KR19980045828A - 흡/배기 밸브의 개방면적이 증대된 구조를 갖춘 엔진 - Google Patents

Abstract

본 발명은 흡/배기 밸브의 개방면적이 증대된 구조를 갖춘 엔진에 관한 것으로, 특히 연소실 상부가 개구되고, 그 상부 중간부에 일방향으로 가로질러 연결되며 중심에 플러그 수용홀이 구비된 고정리브가 형성된 실린더 헤드와, 상기 실린더 헤드의 고정리브 상단 중간부에 서로 다른 각도로 편심된 복수개의 캠이 설정된 간격으로 다수개가 각각 형성된 중앙 캠 샤프트와, 상기 중앙 캠 샤프트의 양측 하부 동일선상에 단일의 캠이 설정된 간격으로 다수개가 각각 형성된 한 쌍의 측단 캠 샤프트와, 한 조를 이루며 상기 실린더 헤드의 연소실 외측면에 각각의 일단이 힌지결합되어 소정각도가 탄성적으로 회동되게 밸브스템 상부에 탄성체가 각각 구비되고, 그 상부에 상기 중앙 캠 샤프트의 캠 및 한 쌍의 측단 캠 샤프트의 캠이 각각 탄지되며 캠 샤프트들의 회동에 따라 작동되는 다수개의 캠들에 의해 일정범위 작동되어 개폐되게 형성된 흡/배기 밸브로 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 본 발명에 따르면 연소실의 상부면에 형성된 흡/배기 밸브가 밸브 기능 및 연소실 내표면으로 이루어져 동시에 사용되어 흡/배기의 리프트 량이 증대되어 단시간내에 흡기 및 배기되게 개폐되므로 흡/배기 효율과 기계적인 효율이 함께 향상되어 엔진의 출력 및 기능이 향상되어 제품에 대한 상품성과 고객의 만족도를 상승시킬 수 있는 효과를 나타낸다.

Description

흡/배기 밸브의 개방면적이 증대된 구조를 갖춘 엔진

본 발명은 흡/배기 밸브의 개방면적이 증대된 구조를 갖춘 엔진에 관한 것으로, 특히 실린더 상부면을 이루고 절반씩 나누어져 각각 일단이 힌지결합된 한 쌍의 흡/배기 밸브가 상단에 위치된 세 개의 캠 샤프트에 의해 개폐되도록 형성하여 흡/배기량이 증대되어 흡기 및 기계효율이 증대되고 엔진의 성능 및 출력이 향상되어 제품에 대한 상품성과 신뢰성이 향상될 수 있는 흡/배기 밸브의 개방면적이 증대된 구조를 갖춘 엔진에 관한 것이다.

일반적으로 열기관이란 열 에너지를 기계적인 에너지로 변환시켜 주는 장치이며, 이 열 에너지를 공급하는 방식에 따라 내연 기관과 외연 기관으로 나누어진다.

이중에서 내연 기관은 내부에서 연소가 이루어지며 혼합기 즉, 안개 상태의 연료와 공기(산소)가 섞여 있는 혼합기 자체가 보유하고 있는 화학적 에너지를 연소시켜 열 에너지로 바뀌는 순간에 그 연소 가스가 팽창할 때의 에너지를 기계적인 에너지로 변환시켜 주는 것이다.

상기한 내연 기관을 이용한 자동차는 엔진을 작동시키기 위해서 흡/배기 장치에 의해 실린더 내에 혼합 가스를 흡입하고 흡입된 혼합 가스를 연소시킨 후 그 배기가스를 외부로 배출시키게 된다.

상기 혼합 가스가 흡입 장치를 통하여 실린더 내의 연소실 내에 유입되는 통로인 흡기 포트가 구비되고 흡입된 혼합 가스가 연소실 내에서 피스톤의 압축과 점화장치에 의해 폭발되며 연소된 배기가스의 배출 통로인 배기 포트를 통하여 외부로 배출시키게 형성되어 있다.

또한 엔진에 흡입되는 혼합 가스는, 관성에 따라 흡기관 내를 일정한 상태로 흐르려고 하지만, 흡기 밸브가 열리는 것은 흡기 행정 뿐 이므로 흐름이 막혔다가 흐르게 되는 움직임 즉, 맥동(脈動)을 한다. 기류가 멈춰져 관성에 의하여 기압이 높아진 순간에 타이밍이 좋게 흡기 밸브가 열리면, 보다 많은 혼합 가스를 실린더 내에 유입될 수 있다. 이 원리에 의하여 엔진의 출력이 올라갔을 때 흡기 맥동 효과가 있으며 물리적으로는 맥동을 파동으로 생각 흡입 행정에 의하여 발생하는 부압의 파(波)가 흡기 매니폴드의 접합부나 흡기관 선단에서 반사되어 정압(正壓)으로 되어 되돌아와 흡기 행정과 동기(同期)가 된다.

이러한 흡/배기 포트는 모든 자동차에 이용되고 있는 실린더 헤드 내부에 상호 대응되게 형성되어 있으며, 또 전자 제어식 연료 분사 시스템(EGI)에도 확대 보급되어 있다.

한편 엔진의 흡/배기 밸브 개폐장치는 흡/배기 밸브를 일정한 시기에 정확하게 개폐하는 기구는 타이밍 기어, 밸브 리프터, 푸시 로드, 밸브, 로커 아암 등으로 구성되고 사이드 밸브식, 오버 헤드 밸브식(OHV), 오버 헤드 캠 축식(OHC) 등으로 상기 오버 헤드 캠 축식은 흡/배기 밸브를 1개의 캠 축으로 개폐하는 싱글 오버 헤드 캠 축식과 흡/배기 밸브를 각각의 캠 축으로 개폐하는 더블 오버 헤드 캠 축식이 있다. 이 방식은 어느 것이나 밸브기구의 관성중량이 작기 때문에 밸브의 가속도를 크게 할 수 있으며 고속에서도 안정된 밸브의 개폐가 이루어지므로 고속성능이 향상된다.

상기 싱글 오버 헤드 캠 샤프트(SOHC)는 엔진에 1개의 캠 샤프트가 실린더 헤드에 설치되어 흡/배기 밸브를 개폐하는 방식으로 밸브를 실린더 배열에 따라 나란히 세우고 캠 샤프트로 직접 구동하는 인라인 타입과, 흡/배기 밸브를 V자형으로 배치하고 로커 암을 거쳐 구동하는 크로스 플로 타입이 있다.

또한 더블 오버 헤드 캠 샤프트(DOHC)는 4사이클 왕복형 엔진에서 흡/배기 밸브를 개폐하기 위한 다수개의 캠이 형성되어 있는 인테이크/익죠스트 캠 샤프트로써 다수개의 흡/배기 밸브는 크랭크 샤프트가 2회전하는 사이에 각각 1회씩 개폐하므로 크랭크 샤프트의 1/2속도로 회전한다. 주철강으로 이루어져 내마모성을 좋게 하기 위하여 캠 표면만을 경화처리시킨 것이 보통이며, 인테이크/익죠스트 캠 샤프트의 일측단부에 캠 샤프트 종동풀리가 각각 구비되어 있다.

또한, 크랭크 샤프트의 일측단부에 장착되어 있는 크랭크 샤프트 구동풀리와 인테이크/익죠스트 캠 샤프트의 캠 샤프트 종동풀리들이 상호 연결되어 상기 크랭크 샤프트 구동풀리의 동력이 전달되어 함께 동일방향으로 회동되도록 타이밍 벨트가 권취되어 있다.

상기 타이밍 벨트가 권취된 크랭크 샤프트 구동풀리와 인테이크/익죠스트 캠 샤프트의 일측단에 각각 구비된 한 쌍의 캠 샤프트 종동풀리 사이에 일정 간격을 두고 상기 타미잉 벨트가 소정의 장력으로 각 풀리들에 권취되도록 텐셔너와 아이들러가 각각 회동되게 밀착 고정되어 있다.

이러한 더블 오버 헤드 캠 샤프트 엔진은 두 개의 캠 샤프트에 기통당 4개의 흡/배기 밸브(흡기2, 배기2)를 작동시키도록 구성되어 있다. 이것은 싱글 오버 헤드 캠 샤프트(흡기1, 배기1)보다 흡/배기량을 많게 함으로써 성능을 더 높이기 위한 방안으로써 5밸브(흡기3, 배기2)로 구성된 것도 있다.

그러나, 이러한 종래 엔진은 싱글 오버 헤드 캠 샤프트 및 더블 오버 헤드 캠 샤프트 등의 기존방식에 사용되는 흡/배기 밸브는 원형의 형상으로 이루어져 흡기 밸브의 흡기면적을 증대시키는데 한계를 갖고 있으며 밸브의 길이가 길기 때문에 기계효율이 떨어지는 결점이 있고, 또한 캠 샤프트가 크랭크 샤프트에서 떨어져 있기 때문에 캠 샤프트를 구동하는 장치가 복잡해지므로 실린더 헤드의 구조 전체가 복잡해져 조립성 및 작업성이 저하되고 제품의 생산성이 떨어져 제품에 대한 고객의 만족도 저하되는 문제점들이 있었다.

따라서 본 발명은 이러한 종래 기술의 근본적인 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 그 목적은 실린더 상부면을 이루고 절반씩 나누어져 각각 일단이 힌지결합된 한 쌍의 흡/배기 밸브가 상단에 위치된 세 개의 캠 샤프트에 의해 개폐되도록 형성하여 흡/배기의 리프트 량이 증대되어 흡기 및 기계효율이 증대되고 엔진의 성능 및 출력이 향상되어 제품에 대한 상품성과 신뢰성이 향상될 수 있는 흡/배기 밸브의 개방면적이 증대된 구조를 갖춘 엔진을 제공하는 데 있다.

도 1은 본 발명에 따른 엔진의 흡/배기 밸브 구조를 나타낸 개략 단면도,

도 2는 본 발명의 흡/배기 밸브의 수용홀을 나타낸 개략 평면도,

도 3은 본 발명 흡기 밸브가 개방되는 상태를 나타낸 개략 단면도,

도 4는 본 발명 흡/배기 밸브를 작동시키는 캠의 설정위치를 나타낸 개략 평면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 실린더 헤드11 : 연소실

12 : 플러그 수용홀12a : 점화플러그

13 : 고정리브20 : 중앙 캠 샤프트

21 : 복수개의 캠30 : 측단 캠 샤프트

31 : 단일의 캠40(50) : 흡/배기 밸브

41(51) : 탄성체42(52) : 제, 제2흡기밸브/제1,제2배기밸브

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 연소실 상부가 개구되고, 그 상부 중간부에 일방향으로 가로질러 연결되며 중심에 플러그수용홀이 구비된 고정리브가 형성된 실린더 헤드와, 상기 실린더 헤드의 고정리브 상단 중간부에 서로 다른 각도로 편심된 복수개의 캠이 설정된 간격으로 다수개가 각각 형성된 중앙 캠 샤프트와, 상기 중앙 캠 샤프트의 양측 하부 동일선상에 단일의 캠이 설정된 간격으로 다수개가 각각 형성된 한 쌍의 측단 캠 샤프트와, 한조를 이루며 상기 실린더 헤드의 연소실 외측면에 각각의 일단이 힌지결합되어 소정각도가 탄성적으로 회동되게 밸브스템 상부에 탄성체가 각각 구비되고, 그 상부에 상기 중앙 캠 샤프트의 캠 및 한쌍의 측단 캠 샤프트의 캠이 각각 탄지되며 캠 샤프트들의 회동에 따라 작동되는 다수개의 캠들에 의해 일정범위 작동되어 개폐되게 형성된 흡/배기 밸브로 구성되는 것을 특징으로 하는 흡/배기 밸브의 개방면적이 증대된 구조를 갖춘 엔진을 제공한다.

여기서 실린더 헤드의 플러그 수용홀에 점화 플러그가 삽입 고정되어 있다.

상기 흡/배기 밸브는 실린더 헤드의 연소실의 상부면과 밸브의 기능을 함께 수행되도록 연소실 상부면 중간부의 고정리브를 사이에 두고 절반은 흡기 밸브로 나머지 절반은 배기 밸브로 이루어지며 상기 흡/배기 밸브가 다시 절반씩 분할된 제1, 제2흡기밸브 및 제1, 제2배기밸브로 각각 형성되어 있다.

상기와 같은 본 발명에 있어서는 연소실의 상부면에 형성된 흡/배기 밸브가 밸브 기능 및 연소실 내표면으로 이루어져 동시에 사용되어 흡/배기의 리프트 량이 증대되어 단시간 내에 흡기 및 배기되게 개폐되므로 흡/배기 효율과 기계적인 효율이 함께 향상되어 엔진의 출력 및 기능이 향상되어 제품에 대한 상품성과 고객의 만족도를 상승시킬 수 있게 된다.

[실시예]

이하 상기한 바와 같은 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참고하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

첨부된 도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 엔진의 흡/배기 밸브 구조를 나타낸 개략 단면도이고, 도 2는 본 발명 흡/배기 밸브의 수용홀을 나타낸 개략 평면도이며, 도 3은 본 발명 흡기 밸브가 개방되는 상태를 나타낸 개략 단면도이고, 도 4는 본 발명 흡/배기 밸브를 작동시키는 캠의 설정위치를 나타낸 개략 평면도를 각각 도시하고 있다.

이로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명은 연소실(11) 상부가 개구되고, 그 상부 중간부에 일방향으로 가로질러 연결되며 중심에 플러그수용홀(12)이 구비된 고정리브(13)가 형성된 실린더 헤드(10)와, 상기 실린더 헤드(10)의 고정리브(13) 상단 중간부에 서로 다른 각도로 편심된 복수개의 캠(21)이 설정된 간격으로 다수개가 각각 형성된 중앙 캠 샤프트(20)와, 상기 중앙 캠 샤프트(20)의 양측 하부 동일선상에 단일의 캠(31)이 설정된 간격으로 다수개가 각각 형성된 한 쌍의 측단 캠 샤프트(30)와, 한조를 이루며 상기 실린더 헤드(10)의 연소실(11) 외측면에 각각의 일단이 힌지결합되어 소정각도가 탄성적으로 회동되게 밸브스템 상부에 탄성체(41, 51)가 각각 구비되고, 그 상부에 상기 중앙 캠 샤프트(20)의 캠(21) 및 한쌍의 측단 캠 샤프트(30)의 캠(31)이 각각 탄지되며 캠 샤프트들의 회동에 따라 작동되는 다수개의 캠(21, 31)들에 의해 일정범위 작동되어 개폐되게 형성된 흡/배기 밸브(40, 50)로 구성되어 있다.

여기서 실린더 헤드(10)의 플러그 수용홀(12)에 점화 플러그(12a)가 삽입 고정되고 흡/배기 밸브(40, 50)의 스템부분은 소정길이 단축되어 신속하게 작동되도록 형성되어 있다.

상기 흡/배기 밸브(40, 50)는 실린더 헤드(10)의 연소실(11) 상부면과 밸브의 기능을 함께 수행되도록 연소실(11) 상부면 중간부의 고정리브(13)를 사이에 두고 절반은 흡기 밸브(40)로 나머지 절반은 배기 밸브(50)로 이루어지며 상기 흡/배기 밸브(40, 50)가 다시 절반씩 분할된 제1, 제2흡기밸브(42) 및 제1, 제2배기밸브(52)로 각각 형성되어 있다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 흡/배기 밸브의 개방면적이 증대된 구조를 갖춘 엔진은 첨부도면 도 4를 참고하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같이 작동된다.

먼저 크랭크 샤프트의 동력이 타이밍 벨트에 의해 중앙 캠 샤프트(20)와 한 쌍의 측단 캠 샤프트(30)에 동력이 절단되게 상호 연결되고 상기 중앙 캠 샤프트(20) 및 한쌍의 측단 캠 샤프트(20)가 회동되면서 각각의 캠(21, 31)들에 의해 상기 흡/배기 밸브(40, 50)가 개폐된다. 이때, 중앙 캠 샤프트(20)의 복수개 캠(21)과 한쌍의 단일 캠(31)의 돌출부가 상기 흡/배기 밸브(40, 50)의 각 상단부에 탄지되면 흡/배기 밸브(40, 50)가 폐쇠되고 상기 돌출부 반대면이 흡/배기 밸브(40, 50)의 상부면에 탄지되면 흡/배기 밸브(40, 50)가 개방되는 방식으로 형성된다.

상기 흡/배기 밸브(40, 50)의 각 일단부에 실린더 헤드(10)의 연소실(11) 외측면 설정부분에 각각 힌지결합되어 흡/배기 밸브(40, 50)가 개방 또는 폐쇄시 소정각도 회동되어 일정범위 작동된다.

상기 실린더 헤드(10)의 연소실(11) 내부로 혼합기가 흡기되는 경우에는 먼저 중앙 캠 샤프트(20)의 일측단 캠(21)과 일측단 측단 캠 샤프트(30)의 캠(31)이 제1, 제2흡기밸브(42)의 상단부에 탄지되면서 회동되어 상기 제1, 제2흡기밸브(42)가 반복적으로 개폐되어 흡기 포트를 통하여 연소실(11) 내부로 일정량의 혼합기가 신속하게 흡기된다.

또한 연소실(11)에 혼합기가 흡기된 후 압축되고 점화장치에 의해 폭발(팽창)된 다음 배기 포트를 통하여 외부로 연소가스가 배출되는 경우에는 상기 중앙 캠 샤프트(20)의 타측단 캠(21)과 타측단 측단 캠 샤프트(30)의 캠(31)이 제1, 제2배기밸브(52)의 상단부에 탄지되면서 회동되어 상기 제1, 제2배기밸브(52)가 반복적으로 개폐되어 연소실(11) 내에서 연소된 배기가스가 신속하게 배기된다.

상기 흡기 및 배기시 제1, 제2흡기밸브(42)가 개방된 상태에는 제1, 제2배기밸브(52)는 폐쇄된 상태이고 반대로 제1, 제2배기밸브(52)가 개방된 상태에는 제1, 제2흡기밸브(42)가 폐쇄된 상태이며, 상기 연소실(11) 내에 흡기된 혼합기가 압축 및 폭발되는 상태에는 흡/배기 밸브(40, 50)의 제1, 제2흡기밸브(42)와 제1, 제2배기밸브(52) 모두가 폐쇠된 상태이다.

상기와 같이 본 발명에 따르면 연소실의 상부면에 형성된 흡/배기 밸브가 밸브 기능 및 연소실 내표면으로 이루어져 동시에 사용되어 흡/배기의 리프트 량이 증대되어 단시간내에 흡기 및 배기되게 개폐되므로 흡/배기 효율과 기계적인 효율이 함께 향상되어 엔진의 출력 및 기능이 향상되어 제품에 대한 상품성과 고객의 만족도를 상승시킬 수 있는 효과를 나타낸다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

Claims (2)

1. 연소실 상부가 개구되고, 그 상부 중간부에 일방향으로 가로질러 연결되며 중심에 플러그수용홀이 구비된 고정리브가 형성된 실린더 헤드와;

   상기 실린더 헤드의 고정리브 상단 중간부에 서로 다른 각도로 편심된 복수개의 캠이 설정된 간격으로 다수개가 각각 형성된 중앙 캠 샤프트와;

   상기 중앙 캠 샤프트의 양측 하부 동일선상에 단일의 캠이 설정된 간격으로 다수개가 각각 형성된 한 쌍의 측단 캠 샤프트와;

   한 조를 이루며 상기 실린더 헤드의 연소실 외측면에 각각의 일단이 힌지결합되어 소정각도가 탄성적으로 회동되게 밸브스템 상부에 탄성체가 각각 구비되고, 그 상부에 상기 중앙 캠 샤프트의 캠 및 한쌍의 측단 캠 샤프트의 캠이 각각 탄지되며 캠 샤프트들의 회동에 따라 작동되는 다수개의 캠들에 의해 일정범위 작동되어 개폐되게 형성된 흡/배기 밸브로 구성되는 것을 특징으로 하는 흡/배기 밸브의 개방면적이 증대된 구조를 갖춘 엔진.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 흡/배기 밸브는 실린더 헤드의 연소실의 상부면과 밸브의 기능을 함께 수행되도록 연소실 상부면 중간부의 고정리브를 사이에 두고 절반은 흡기 밸브로 나머지 절반은 배기 밸브로 이루어지며 상기 흡/배기 밸브가 다시 절반씩 분할된 제1, 제2흡기밸브 및 제1, 제2배기밸브로 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 흡/배기 밸브의 개방면적이 증대된 구조를 갖춘 엔진.