KR101839866B1

KR101839866B1 - 밸브 스템 씰

Info

Publication number: KR101839866B1
Application number: KR1020160125731A
Authority: KR
Inventors: 권혁명
Original assignee: 평화오일씰공업 주식회사
Priority date: 2016-09-29
Filing date: 2016-09-29
Publication date: 2018-03-19

Abstract

밸브 스템과 밸브 가이드 사이의 틈새를 통한 윤활 오일의 누유를 차단할 뿐만 아니라 엔진 실린더 헤드와 밸브 가이드 사이의 틈새를 통한 윤활 오일의 누유도 차단하는 밸브 스템 씰이 개시된다. 개시된 밸브 스템 씰은, 고무 소재로 이루어지며, 밸브 가이드의 상단부를 에워싸며 그 외주면에 밀착되는 밸브 가이드 밀착부, 및 밸브 가이드 밀착부와 연결되게 그 상측에 위치하고, 밸브 스템의 외주면 측으로 돌출된 메인 립(main lip)을 구비한 립부(lip portion)를 구비한 탄성 부재, 및 밸브 가이드 밀착부를 에워싸며 그 외주면에 밀착되어 밸브 가이드 밀착부를 밸브 가이드 상단부의 외주면에 밀착되도록 지지하는 지지 부재를 구비한다. 밸브 가이드 밀착부는 그 하단에 폐곡선을 형성하며 하향 돌출된 하단 립(lower lip)을 더 구비하고, 하단 립은 실린더 헤드에 탄성 밀착되어 밸브 가이드 밀착부의 하단과 실린더 헤드 사이가 누유(漏油)되지 않게 밀봉된다.

Description

밸브 스템 씰{Valve stem seal}

본 발명은 내연기관의 밸브 가이드(valve guide)와 밸브 스템(valve stem) 사이의 틈새를 통해 윤활 오일(oil)이 연소실로 침입하는 것을 방지하는 밸브 스템 씰에 관한 것이다.

차량의 엔진으로 주로 사용되는 피스톤 왕복형 내연기관에는 혼합 기체가 연소실 안으로 흡기될 때 및 연소 가스가 연소실 내부에서 외부로 배기될 때에는 개방되고, 연소실 내부에서 폭발이 발생할 때에는 폐쇄되는 흡기 밸브 및 배기 밸브가 설치된다. 상기 흡기 밸브 및 배기 밸브는 공통적으로, 흡기 포트(port) 및 배기 포트를 개폐하도록 승강하는 밸브 스템(valve stem)과, 상기 밸브 스템의 승강 운동을 안내하는 밸브 가이드(valve guide)와, 상기 밸브 스템과 상기 밸브 가이드 사이의 틈새를 통해 윤활 오일이 엔진 실린더(cylinder) 내부로 누유되지 않도록 막는 밸브 스템 씰(valve stem seal)을 구비한다.

상기 밸브 가이드는 상기 흡기 포트 및 배기 포트를 한정하는 엔진 실린더의 실린더 헤드(cylinder head)에 압입 고정되고, 밸브 스템 씰은 상기 밸브 가이드의 상단부에 고정 결합된다. 그런데, 상술한 바와 같이 밸브 스템 씰에 의해 상기 내연기관의 작동 중에 밸브 스템과 밸브 가이드 사이의 틈새를 통한 윤활 오일의 누유를 막을 수는 있지만, 실린더 헤드와 밸브 가이드 사이의 틈새를 통한 윤활 오일의 누유는 막을 수 없다. 그리하여, 윤활 오일의 누유로 인한 내연기관 성능 저하의 가능성이 있고, 배기 가스에 윤활 오일의 성분이 포함되어 대기 오염 물질 배출량이 증대될 수 있으며, 윤활 오일 교체와 보충을 위한 비용이 증대될 수 있다.

대한민국 등록실용신안공보 제20-0130985호

본 발명은 밸브 스템과 밸브 가이드 사이의 틈새를 통한 윤활 오일의 누유를 차단할 뿐만 아니라 실린더 헤드와 밸브 가이드 사이의 틈새를 통한 윤활 오일의 누유도 차단하는 밸브 스템 씰을 제공한다.

본 발명은, 밸브 스템과, 실린더 헤드에 압입 고정되어 상기 밸브 스템의 승강을 안내하는 밸브 가이드 사이의 틈새를 통하여 윤활 오일이 과도하게 실린더 내부로 유입되지 않도록 막는 것으로, 고무 소재로 이루어지며, 상기 밸브 가이드의 상단부를 에워싸며 그 외주면에 밀착되는 밸브 가이드 밀착부, 및 상기 밸브 가이드 밀착부와 연결되게 그 상측에 위치하고, 상기 밸브 스템의 외주면 측으로 돌출된 메인 립(main lip)을 구비한 립부(lip portion)를 구비한 탄성 부재, 및 상기 밸브 가이드 밀착부를 에워싸며 그 외주면에 밀착되어 상기 밸브 가이드 밀착부를 상기 밸브 가이드 상단부의 외주면에 밀착되도록 지지하는 지지 부재를 구비하고, 상기 밸브 가이드 밀착부는 그 하단에 폐곡선을 형성하며 하향 돌출된 하단 립(lower lip)을 더 구비하고, 상기 하단 립은 상기 실린더 헤드에 탄성 밀착되어 상기 밸브 가이드 밀착부의 하단과 상기 실린더 헤드 사이가 누유(漏油)되지 않게 밀봉되는 밸브 스템 씰을 제공한다.

상기 하단 립은 복수 개가 구비되고, 상기 복수의 하단 립은 상기 밸브 스템 씰의 중심 축선을 원의 중심으로 하고 서로 다른 반경을 갖는 복수의 동심원을 따라 형성될 수 있다.

상기 하단 립의 종단면의 형상은 아래로 갈수록 폭이 좁아지는 삼각형 또는 반원형일 수 있다.

상기 하단 립의 높이는 0.2 내지 0.8mm 일 수 있다.

상기 지지 부재는 하단에 상기 밸브 스템 씰의 중심 축선에 대해 방사상으로 확장되는 플랜지부(flange portion)를 구비하고, 상기 플랜지부에 상기 밸브 스템을 탄성 가압하는 밸브 스프링(valve spring)의 하단이 지지되어 상기 하단 립이 상기 실린더 헤드에 밀착되도록 가압될 수 있다.

본 발명의 밸브 스템 씰은 밸브 스템과 밸브 가이드 사이의 틈새를 통한 윤활 오일의 실린더 내부 유입을 차단할 뿐만 아니라, 실린더 헤드와 밸브 가이드 사이의 틈새를 통한 윤활 오일의 실린더 내부 유입도 차단한다. 따라서, 윤활 오일의 연소로 인한 내연기관 성능 저하 및 오염 물질 배출 증대가 예방된다. 또한, 윤활 오일 누유로 인한 윤활 오일 교체와 보충 비용이 절감된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 밸브 스템 씰이 결합된 내연기관의 밸브의 일 예를 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1의 II 부분을 확대 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 밸브 스템 씰을 도시한 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 밸브 스템 씰을 상세하게 설명한다. 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자 또는 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 밸브 스템 씰이 결합된 내연기관의 밸브의 일 예를 도시한 단면도이고, 도 2는 도 1의 II 부분을 확대 도시한 단면도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 밸브 스템 씰을 도시한 단면도이다. 도 1을 참조하면, 피스톤 왕복형 내연기관에는 혼합 기체가 연소실 안으로 흡기될 때 및 연소 가스가 연소실 내부에서 외부로 배기될 때에는 개방되고, 연소실 내부에서 폭발이 발생할 때에는 폐쇄되는 흡기 밸브 및 배기 밸브가 설치된다. 상기 흡기 밸브 및 배기 밸브와 같은, 내연기관의 밸브(10)는 실린더 상단의 실린더 헤드(20)에 형성된 포트(port)(23)를 개폐하도록 승강하는 밸브 스템(valve stem)(11)과, 실린더 헤드(20)에 압입 고정된 파이프(pipe) 형상의 부재로서, 밸브 스템(11)의 승강 운동을 안내하는 밸브 가이드(valve guide)(25)을 구비한다.

밸브 스템(11)은 밸브 가이드(25)를 관통하여 밸브 가이드(25)에 체결된다. 밸브 스템(11)의 상단부(12)에는 스프링 시트(spring seat)(15)가 고정되고, 스프링 시트(15)와 실린더 헤드(20)의 상측면(21)(도 2 참조) 사이에는 밸브 스프링(valve spring)(24)이 개재된다. 상기 밸브 스프링(24)의 탄성력에 의해 밸브 스템(1)은 상승하는 방향으로 탄성 바이어스(elastic bias)된다. 밸브 스템(11)의 상단에는 밸브 캠(valve cam)(17)이 접촉된다.

밸브 스템(11)의 하단부(13)의 직경은 포트(23)의 내경보다 약간 크다. 밸브 캠(17)이 회전하는 동안 특정 회전 각도에서는 밸브 캠(17)의 외주면이 밸브 스템(11)의 상단을 아래로 가압하여 밸브 스템(11)이 하강하며 포트(23)가 개방되고, 상기 특정 회전 각도 이외의 다른 회전 각도에서는 밸브 스프링(24)의 탄성 복원력에 의해 밸브 스템(11)이 원래 위치로 상승하여 밸브 스템(11)의 하단부(13)가 포트(23)를 폐쇄하게 된다.

도 1 내지 도 3을 함께 참조하면, 밸브 가이드(25)는 자신의 상단부(27)가 실린더 헤드(20)의 상측면(21)의 높이보다 약간 높게 돌출되게 실린더 헤드(20)에 압입 고정된다. 밸브 스템 씰(30)은 실린더 헤드(20)의 상측면(21)보다 높게 돌출된 상기 밸브 가이드(25)의 상단부(27)에 밀착 고정된다. 밸브 스템 씰(30)은 탄성 부재(35)와, 지지 부재(31)와, 씰 스프링(47)을 구비한다.

탄성 부재(35)는 고무 소재로 이루어진다. 탄성 부재(35)는 밸브 가이드 상단부(27)를 에워싸며 그 외주면에 밀착되는 밸브 가이드 밀착부(40)와, 밸브 가이드 밀착부(40)와 연결되게 그 상측에 위치하는 립부(lip portion)(36)를 구비한다. 립부(36)는 밸브 스템(11)의 외주면 측으로 돌출된 메인 립(main lip)(37)과, 상기 메인 립(37) 아래에서 밸브 스템(11)의 외주면 측으로 돌출된 편심 립(38)을 구비한다. 밸브 스템(11)이 승강할 때 메인 립(37)의 내주 말단이 밸브 스템(11)의 외주면에 접촉된 상태로 미끄러지므로, 메인 립(37)이 밸브 스템(11) 외주면을 타고 흐르는 윤활 오일을 막는다. 따라서, 밸브 스템(11) 외주면과 밸브 가이드(25) 내주면 사이의 틈새(G1)를 통해 윤활 오일이 과도하게 실린더(미도시) 내부로 유입되지 않게 된다.

편심 립(38)은 밸브 스템 씰(30)이 회전 장착될 때 편심에 의한 누유가 발생하는 것을 방지하는 기능을 한다. 이 경우에, 편심 립(38)은 메인 립(37)의 오일 제어에 영향을 주지 않아야 한다. 따라서, 편심 립(38)은 밸브 스템(11)의 외주면 측으로 돌출되지만, 메인 립(37)보다는 밸브 스템(11)의 외주면과 작은 간섭량을 갖도록, 그 돌출량은 메인 립(37)의 돌출량보다 크지 않다. 편심 립(38)은 복수 개가 구비될 수 있으며, 이 경우 상기 복수의 편심 립(38)은 메인 립(37)의 원주를 따라서 이격 배치된다(도 3 참조).

씰 스프링(47)은 립부(36)의 외주면을 조이도록 립부(36)에 끼워지며, 밸브 스템(11)의 반복적인 승강에 불구하고 메인 립(37)이 밸브 스템(11)의 외주면에서 이격되지 않도록 지지한다.

지지 부재(31)는 예컨대, 스틸(steel)과 같은 강성(剛性) 소재로 이루어지며, 상기 밸브 가이드 밀착부(40)를 에워싸며 그 외주면에 밀착되어 밸브 가이드 밀착부(40)를 밸브 가이드 상단부(27)의 외주면에 밀착되도록 지지한다. 지지 부재(31)의 하단에는 밸브 스템 씰(30)의 중심 축선(CL)에 대해 방사상으로 확장되는 플랜지부(flange portion)(33)가 구비된다. 플랜지부(33)에는 밸브 스템(11)을 탄성 가압하는 밸브 스프링(24)의 하단이 지지된다. 밸브 스프링(24)의 상단은 상기 스프링 시트(15)에 지지된다. 따라서, 밸브 스프링(24)이 실린더 헤드(20)와 스프링 시트(15) 사이에 안정적으로 개재될 수 있으며, 실린더 헤드(20)의 상측면(21) 또는 밸브 스프링(24) 하단의 손상이 예방된다.

밸브 가이드 밀착부(40)는 그 하단에 폐곡선을 형성하며 하향 돌출된 제1 및 제2 하단 립(lower lip)(42, 43)을 구비한다. 구체적으로, 밸브 스템 씰(30)의 중심 축선(CL)을 원의 중심으로 하고 서로 다른 반경(R1, R2)을 갖는 복수의 동심원을 따라 형성된다. 제1 하단 립(42)의 원 반경(R1)이 제2 하단 립(43)의 원 반경(R2)보다 작으므로, 제1 하단 립(42)과 제2 하단 립(43)은 서로 이격된다. 상기 밸브 스템 씰(30)이 밸브 가이드(25)의 상단부(27)에 고정 장착된 경우 상기 밸브 스템 씰(30)의 중심 축선(CL)은 밸브 스템(11) 및 밸브 가이드(25)의 중심 축선과 일치한다.

제1 하단 립(42)과 제2 하단 립(43)의 종단면의 형상은 아래로 갈수록 폭이 좁아지는 삼각형이다. 즉, Z축 음(-)의 방향과 평행하게 진행할수록 제1 및 제2 하단 립(42, 43)의 X축과 평행한 방향의 폭이 좁아진다. 다만, 본 발명에서 하단 립의 형상은 종단면이 삼각형인 것에 한정되지 않으며, 종단면이 반원형이나 포물선형일 수도 있다.

제1 및 제2 하단 립(42, 43)의 Z축과 평행한 방향의 높이(H1)는 0.2 내지 0.8mm 이다. 상기 높이(H1)가 0.2mm 보다 작으면 하단 립(42, 43)이 없는 것과 실질적으로 차이가 없어 하단 립(42, 43)을 통해 기대하는 밀봉과 누유 차단의 효과가 없다. 반면, 상기 높이(H1)가 0.8mm 보다 크면 지지 부재(31)의 하단, 즉 플랜지부(31)와 실린더 헤드(20)의 상측면(21) 사이가 크게 이격되어 밸브 스템 씰(30)이 밸브 가이드 상단부(27)에 안정적이고 견고하게 고정 장착되지 않을 수 있다. 따라서, 밸브 스템(11)이 격렬하게 승강하는 경우에 밸브 스템 씰(30)에서 진동과 소음이 크게 발생하고 내구성이 약화될 수 있다.

밸브 스템 씰(30)이 밸브 가이드 상단부(27)에 고정 결합되면, 제1 및 제2 하단 립(42, 43)이 압력에 의해 탄성 변형되면서 실린더 헤드(20)의 상측면(21)에 탄성 밀착된다. 더욱이, 밸브 스프링(24)을 지지하는 플랜지부(33)에 가해지는 밸브 스프링(24)의 탄성력으로 인해 밸브 가이드 밀착부(40)와 제1 및 제2 하단 립(42, 43)이 더욱 강한 압력으로 실린더 헤드 상측면(21)에 밀착된다. 이로 인해, 탄성 부재(35)의 밸브 가이드 밀착부(40) 하단과 실린더 헤드 상측면(21) 사이가 누유(漏油)되지 않게 밀봉된다(도 2 참조). 다시 말해, 윤활 오일이 지지 부재(31)의 하단과 실린더 헤드 상측면(21) 사이의 틈새(G2)로 스며들어, 밸브 가이드(25) 외주면과 실린더 헤드(20) 사이의 틈새(G3)를 통해 내연기관의 실린더 내부로 새어 들어가지 않게 된다.

상기 밸브 스템 씰(30)은 밸브 스템(11)과 밸브 가이드(25) 사이의 틈새(G1)를 통한 윤활 오일의 실린더 내부 유입을 차단할 뿐만 아니라, 실린더 헤드(20)와 밸브 가이드(25) 사이의 틈새(G3)를 통한 윤활 오일의 실린더 내부 유입도 차단한다. 따라서, 윤활 오일의 연소로 인한 내연기관 성능 저하 및 오염 물질 배출 증대가 예방된다. 또한, 윤활 오일 누유로 인한 윤활 오일 교체와 보충 비용이 절감된다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

10: 밸브 11: 밸브 스템
20: 실린더 헤드 24: 밸브 스프링
25: 밸브 가이드 30: 밸브 스템 씰
31: 지지 부재 35: 탄성 부재
42, 43: 하단 립 47: 씰 스프링

Claims

밸브 스템과, 실린더 헤드에 압입 고정되어 상기 밸브 스템의 승강을 안내하는 밸브 가이드 사이의 틈새를 통하여 윤활 오일이 과도하게 실린더 내부로 유입되지 않도록 막는 것으로,
고무 소재로 이루어지며, 밸브 가이드 밀착부와, 상기 밸브 가이드 밀착부와 상측에서 연결되는 립부를 구비한 탄성 부재; 및
상기 탄성부재의 적어도 밸브 가이드 밀착부가 상기 밸브 가이드 외주면에 밀착되도록 지지하는 지지부재;를 포함하고,
상기 립부는: 상기 밸브 스템의 외주면에 간섭되도록 돌출된 메인 립(main lip)과, 상기 메인 립과 이격되면서 상기 밸브 스템의 외주면에 상기 메인 립보다 상기 밸브 스템의 외주면과 작은 간섭량을 가지고 있으며, 편심에 의하여 누유가 발생하지 않도록 하는 복수의 편심 립을 포함하고,
상기 밸브 가이드 밀착부의 하단면은 실린더 헤더와 인접 배치되고, 상기 하단면에는 폐곡선을 형성하며 하향 돌출되어 상기 실린더 헤드와 간섭을 일으키는 복수의 하단 립(lower lip)을 더 구비하고,
상기 복수의 하단 립의 높이는 0.2 내지 0.8mm 인 것을 특징으로 하는 밸브 스템 씰.
제1 항에 있어서,
상기 하단 립은 복수 개가 구비되고,
상기 복수의 하단 립은 상기 밸브 스템 씰의 중심 축선을 원의 중심으로 하고 서로 다른 반경을 갖는 복수의 동심원을 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 밸브 스템 씰.
제1 항에 있어서,
상기 하단 립의 종단면의 형상은 아래로 갈수록 폭이 좁아지는 삼각형 또는 반원형인 것을 특징으로 하는 밸브 스템 씰.
삭제
제1 항에 있어서,
상기 지지 부재는 하단에 상기 밸브 스템 씰의 중심 축선에 대해 방사상으로 확장되는 플랜지부(flange portion)를 구비하고,
상기 플랜지부에 상기 밸브 스템을 탄성 가압하는 밸브 스프링(valve spring)의 하단이 지지되어 상기 하단 립이 상기 실린더 헤드에 밀착되도록 가압되는 것을 특징으로 하는 밸브 스템 씰.