KR101610112B1 - 엔진의 흡배기용 중공밸브 - Google Patents

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강동환
손현조
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현대자동차 주식회사
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Abstract

엔진의 흡배기용 중공밸브가 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 엔진의 흡배기용 중공밸브는 내부에 헤드 중공부를 갖는 헤드와 내부에 스템 중공부를 갖는 스템으로 이루어져 각 중공부 내에 냉매를 주입하여 냉각성능을 개선하도록 하는 엔진의 흡배기용 중공밸브에 있어서, 상기 헤드 중공부와 스템 중공부의 연결부는 상기 냉매의 유동을 활성화하도록 냉매의 상승유동을 안내하는 냉매 안내면이 형성된다.

Description

엔진의 흡배기용 중공밸브{HOLLOW VALVE FOR INTAKE AND EXHAUST OF ENGINE}
본 발명은 엔진의 흡배기용 중공밸브에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 헤드 중공부와 스템 중공부에 주입된 냉매의 상승유동을 활성화하여 냉각 성능을 개선할 수 있는 엔진의 흡배기용 중공밸브에 관한 것이다.
일반적으로 엔진의 흡배기 밸브는 실린더 헤드 상에서 흡기 포트 및 배기 포트의 개폐를 제어하는 밸브이다.
상기한 흡배기 밸브는 밸브시트에 작용하는 헤드와, 상기 헤드의 중심에 수직으로 구성된 스템, 및 상기 스템의 상단부에 형성되어 밸브 리프터와 연결되는 팁으로 구성된다.
이러한 흡배기 밸브는 스템이 밸브 스프링과 함께 실린더 헤드에 설치되고, 팁은 밸브 리프터에 접촉된 상태로 설치되어 회전하는 캠에 의해 밸브 리프터가 힌지 작동하면, 왕복운동을 통하여 헤드가 흡기 및 배기 포트를 개폐 제어하게 된다.
한편, 최근에는 흡배기 밸브 내부를 헤드 중공부와 스템 중공부와 같이 중공으로 형성하여 냉매를 주입함으로써 냉각 성능을 개선한 중공밸브가 적용되는 추세이다.
그러나 종래의 흡배기용 중공밸브는 중공부에 냉매와 불할성 가스가 함께 주입되어 불활성 가스에 의해 냉매의 유동이 방해되며, 이로 인해 냉매의 냉각 성능이 저하되는 문제점이 있다.
또한, 종래의 흡배기용 중공밸브는 내부의 헤드 중공부와 스템 중공부의 각 내주면이 직교하여 냉매의 유동을 방해하는 구조로 이루어지며, 이로 인해 냉매의 유동이 제한적으로 이루어져 냉각성능이 저하되는 단점이 있다.
이와 같이, 냉각성능의 저하는 헤드에 열부하가 집중되어 흡배기용 중공밸브의 수명을 단축시키는 원인이 된다.
본 발명의 실시 예는 헤드 내부에 형성된 헤드 중공부와, 스템 내부에 형성된 스템 중공부의 상호 직교하는 각 내주면을 냉매 안내면을 통해 연결하여 주입된 냉매의 상승유동을 안내함으로써 냉매 유동을 활성화하는 엔진의 흡배기용 중공밸브를 제공하고자 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 내부에 헤드 중공부를 갖는 헤드와 내부에 스템 중공부를 갖는 스템으로 이루어져 각 중공부 내에 냉매를 주입하여 냉각성능을 개선하도록 하는 엔진의 흡배기용 중공밸브에 있어서, 상기 헤드 중공부와 스템 중공부의 연결부는 상기 냉매의 유동을 활성화하도록 냉매의 상승유동을 안내하는 냉매 안내면이 형성되는 엔진의 흡배기용 중공밸브를 제공할 수 있다.
또한, 상기 냉매 안내면은 상기 헤드 중공부와 스템 중공부의 직교하는 각 내주면을 곡면으로 연결하여 이루어질 수 있다.
또한, 상기 곡면은 상기 헤드 중공부와 스템 중공부의 직교하는 각 내주면을 따라 전구간에 연속되게 형성될 수 있다.
또한, 상기 곡면은 상기 헤드 중공부와 스템 중공부의 직교하는 각 내주면을 따라 일정구간에 형성될 수 있다.
또한, 상기 일정구간은 상기 헤드 중공부와 스템 중공부의 직교하는 각 내주면의 1/2 구간일 수 있다.
또한, 상기 냉매 안내면은 상기 헤드 중공부와 스템 중공부의 직교하는 각 내주면을 경사면으로 연결할 수 있다.
또한, 상기 경사면은 상기 헤드 중공부와 스템 중공부의 직교하는 각 내주면을 따라 전구간에 연속되게 형성될 수 있다.
또한, 상기 경사면은 상기 헤드 중공부와 스템 중공부의 직교하는 각 내주면을 따라 일정구간에 형성될 수 있다.
또한, 상기 일정구간은 상기 헤드 중공부와 스템 중공부의 직교하는 각 내주면의 1/2 구간일 수 있다.
또한, 상기 헤드 중공부와 스템 중공부의 내부에는 상기 냉매와 함께 공기가 주입될 수 있다.
또한, 상기 헤드 중공부와 스템 중공부의 내부에는 진공이 형성된 상태로 상기 냉매가 주입될 수 있다.
또한, 상기 헤드 중공부와 스템 중공부의 내부에는 상기 냉매와 함께 불활성 액체가 주입될 수 있다.
본 발명의 실시 예는 헤드 중공부와 스템 중공부가 직교하는 각 내주면의 전구간 또는 일정 구간에 곡면 및 경사면으로 이루어지는 냉매 안내면을 형성시켜 주입된 냉매의 상승 유동을 유도함으로써 냉매의 유동을 활성화하고, 이에 따른 흡배기용 중공밸브의 냉각성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 흡배기용 중공밸브의 냉각성능이 향상됨에 따라 흡배기용 중공밸브의 열부하에 의한 파손 또는 수명단축을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 엔진의 흡배기용 중공밸브의 측단면도, 및 A-A 선에 따른 평단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 엔진의 흡배기용 중공밸브의 작동에 따른 냉매의 유동현상을 나타낸 상태도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 엔진의 흡배기용 중공밸브의 측단면도, 및 B-B 선에 따른 평단면도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 엔진의 흡배기용 중공밸브의 작동에 따른 냉매의 유동현상을 나타낸 상태도이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 엔진의 흡배기용 중공밸브의 측단면도, 및 C-C 선에 따른 평단면도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 엔진의 흡배기용 중공밸브의 작동에 따른 냉매의 유동현상을 나타낸 상태도이다.
도 7은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 엔진의 흡배기용 중공밸브의 측단면도, 및 D-D 선에 따른 평단면도이다.
도 8은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 엔진의 흡배기용 중공밸브의 작동에 따른 냉매의 유동현상을 나타낸 상태도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시 예를 설명한다.
본 발명의 실시 예를 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 적용하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 엔진의 흡배기용 중공밸브의 측단면도, 및 A-A 선에 따른 평단면도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 엔진의 흡배기용 중공밸브의 작동에 따른 냉매의 유동현상을 나타낸 상태도이다.
도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 엔진의 흡배기용 중공밸브(10)는 엔진의 실린더 헤드(1) 상에서 흡기 포트(P1) 또는 배기 포트(P2)의 개폐를 제어하는 밸브로써, 헤드(11), 스템(13), 팁(15)을 포함한다.
상기 헤드(11)는 내부에 헤드 중공부(11a)가 형성되고, 상기 스템(13)은 내부에 스템 중공부(13a)가 형성되는데, 상기 헤드 중공부(11a)와 상기 스템 중공부(13a)는 상호 연결된다.
상기 헤드 중공부(11a)와 상기 스템 중공부(13a)를 연결하는 연결부는 냉매 안내면(17)이 형성되는데, 상기 냉매 안내면(17)은 상기 헤드 중공부(11a)와 스템 중공부(13a) 내에 주입된 냉매의 상승유동을 안내하여 냉매의 유동을 활성화시킨다.
한편, 상기와 같이, 상기한 헤드 중공부(11a)와 스템 중공부(13a) 내에 주입되는 냉매는 공기와 함께 주입되어 냉매의 유동을 활성화할 수 있으며, 또는 상기 헤드 중공부(11a)와 스템 중공부(13a) 내에 진공이 형성된 상태로 주입되어 냉매의 유동을 활성화할 수 있다.
또한, 상기 헤드 중공부(11a)와 스템 중공부(13a) 내에 주입되는 냉매는 불활성 액체와 함께 주입되어 냉매의 유동을 활성화할 수 있다.
따라서 상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 흡배기용 중공밸브(10)는 엔진의 실린더 헤드(1) 상에서 캠과 밸브 리프터의 작동에 의해 흡기 또는 배기 포트(P1,P2)를 개폐 제어한다.
이때, 상기 흡배기용 중공밸브(10)는 헤드(11)의 온도가 500°C ~ 900°C 까지 가열되며, 상기 헤드(11)에 열부하가 집중되는데, 냉매의 냉각 작용에 의해 헤드(11)의 온도를 낮추어 열에 의한 헤드(11)의 파손을 방지하게 된다.
특히, 냉매 안내면(17)의 작용에 의해 상기 냉매는 상승 유동이 활성화되어 헤드(11)의 냉각 성능을 더욱 향상시키게 된다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 흡배기용 중공밸브(10)는 냉매 안내면(17)이 헤드 중공부(11a)와 스템 중공부(13a)의 직교하는 각 내주면을 연결하는 곡면으로 이루어진다.
상기 곡면은 상기 헤드 중공부(11a)와 스템 중공부(13a)가 직교하는 각 내주면을 따라 전구간에 연속되게 형성되어 상기 냉매가 곡면의 냉매 안내면(17)을 따라 안내되어 상승 유동이 활성화된다.
도 2를 참조하면, 상기 흡배기용 중공밸브(10)는 실린더 헤드(1) 상에서 상하 왕복운동을 통하여 흡기 또는 배기 포트(P1,P2)를 개폐하면서, 헤드 중공부(11a)와 스템 중공부(13a) 내에 주입된 냉매가 상하로 유동하여 냉각 작용을 하게 된다.
이때, 상기 냉매는 냉매 안내면(17)을 형성하는 곡면을 따라 상승 유동 후, 수직방향으로 하강 유동하면서 헤드 중공부(11a) 내에서 난류를 형성하게 된다.
즉, 헤드 중공부(11a) 내에서 형성되는 난류로 인해 냉매의 유동이 더욱 활성화되어 흡배기용 중공밸브(10), 특히, 헤드(11)의 냉각 성능을 향상시킨다.
이하, 도 3과 도 4를 참조하여 본 발명의 제2 실시 예에 따른 흡배기용 중공밸브의 구성에 대하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 엔진의 흡배기용 중공밸브의 측단면도, 및 B-B 선에 따른 평단면도이고, 도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 엔진의 흡배기용 중공밸브의 작동에 따른 냉매의 유동현상을 나타낸 상태도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 흡배기용 중공밸브(10)는 제1 실시 예와 비교하여 냉매 안내면(17)이 상기 헤드 중공부(11a)와 스템 중공부(13a)를 직교하는 각 내주면을 곡면으로 연결하는 구성은 동일하나, 상기 곡면은 상기 헤드 중공부(11a)와 스템 중공부(13a)의 직교하는 각 내주면을 따라 일정구간에만 형성되는 차이점이 있다.
여기서, 상기 곡면이 형성되는 일정구간은 상기 헤드 중공부(11a)와 스템 중공부(13a)를 직교하는 각 내주면의 1/2 구간으로 이루어질 수 있다.
이에 따라, 상기 냉매는 일정구간에 형성된 곡면의 냉매 안내면(17)을 따라 상기 헤드 중공부(11a)에서 스템 중공부(13a)로 상승 유동하게 된다.
도 4를 참조하면, 상기 흡배기용 중공밸브(10)는 실린더 헤드(1) 상에서 상하 왕복운동을 통하여 흡기 또는 배기 포트(P1,P2)를 개폐하면서, 헤드 중공부(11a)와 스템 중공부(13a) 내에 주입된 냉매가 상하로 유동하여 냉각 작용을 하게 된다.
이때, 상기 냉매는 냉매 안내면(17)을 형성하는 일정구간의 곡면을 따라 상승 유동 후, 수직방향으로 하강 유동하면서 헤드 중공부(11a) 내에서는 난류를 형성하고, 스템 중공부(13a) 내에서는 와류를 형성하게 된다.
즉, 상기 냉매는 상기 헤드 중공부(11a)와 스템 중공부(13a)를 연결하는 일정구간의 곡면으로 이루어진 냉매 안내면(17)과 나머지 구간의 직교면을 따라 상승 유동하면서 스템 중공부(13a) 내에서 와류를 형성하고, 수직방향으로 하강 유동되는 냉매는 상기 헤드 중공부(11a)에서 난류를 형성하여 냉매의 유동이 더욱 활성화되어 흡배기용 중공밸브(10), 특히, 헤드(11)와 스템(13)의 냉각 성능을 향상시킨다.
이때, 상기 냉매의 상승 유동은 상기 일정구간의 곡면으로 이루어진 냉매 안내면(17)을 따라 상승 유동하는 냉매와 상기 직교면을 따라 상승하는 냉매가 스템 중공부(13a)에서 합류하여 각 냉매의 속도 차이에 의해 상기 스템 중공부(13a) 내에서 와류를 형성하게 된다.
이하, 도 5와 도 6을 참조하여 본 발명의 제3 실시 예에 따른 흡배기용 중공밸브의 구성에 대하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 엔진의 흡배기용 중공밸브의 측단면도, 및 C-C 선에 따른 평단면도이고, 도 6은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 엔진의 흡배기용 중공밸브의 작동에 따른 냉매의 유동현상을 나타낸 상태도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 흡배기용 중공밸브(10)는 냉매 안내면(17)이 상기 헤드 중공부(11a)와 스템 중공부(13a)를 직교하는 각 내주면을 경사면으로 연결하는 구성상의 차이점이 있다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 흡배기용 중공밸브(10)는 냉매 안내면(17)이 헤드 중공부(11a)와 스템 중공부(13a)의 직교하는 각 내주면을 연결하는 경사면으로 이루어진다.
상기 경사면은 상기 헤드 중공부(11a)와 스템 중공부(13a)가 직교하는 각 내주면을 따라 전구간에 연속되게 형성되어 상기 냉매가 경사면의 냉매 안내면(17)을 따라 안내되어 상승 유동이 활성화된다.
도 6을 참조하면, 상기 흡배기용 중공밸브(10)는 실린더 헤드(1) 상에서 상하 왕복운동을 통하여 흡기 또는 배기 포트(P1,P2)를 개폐하면서, 헤드 중공부(11a)와 스템 중공부(13a) 내에 주입된 냉매가 상하로 유동하여 냉각 작용을 하게 된다.
이때, 상기 냉매는 냉매 안내면(17)을 형성하는 경사면을 따라 상승 유동 후, 수직방향으로 하강 유동하면서 헤드 중공부(11a) 내에서 난류를 형성하게 된다.
즉, 헤드 중공부(11a) 내에서 형성되는 난류로 인해 냉매의 유동이 더욱 활성화되어 흡배기용 중공밸브(10), 특히, 헤드(11)의 냉각 성능을 향상시킨다.
이하, 도 7과 도 8을 참조하여 본 발명의 제4 실시 예에 따른 흡배기용 중공밸브의 구성에 대하여 설명한다.
도 7은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 엔진의 흡배기용 중공밸브의 측단면도, 및 D-D 선에 따른 평단면도이고, 도 8은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 엔진의 흡배기용 중공밸브의 작동에 따른 냉매의 유동현상을 나타낸 상태도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 제4 실시 예에 따른 흡배기용 중공밸브(10)는 제3 실시 예와 비교하여 냉매 안내면(17)이 상기 헤드 중공부(11a)와 스템 중공부(13a)를 직교하는 각 내주면을 경사면으로 연결하는 구성은 동일하나, 상기 경사면은 상기 헤드 중공부(11a)와 스템 중공부(13a)의 직교하는 각 내주면을 따라 일정구간에만 형성되는 차이점이 있다.
여기서, 상기 경사면이 형성되는 일정구간은 상기 헤드 중공부(11a)와 스템 중공부(13a)를 직교하는 각 내주면의 1/2 구간으로 이루어질 수 있다.
이에 따라, 상기 냉매는 일정구간에 형성된 경사면의 냉매 안내면(17)을 따라 상기 헤드 중공부(11a)에서 스템 중공부(13a)로 상승 유동하게 된다.
도 8을 참조하면, 상기 흡배기용 중공밸브(10)는 실린더 헤드(1) 상에서 상하 왕복운동을 통하여 흡기 또는 배기 포트(P1,P2)를 개폐하면서, 헤드 중공부(11a)와 스템 중공부(13a) 내에 주입된 냉매가 상하로 유동하여 냉각 작용을 하게 된다.
이때, 상기 냉매는 냉매 안내면(17)을 형성하는 일정구간의 경사면을 따라 상승 유동 후, 수직방향으로 하강 유동하면서 헤드 중공부(11a) 내에서는 난류를 형성하고, 스템 중공부(13a) 내에서는 와류를 형성하게 된다.
즉, 상기 냉매는 상기 헤드 중공부(11a)와 스템 중공부(13a)를 연결하는 일정구간의 경사면으로 이루어진 냉매 안내면(17)과 나머지 구간의 직교면을 따라 상승 유동하면서 스템 중공부(13a) 내에서 와류를 형성하고, 수직방향으로 하강 유동되는 냉매는 상기 헤드 중공부(11a)에서 난류를 형성하여 냉매의 유동이 더욱 활성화되어 흡배기용 중공밸브(10), 특히, 헤드(11)와 스템(13)의 냉각 성능을 향상시킨다.
이때, 상기 냉매의 상승 유동은 상기 일정구간의 경사면으로 이루어진 냉매 안내면(17)을 따라 상승 유동하는 냉매와 상기 직교면을 따라 상승하는 냉매가 스템 중공부(13a)에서 합류하여 각 냉매의 속도 차이에 의해 상기 스템 중공부(13a) 내에서 와류를 형성하게 된다.
따라서 본 발명의 제1,2,3,4,실시 예는 헤드 중공부(11a)와 스템 중공부(13a)가 직교하는 각 내주면의 전구간 또는 일정 구간에 곡면 및 경사면으로 이루어지는 냉매 안내면(17)을 통하여 냉매의 상승 유동을 효과적으로 유도함으로써 헤드 중공부(11a) 내에서는 난류를 형성하고, 스템 중공부(13a) 내에서는 와류를 형성하여 냉매의 유동을 활성화하고, 이에 따는 흡배기용 중공밸브(10)의 냉각성능을 향상시키게 된다.
이상으로 본 발명의 하나의 실시 예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시 예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
1: 실린더 헤드 10: 흡배기용 중공밸브
11: 헤드 11a: 헤드 중공부
13: 스템 13a: 스템 중공부
15: 팁 17: 냉매 안내면
P1: 흡기 포트 P2: 배기 포트

Claims (12)

  1. 내부에 헤드 중공부를 갖는 헤드와 내부에 스템 중공부를 갖는 스템으로 이루어져 각 중공부 내에 냉매를 주입하여 냉각성능을 개선하도록 하는 엔진의 흡배기용 중공밸브에 있어서,
    상기 헤드 중공부와 스템 중공부의 연결부는 상기 냉매의 유동을 활성화하도록 냉매의 상승유동을 안내하는 냉매 안내면이 형성되며,
    상기 냉매 안내면은 상기 헤드 중공부와 스템 중공부의 직교하는 각 내주면을 곡면으로 연결하여 이루어지되, 상기 곡면은 상기 헤드 중공부와 스템 중공부의 직교하는 각 내주면을 따라 일정구간에 형성되는 엔진의 흡배기용 중공밸브.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 일정구간은
    상기 헤드 중공부와 스템 중공부의 직교하는 각 내주면의 1/2 구간인 것을 특징으로 하는 엔진의 흡배기용 중공밸브.
  6. 내부에 헤드 중공부를 갖는 헤드와 내부에 스템 중공부를 갖는 스템으로 이루어져 각 중공부 내에 냉매를 주입하여 냉각성능을 개선하도록 하는 엔진의 흡배기용 중공밸브에 있어서,
    상기 헤드 중공부와 스템 중공부의 연결부는 상기 냉매의 유동을 활성화하도록 냉매의 상승유동을 안내하는 냉매 안내면이 형성되며,
    상기 냉매 안내면은 상기 헤드 중공부와 스템 중공부의 직교하는 각 내주면을 경사면으로 연결하여 이루어지되, 상기 경사면은 상기 헤드 중공부와 스템 중공부의 직교하는 각 내주면을 따라 일정구간에 형성되는 엔진의 흡배기용 중공밸브.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제6항에 있어서,
    상기 일정구간은
    상기 헤드 중공부와 스템 중공부의 직교하는 각 내주면의 1/2 구간인 것을 특징으로 하는 엔진의 흡배기용 중공밸브.
  10. 제1항 또는 제6항에 있어서,
    상기 헤드 중공부와 스템 중공부의 내부에는
    상기 냉매와 함께 공기가 주입되는 것을 특징으로 하는 엔진의 흡배기용 중공밸브.
  11. 제1항 또는 제6항에 있어서,
    상기 헤드 중공부와 스템 중공부의 내부에는
    진공이 형성된 상태로 상기 냉매가 주입되는 것을 특징으로 하는 엔진의 흡배기용 중공밸브.
  12. 제1항 또는 제6항에 있어서,
    상기 헤드 중공부와 스템 중공부의 내부에는
    상기 냉매와 함께 불활성 액체가 주입되는 것을 특징으로 하는 엔진의 흡배기용 중공밸브.
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