부터 유체 격리된다. 이러한 방식으로, 엔진(1800)은 실린더(1803B)가 내부에 담긴 공기를 흡기 매니폴드(1810I) 및/또는 실린더(1803A) 내로 펌핑하게 작동하도록 구성된다. 상기 다른 방식으로, 실린더(1803B)가 수퍼차저로서 작용하도록 구성된다. 이러한 방식으로, 엔진(1800)은 실린더(1803A, 1803B)가 연료 및 공기를 연소시키기 위해 자연 흡기식 실린더로서 작동하는 "표준" 모드와, 실린더(1803B)가 불활성화되고 실린더(1803A)가 연료 및 공기를 연소시키기 위해 증강된 실린더로서 작동하는 "펌핑 보조" 모드로 작동할 수 있다.

엔진(1800)이 하나의 실린더가 다른 실린더에 공기를 공급하는 실린더 불활성화 모드로 작동하는 것으로 도시되고 설명되어 있지만, 몇몇 실시예에서, 엔진은 비점화 실린더의 배기 밸브 및 흡기 밸브 모두가 전체 엔진 사이클에 걸쳐 폐쇄 유지되는 실린더 불활성화 모드로 작동할 수 있다. 다른 실시예에서, 엔진은 비점화 실린더의 흡기 밸브 및/또는 배기 밸브가 전체 엔진 사이클에 걸쳐 개방 유지되는 실린더 불활성화 모드로 작동하여, 비점화 실린더를 통해 공기를 펌핑하는 것과 관련된 기생 손실을 제거할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 엔진은 비점화 실린더가 차량으로부터 동력을 흡수하도록 구성된 실린더 불활성화 모드로 작동하여, 차량 브레이크로서 작용할 수 있다. 그러한 실시예에서, 예를 들어, 비점화 실린더의 배기 밸브는 내부에 담긴 압축 공기가 팽창 일을 생성하지 않고서 방출되도록 조기에 개방되도록 구성될 수 있다.

도34 내지 도36은 각각 표준 4-행정 연소 모드, 제1 배기 가스 재순환(EGR) 모드 및 제2 EGR 모드로 작동하는 다기통 엔진의 실린더의 밸브 작용의 그래프이다. 종축은 크랭크축의 회전 위치에 대한 실린더 내의 피스톤의 위치를 표시한다. 예를 들어, 0°의 위치는 피스톤이 엔진의 점화 행정 시에 상사점에 있을 때 발생하고, 180°의 위치는 피스톤이 점화 후에 하사점에 있을 때 발생하고, 360°의 위치는 피스톤이 기체 교환 행정 시에 상사점에 있을 때 발생한다. 점선에 의해 둘러싸인 영역은 실린더와 관련된 흡기 밸브가 개방되는 기간을 나타낸다. 유사하게, 실선에 의해 둘러싸인 영역은 실린더와 관련된 배기 밸브가 개방되는 기간을 나타낸다.

도34에 도시된 바와 같이, 엔진이 4-행정 연소 모드로 작동할 때, 압축 작용(1910)은 기상 혼합물이 실린더 내로 흡인된 후에 발생한다. 압축 작용(1910) 중에, 흡기 및 배기 밸브는 피스톤이 TDC를 향해 상방으로 이동할 때 폐쇄되어, 실린더 내에 담긴 기상 혼합물이 피스톤의 이동에 의해 압축되도록 허용한다. 예를 들어 -10°와 같은 적합한 시점에서, 연소 작용(1915)이 시작된다. 예를 들어 120°와 같은, 피스톤이 하방으로 이동할 때의 적합한 시점에서, 배기 밸브 개방 작용(1920)이 시작된다. 몇몇 실시예에서, 배기 밸브 개방 작용(1920)은 피스톤이 TDC에 도달하여 하방으로 이동하기 시작할 때까지 계속된다. 또한, 도34에 도시된 바와 같이, 흡기 밸브 개방 작용(1925)은 배기 밸브 개방 작용(1920)이 종료되기 전에 시작될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 예를 들어, 흡기 밸브 개방 작용(1925)은 340°에서 시작될 수 있고, 배기 밸브 개방 작용(1920)은 390°에서 종료될 수 있어서, 50°의 중첩 기간을 생성한다. 예를 들어 600°와 같은 적합한 시점에서, 흡기 밸브 개방 작용(1925)이 종료되고 새로운 사이클이 시작된다.

몇몇 실시예에서, 소정량의 배기 가스가 배기 매니폴드로부터 배기 가스 재순환(EGR) 밸브를 거쳐 흡기 매니폴드로 이송된다. 몇몇 실시예에서, EGR 밸브는 정확한 양의 배기 가스가 흡기 매니폴드로 이송되는 것을 보장하도록 제어된다.

도35에 도시된 바와 같이, 엔진이 제1 EGR 모드로 작동할 때, 실린더와 관련된 흡기 밸브는 배기 가스를 실린더로부터 (도35에 도시되지 않은) 흡기 매니폴드 내로 직접 이송하도록 구성되어, 별도의 EGR 밸브에 대한 필요를 제거한다. 도시된 바와 같이, 압축 작용(1910')은 기상 혼합물이 실린더 내로 흡입된 후에 발생한다. 압축 작용(1910') 중에, 흡기 및 배기 밸브는 모두 피스톤이 TDC를 향해 상방으로 이동할 때 폐쇄되어, 실린더 내에 담긴 기상 혼합물이 피스톤의 작용에 의해 압축되도록 허용한다. 위에서 설명된 바와 같이, 적합한 시점에서, 연소 작용(1915')이 시작된다. 유사하게, 적합한 시점에서, 배기 밸브 개방 작용(1920')이 시작된다. 예를 들어 190°와 같은 배기 밸브 작용(1920') 중의 적합한 시점에서, 제1 흡기 밸브 개방 작용(1950)이 발생한다. 제1 흡기 밸브 개방 작용(1950)이 실린더 내의 배기 가스의 압력이 흡기 매니폴드 내의 압력보다 더 클 때 발생하도록 구성될 수 있기 때문에, 배기 가스의 일부는 실린더로부터 흡기 매니폴드 내로 유동할 것이다. 이러한 방식으로, 배기 가스는 흡기 밸브를 거쳐 흡기 매니폴드 내로 직접 이송될 수 있다. 배기 가스 유동의 양은 예를 들어 제1 흡기 밸브 개방 작용(1950)의 지속 시간을 변경하고, 제1 흡기 밸브 개방 작용(1950)이 발생하는 시점을 조정하고 그리고/또는 제1 흡기 밸브 개방 작용(1950) 중의 흡기 밸브의 행정을 변경함으로써 제어될 수 있다.

도35에 도시된 바와 같이, 제2 흡기 밸브 개방 작용(1925')은 배기 밸브 개방 작용(1920')이 종료되기 전에 시작될 수 있다. 위에서 설명된 바와 같이, 적합한 시점에서, 제1 흡기 밸브 개방 작용(1950)이 종료되고, 제2 흡기 밸브 개방 작용(1925')이 종료되고, 새로운 사이클이 시작된다.

도36에 도시된 바와 같이, 엔진이 제2 EGR 모드로 작동할 때, 실린더와 관련된 배기 밸브는 배기 가스를 (도시되지 않은) 배기 매니폴드로부터 (도35에 도시되지 않은) 실린더 내로 직접 이송하도록 구성되어, 별도의 EGR 밸브에 대한 필요를 제거한다. 도시된 바와 같이, 압축 작용(1910")은 기상 혼합물이 실린더 내로 흡인된 후에 발생한다. 압축 작용(1910") 중에, 흡기 및 배기 밸브는 모두 피스톤이 TDC를 향해 상방으로 이동할 때 폐쇄되어, 실린더 내에 담긴 기상 혼합물이 피스톤의 이동에 의해 압축되도록 허용한다. 위에서 설명된 바와 같이, 적합한 시점에서, 연소 작용(1915")이 시작된다. 유사하게, 적합한 시점에서, 제1 배기 밸브 개방 작용(1920")이 시작된다.

위에서 설명된 바와 같이, 흡기 밸브 개방 작용(1925")은 제1 배기 밸브 개방 작용(1920")이 종료되기 전에 시작될 수 있다. 예를 들어 500°와 같은, 흡기 밸브 개방 작용(1925") 중의 적합한 시점에서, 제2 배기 밸브 개방 작용(1960)이 발생한다. 제2 배기 밸브 개방 작용(1960)이 배기 매니폴드 내의 배기 가스의 압력이 실린더 내의 압력보다 더 클 때 발생하도록 구성될 수 있기 때문에, 배기 가스의 일부는 배기 매니폴드로부터 실린더 내로 유동할 것이다. 이러한 방식으로, 배기 가스는 배기 밸브를 거쳐 실린더 내로 직접 이송될 수 있다. 실린더 내로의 배기 가스 유동의 양은 예를 들어 제2 배기 밸브 개방 작용(1960)의 지속 시간을 변경하고, 제2 배기 밸브 개방 작용(1960)이 발생하는 시점을 조정하고 그리고/또는 제2 배기 밸브 개방 작용(1960) 중의 배기 밸브의 행정의 변경함으로써 제어될 수 있다. 위에서 설명된 바와 같이, 적합한 시점에서, 제2 배기 밸브 개방 작용(1970)이 종료되고, 흡기 밸브 개방 작용(1925")이 종료되고, 새로운 사이클이 시작된다.

밸브 작용이 사각파로서 표현되어 있지만, 다른 실시예에서, 밸브 작용은 임의의 적합한 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예에서, 밸브 작용은 사인파로서 구성될 수 있다. 이러한 방식으로, 밸브 부재의 가속도는 밸브의 개방 및/또는 폐쇄 중에 밸브 반발의 가능성을 최소화하도록 제어될 수 있다.

엔진 성능의 개선을 가능케 하는 것에 추가하여, 위에서 도시되고 설명된 밸브 부재의 배열은 또한 밸브 부재의 조립, 수리, 교체 및/또는 조정 시의 개선을 생성한다. 예를 들어, 도5를 참조하여 앞서 설명되고 도37에 도시된 바와 같이, 단부 플레이트(323)는 캡 스크루(317)에 의해 실린더 헤드(332)에 제거 가능하게 결합되어, 조립, 수리, 교체 및/또는 조정을 위해 스프링(318) 및 밸브 부재(360)에 대한 접근을 허용한다. 밸브 부재(360)가 실린더 헤드의 제1 표면(335) 아래로 연장되지 않기 때문에 (즉, 밸브 부재(360)가 실린더(303) 내로 돌출하지 않기 때문에), 밸브 부재(360)는 실린더 헤드 조립체(330)를 실린더(303)로부터 제거하지 않고서 설치 및/또는 제거될 수 있다. 또한, 밸브 부재(360)의 폭 및/또는 두께가 (예를 들어, 도5의 화살표(C)에 의해 표시된 방향으로) 캠축(314)으로부터 멀리 증가하도록 밸브 부재(360)의 테이퍼진 부분(362)이 밸브 포켓(338) 내에 배치되기 때문에, 밸브 부재(360)는 캠축(314) 및/또는 캠축(314)과 밸브 부재(360) 사이에 배치될 수 있는 임의의 링키지 (즉, 태핏)을 제거하지 않고서 제거될 수 있다. 추가적으로, 밸브 부재(360)는 기체 매니폴드(310)를 제거하지 않고서 제거될 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예에서, 사용자는 밸브 포켓(338)이 노출되도록 단부 플레이트(323)를 이동시키고, 스프링(318)을 제거하고, 키 홈(399)으로부터 정렬 키(398)를 제거하고, 밸브 포켓(338)으로부터 밸브 부재(360)를 활주시킴으로써, 밸브 부재(360)를 제거할 수 있다. 스프링(318)을 교체하기 위해 유사한 절차를 따를 수 있고, 이는 예를 들어 밸브 부재(360)의 제1 스템 부분(377)에 인가되는 편위력을 조정하기 위해 바람직할 수 있다.

유사하게, 단부 플레이트(322: 도5 참조)가 조립, 수리 및/또는 조정을 위해 캠축(314) 및 제1 스템 부분(376)에 대한 접근을 허용하도록 실린더 헤드(332)에 제거 가능하게 결합된다. 예를 들어, 본원에서 상세하게 설명되는 바와 같이, 몇몇 실시예에서, 밸브 부재는 실린더 헤드가 폐쇄 구성에 있을 때 캠축의 밸브 로브와 제1 스템 부분 사이에 소정의 간극을 제공하도록 구성된 (도시되지 않은) 조정 가능한 태핏을 포함할 수 있다. 그러한 배열에서, 사용자는 조정을 위해 태핏에 접근하기 위해 단부 플레이트(322)를 제거할 수 있다. 다른 실시예에서, 캠축은 실린더 헤드에 제거 가능하게 결합되는 (도시되지 않은) 분리된 캠 박스 내에 배치된다.

도38은 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진을 조립하기 위한 방법(2000)을 도시하는 흐름도이다. 도시된 방법은 실린더 헤드를 엔진 블록에 결합시키는 단계(2002)를 포함한다. 위에서 설명된 바와 같이, 몇몇 실시예에서, 실린더 헤드는 실린더 헤드 볼트를 사용하여 엔진 블록에 결합될 수 있다. 다른 실시예에서, 실린더 헤드 및 엔진 블록은 단일체로 구성될 수 있다. 그러한 실시예에서, 실린더 헤드는 주조 공정 중에 엔진 블록에 결합된다. 그 다음, 2004에서, 캠축이 엔진 내로 설치된다.

그 다음 방법은 위에서 도시되고 설명된 유형의 밸브 부재를 실린더 헤드에 의해 형성된 밸브 포켓 내로 이동시키는 단계(2006)를 포함한다. 앞서 설명된 바와 같이, 몇몇 실시예에서, 밸브 부재는 밸브 부재의 제1 스템 부분이 캠축의 밸브 로브에 인접하여 맞물리도록 설치될 수 있다. 밸브 부재가 밸브 포켓 내에 배치되면, 편위 부재가 밸브 부재의 제2 스템 부분에 인접하여 배치되고 (2008), 제1 단부 플레이트가 실린더 헤드에 결합되어, 편위 부재의 일부가 제1 단부 플레이트와 맞물린다 (2010). 이러한 방식으로, 편위 부재는 부분적으로 압축된 (즉, 예비 부하) 구성에서 제 위치에 보유된다. 편위 부재 예비 부하의 양은 제1 단부 플레이트와 편위 부재 사이에 스페이서를 추가 및/또는 제거함으로써 조정될 수 있다.

편위 부재가 비교적 낮은 예비 부하력을 갖도록 구성될 수 있기 때문에, 몇몇 실시예에서, 제1 단부 플레이트는 스프링 압축기를 사용하지 않고서 실린더 헤드에 결합될 수 있다. 다른 실시예에서, 제1 단부 플레이트를 실린더 헤드에 고정시키는 캡 스크루는 제1 단부 플레이트가 스프링 압축기를 사용하지 않고서 실린더에 결합될 수 있도록 소정의 길이를 가질 수 있다.

그 다음 도시된 방법은 밸브 래시 설정을 조정하는 단계(2012)를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 밸브 래시 설정은 밸브 부재의 제1 스템 부분과 캠축 사이에 배치된 태핏을 조정함으로써 조정된다. 다른 실시예에서, 방법은 밸브 래시 설정을 조정하는 단계를 포함하지 않는다. 그 다음 방법은 위에서 설명된 바와 같이, 제2 단부 플레이트를 실린더 헤드에 결합시키는 단계(2014)를 포함한다.

도39는 본 발명의 일 실시예에 따른 실린더 헤드를 제거하지 않고서 엔진 내의 밸브 부재를 교체하기 위한 방법(2100)을 도시하는 흐름도이다. 도시된 방법은 실린더 헤드에 의해 형성된 밸브 포켓의 제1 개방부를 노출시키기 위해 단부 플레이트를 이동시키는 단계(2102)를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 단부 플레이트는 실린더 헤드로부터 제거될 수 있다. 다른 실시예에서, 단부 플레이트는 제1 개방부가 노출되도록 헐거워져서 피벗될 수 있다. 밸브 부재의 제2 단부 부분과 단부 플레이트 사이의 배치된 편위 부재가 제거된다 (2104). 이러한 방식으로, 밸브 부재의 제2 단부 부분이 노출된다. 그 다음 밸브 부재는 제1 개방부를 통해 밸브 포켓 내로부터 제거된다 (2106). 몇몇 실시예에서, 캠축은 제1 개방부를 통해 밸브 부재를 이동시키는 것을 보조하도록 회전될 수 있다. 교체 밸브 부재가 밸브 포켓 내에 배치된다 (2108). 그 다음, 위에서 설명된 바와 같이, 편위 부재가 교체되고 (2110), 단부 플레이트가 실린더 헤드에 결합된다 (2112).

본 발명의 다양한 실시예가 위에서 설명되었지만, 이는 제한적이 아닌 예시적으로만 제시되었다는 것을 이해하여야 한다. 위에서 설명된 방법이 특정 순서로 발생하는 특정 작용들을 표시하지만, 특성 작용들의 순서는 수정될 수 있다. 추가적으로, 작용들 중 일부는 가능하다면 병렬 처리로 동시에 수행될 수 있고, 아울러 위에서 설명된 바와 같이 순차적으로 수행될 수도 있다.

Claims (43)

1. 실린더와 기체 매니폴드에 결합되도록 구성되고, 밸브 포켓을 형성하는 내부 표면을 갖는 실린더 헤드와,
   상기 밸브 포켓 내에 이동 가능하게 배치되도록 구성되는 테이퍼진 부분을 갖는 밸브 부재를 포함하고,
   적어도 상기 테이퍼진 부분은 복수의 밸브 유동 통로를 형성하고, 상기 테이퍼진 부분은 복수의 밀봉 부분을 포함하며, 적어도 하나의 밀봉 부분은 복수의 밸브 유동 통로 중 각각의 밸브 유동 통로에 인접하고,
   상기 복수의 밀봉 부분 중 적어도 하나의 밀봉 부분은 상기 실린더 헤드 및 밸브 부재가 선택적으로 제1 구성에 있는 경우 상기 실린더 헤드의 내부 표면으로부터 이격되고, 상기 적어도 하나의 밀봉 부분은 상기 실린더 헤드 및 밸브 부재가 선택적으로 제2 구성에 있는 경우 상기 실린더 헤드의 내부 표면의 일부와 접촉하는 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 밀봉 부분 중 각각의 밀봉 부분은 상기 실린더 헤드 및 밸브 부재가 선택적으로 제1 구성에 있는 경우 상기 실린더 헤드의 내부 표면으로부터 이격되고,
   상기 복수의 밀봉 부분 중 각각의 밀봉 부분은 상기 실린더 헤드 및 밸브 부재가 선택적으로 제2 구성에 있는 경우 상기 실린더 헤드의 내부 표면의 일부와 접촉하는 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 밸브 유동 통로 중 적어도 하나의 밸브 유동 통로는 상기 실린더 헤드 및 밸브 부재가 선택적으로 제2 구성에 있는 경우 상기 실린더로부터 유체 격리되는 장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 실린더 헤드 및 밸브 부재가 선택적으로 제2 구성에 있는 경우 복수의 밀봉 부분 중 상기 적어도 하나의 밀봉 부분과 상기 실린더 헤드의 내부 표면의 일부가 선택적으로 유밀식 밀봉을 형성하는 장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 실린더 헤드는 상기 실린더 및 밸브 포켓과 유체 연통되는 복수의 실린더 유동 통로를 형성하고,
   상기 실린더 헤드 및 밸브 부재가 선택적으로 제1 구성에 있는 경우 상기 복수의 밸브 유동 통로 중 각각의 밸브 유동 통로는 상기 복수의 실린더 유동 통로 중 대응하는 실린더 유동 통로와 유체 연통되며,
   상기 실린더 헤드 및 밸브 부재가 선택적으로 제2 구성에 있는 경우 상기 복수의 밸브 유동 통로 중 각각의 밸브 유동 통로는 상기 복수의 실린더 유동 통로 중 대응하는 실린더 유동 통로로부터 유체 격리되는 장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 밸브 유동 통로 중 각각의 밸브 유동 통로는 상기 밸브 부재의 테이퍼진 부분의 복수의 밀봉 부분 중 한 쌍의 인접한 밀봉 부분 사이에 배치되는 장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 밸브 유동 통로 중 각각의 밸브 유동 통로는 상기 실린더 헤드 및 밸브 부재가 선택적으로 제2 구성에 있는 경우 상기 기체 매니폴드로부터 유체 격리되는 장치.
8. 삭제
9. 제1항에 있어서, 상기 복수의 밀봉 부분 중 하나의 밀봉 부분은 상기 테이퍼진 부분의 외측 표면 둘레에서 연속적으로 연장되는 장치.
10. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 밸브 유동 통로 중 하나의 밸브 유동 통로는 상기 밸브 부재의 테이퍼진 부분을 통해 연장되고, 상기 밸브 부재의 테이퍼진 부분의 외측 표면에 의해 형성된 개방부를 포함하며,
    상기 복수의 밀봉 부분 중 하나의 밀봉 부분은 상기 밸브 유동 통로의 개방부를 둘러싸는 장치.
11. 제1항에 있어서,
    상기 밸브 부재의 테이퍼진 부분은 상기 실린더 헤드의 밸브 포켓 내에서 제1 위치와 제2 위치 사이에서 종방향으로 이동하도록 구성되고, 상기 제2 위치는 제1 위치와 다르며,
    상기 실린더 헤드 및 밸브 부재가 선택적으로 제1 구성에 있는 경우 상기 밸브 부재의 테이퍼진 부분은 제1 위치에 있게 되고,
    상기 실린더 헤드 및 밸브 부재가 선택적으로 제2 구성에 있는 경우 상기 밸브 부재의 테이퍼진 부분은 제2 위치에 있게 되는 장치.
12. 제1항에 있어서,
    상기 밸브 포켓은 상기 밸브 부재를 포함하도록 구성되어, 상기 밸브 부재의 테이퍼진 부분이 상기 실린더의 외부에 배치되는 장치.
13. 실린더와 기체 매니폴드에 결합되도록 구성되고, 밸브 포켓을 형성하는 내부 표면을 갖는 실린더 헤드와,
    상기 밸브 포켓 내에 배치되도록 구성되는 밸브 부재를 포함하고,
    상기 밸브 부재는 밸브 부재의 종축을 따라 밸브 포켓 내에서 이동 가능하고, 복수의 밸브 유동 통로를 형성하는 테이퍼진 부분을 가지며, 상기 테이퍼진 부분은 복수의 밀봉 부분을 포함하고, 적어도 하나의 밀봉 부분은 복수의 밸브 유동 통로 중 각각의 밸브 유동 통로에 인접하고,
    상기 실린더 헤드 및 밸브 부재가 선택적으로 제1 구성에 있는 경우 상기 복수의 밸브 유동 통로 중 적어도 하나의 밸브 유동 통로는 상기 실린더 및 기체 매니폴드와 유체 연통되고, 상기 실린더 헤드 및 밸브 부재가 선택적으로 제2 구성에 있는 경우 각각의 밀봉 부분이 상기 실린더 헤드의 내부 표면의 일부에 접촉하여 상기 복수의 밸브 유동 통로 중 각각의 밸브 유동 통로가 실린더로부터 유체 격리되는 장치.
14. 제13항에 있어서,
    상기 복수의 밀봉 부분 중 각각의 밀봉 부분은 상기 실린더 헤드 및 밸브 부재가 선택적으로 제1 구성에 있는 경우 상기 실린더 헤드의 내부 표면으로부터 이격되는 장치.
15. 제13항에 있어서,
    상기 실린더 헤드는 상기 실린더 및 밸브 포켓과 유체 연통되는 복수의 실린더 유동 통로를 형성하고,
    상기 실린더 헤드 및 밸브 부재가 선택적으로 제1 구성에 있는 경우 상기 복수의 밸브 유동 통로 중 각각의 밸브 유동 통로는 상기 복수의 실린더 유동 통로 중 대응하는 실린더 유동 통로와 유체 연통되며,
    상기 실린더 헤드 및 밸브 부재가 선택적으로 제2 구성에 있는 경우 상기 복수의 밸브 유동 통로 중 각각의 밸브 유동 통로는 상기 복수의 실린더 유동 통로 중 대응하는 실린더 유동 통로로부터 유체 격리되는 장치.
16. 제13항에 있어서,
    상기 복수의 밸브 유동 통로 중 각각의 밸브 유동 통로는 상기 밸브 부재의 테이퍼진 부분의 복수의 밀봉 부분 중 한 쌍의 인접한 밀봉 부분 사이에 배치되는 장치.
17. 제13항에 있어서,
    상기 복수의 밸브 유동 통로 중 각각의 밸브 유동 통로는 상기 실린더 헤드 및 밸브 부재가 선택적으로 제2 구성에 있는 경우 상기 기체 매니폴드로부터 유체 격리되는 장치.
18. 삭제
19. 제13항에 있어서,
    상기 밸브 부재의 테이퍼진 부분은 상기 실린더 헤드의 밸브 포켓 내에서 제1 위치와 제2 위치 사이에서 종방향으로 이동하도록 구성되고, 상기 제2 위치는 제1 위치와 다르며,
    상기 실린더 헤드 및 밸브 부재가 선택적으로 제1 구성에 있는 경우 상기 밸브 부재의 테이퍼진 부분은 제1 위치에 있게 되고,
    상기 실린더 헤드 및 밸브 부재가 선택적으로 제2 구성에 있는 경우 상기 밸브 부재의 테이퍼진 부분은 제2 위치에 있게 되는 장치.
20. 제13항에 있어서,
    상기 밸브 포켓은 상기 밸브 부재를 포함하도록 구성되어, 상기 밸브 부재의 테이퍼진 부분이 상기 실린더의 외부에 배치되는 장치.
21. 삭제
22. 삭제
23. 삭제
24. 삭제
25. 삭제
26. 삭제
27. 삭제
28. 삭제
29. 삭제
30. 실린더 헤드에 의해 형성된 밸브 포켓 내로, 상기 실린더 헤드에 의해 형성된 측 개방부를 통해 밸브 부재의 종축에 평행한 방향으로 밸브 부재를 이동시키는 단계와,
    편위 부재의 제1 부분을 상기 밸브 포켓 내에 배치하여 상기 제1 부분이 밸브 부재의 단부에 접촉하도록 하는 단계와,
    상기 실린더 헤드에 보유 부재를 결합하여 상기 보유 부재가 상기 측 개방부를 실질적으로 덮고 상기 편위 부재의 제2 부분이 상기 보유 부재와 결합되도록 하는 단계와,
    상기 실린더 헤드를 엔진 블록에 결합하는 단계를 포함하고,
    상기 밸브 부재는 복수의 밸브 유동 통로를 형성하는 테이퍼진 부분을 갖고, 엑츄에이터에 의해 상기 밸브 포켓 내에서 왕복 운동하도록 구성되는 방법.
31. 제30항에 있어서,
    상기 테이퍼진 부분은 테이퍼진 부분의 각각의 폭 및 두께가 상기 밸브 부재의 종축을 따라 선형적으로 감소하도록 구성되는 방법.
32. 제30항에 있어서,
    상기 밸브 포켓은 상기 밸브 부재의 테이퍼진 부분을 실질적으로 둘러싸는 방법.
33. 제30항에 있어서,
    상기 실린더 헤드의 표면은 연소실의 일부를 형성하는 방법.
34. 제30항에 있어서,
    상기 이동 단계는 상기 밸브 부재의 테이퍼진 부분이 엔진 블록의 실린더의 외부에 배치되도록 상기 밸브 부재를 밸브 포켓 내로 이동시키는 것을 포함하는 방법.
35. 제30항에 있어서,
    상기 편위 부재의 제1 부분을 배치하는 단계는 상기 편위 부재의 제1 부분을 상기 측 개방부를 통하여 밸브 포켓 내에 배치하는 것을 포함하는 방법.
36. 제30항에 있어서,
    상기 실린더 헤드를 엔진 블록에 결합하는 단계는 보유 부재를 실린더 헤드에 결합하는 단계 이후에 실행되는 방법.
37. 실린더 헤드의 테이퍼진 표면에 의해 적어도 부분적으로 형성된 밸브 포켓 내로 밸브 부재를 이동시키는 단계와,
    상기 실린더 헤드에 단부 플레이트를 결합하여, 보유 부재가 상기 실린더 헤드에 의해 형성된 측 개방부를 실질적으로 덮는 단계를 포함하고,
    상기 밸브 부재가 폐쇄 위치에 있는 경우에 상기 밸브 부재의 스템 부분은 액츄에이터와 결합되도록 구성되고, 상기 밸브 부재의 테이퍼진 부분은 상기 실린더 헤드의 테이퍼진 표면과 접촉하도록 구성되며, 상기 실린더 헤드의 테이퍼진 표면의 제1 면은 복수의 제1 헤드 유동 개방부를 형성하고, 상기 실린더 헤드의 테이퍼진 표면의 제2 면은 복수의 제2 헤드 유동 개방부를 형성하며, 상기 밸브 부재의 테이퍼진 부분은 복수의 밸브 유동 통로를 형성하고, 상기 밸브 부재가 개방 위치에 있는 경우에 각각의 밸브 유동 통로는 상기 복수의 제1 헤드 유동 개방부 중 대응하는 헤드 유동 개방부와 상기 복수의 제2 헤드 유동 개방부 중 대응하는 헤드 유동 개방부와 유체 연통되도록 구성되는, 방법.
38. 제37항에 있어서,
    상기 밸브 포켓 내로 밸브 부재를 이동시키는 단계는 상기 스템 부분의 일부가 밸브 포켓의 외부로 연장하도록 상기 밸브 부재를 이동시키는 것을 포함하는 방법.
39. 제37항에 있어서, 상기 이동시키는 단계는 상기 밸브 포켓 내에서 밸브 부재를 제1 방향으로 이동시키는 것을 포함하고,
    상기 방법은,
    상기 밸브 포켓 내에서 편위 부재의 제1 부분을 제1 방향으로 이동시키는 단계를 더 포함하고,
    상기 결합하는 단계는 상기 편위 부재의 제2 부분이 상기 단부 플레이트와 결합하도록 상기 단부 플레이트를 실린더 헤드에 결합하는 것을 포함하는 방법.
40. 제37항에 있어서,
    상기 실린더 헤드의 테이퍼진 표면은 제1 표면이고,
    상기 실린더 헤드의 제2 표면은 상기 실린더 헤드가 엔진 블록에 결합되는 경우 상기 연소실의 일부를 형성하는 방법.
41. 제37항에 있어서,
    상기 이동시키는 단계는 상기 실린더 헤드에 의해 형성된 측 개방부를 통하여 상기 밸브 부재의 종축에 평행한 방향으로 상기 밸브 부재를 밸브 포켓 내로 이동시키는 것을 포함하고,
    상기 방법은,
    상기 측 개방부를 통하여 편위 부재의 일부를 상기 밸브 포켓 내에 배치하는 단계를 더 포함하는 방법.
42. 제37항에 있어서,
    상기 밸브 부재에 대향하여 편위 부재의 제1 부분을 배치하는 단계를 더 포함하고,
    상기 결합하는 단계는 상기 편위 부재의 제2 부분이 상기 단부 플레이트와 결합하도록 상기 단부 플레이트를 실린더 헤드에 결합하는 것을 포함하고, 상기 편위 부재의 제2 부분은 상기 편위 부재의 제1 부분에 대향하는 방법.
43. 제37항에 있어서,
    상기 밸브 부재는 액츄에이터에 의해 밸브 포켓 내에서 왕복 운동하도록 구성되어, 상기 밸브 부재가 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 이동하는 방법.

Images