KR20010015382A

KR20010015382A - 초경량 엔진 밸브 및 캡 용접 방법

Info

Publication number: KR20010015382A
Application number: KR1020000041613A
Authority: KR
Inventors: 본스틸데이빗엘; 에크룬트레슬리엘; 프로에리치마이클제이; 킬리안마이클엘; 클라인필립엠
Original assignee: 존 씨. 메티유; 이턴 코포레이션
Priority date: 1999-07-20
Filing date: 2000-07-20
Publication date: 2001-02-26
Also published as: US6263849B1; EP1070831A2; CN1281091A; JP2001059408A; EP1070831A3

Abstract

중공의 포핏 밸브(31)를 개시하고 있으며, 여기서 스템부(13)는, 벽 두께(T)와, 아래쪽으로 연장된 원통부(33, 51)를 지니면서, 원통형 외면(35)을 갖는 나팔꽃 모양의 필렛부(17)를 포함한다. 주 실시예에 있어서, 이 밸브는, 시트면(25)을 형성하는 캡 부재(15)와, 밀접하게 일정 간격을 두고 떨어져 있으면서 축방향 길이(L)를 갖는 접촉면을 형성하며, 용접 영역(43)에 의해 잠식되는 내면(39), 및 외면(35)을 포함한다. 바람직하게는, 용접 영역(43)의 길이(L)는 두께(T)의 적어도 1.1배와 같다. 필렛부(17)는 두께(T)의 0.3배보다 더 긴 내부 필렛 반경(R1)을 형성하며, 반경(R1) 근처가 천이 영역(TR)이다. 본 발명은, 용접 영역의 단지 소 부분에 대해 부분적으로 겹쳐지도록, 천이 영역(TR)을 용접 영역(43)으로부터 분리함으로써 포핏 밸브의 피로 강도를 향상시킨다.

Description

초경량 엔진 밸브 및 캡 용접 방법{ULTRA LIGHT ENGINE VALVE AND METHOD OF WELDING CAP THERETO}

본 발명은 내연기관(內燃機關)용 포핏 밸브, 더욱 상세하게는 상당한 고강성(高剛性)에서부터 고중량(高重量)에 이르기까지의 특성을 유지할 수 있는 중공(中空)의 포핏 밸브(poppet-valve)에 관한 것이다. 본 발명은 형태가 다른 많은 중공의 포핏 밸브에 사용하기 위한 것이지만, 초경량(超輕量) 포핏 밸브에 사용하면 특히 유리하며, 여기서는 이와 관련하여 상세히 설명한다.

보통, 고강성, 내열성(耐熱性) 금속인 고체 소재(solid-blank)를 기계 가공, 단조 또는 사출 성형하고, 그 다음 이 소재를 최종적인 여러 기계 가공 및/또는 연삭 공정으로 넘김으로써 내연기관용 포핏 밸브를 제작해 왔었다. 일부의 제품에 있어서는, 성능 요건에 의해, 나트륨-칼륨의 혼합물과 같은 냉각제를 제작 공정 도중에 첨가할 수 있는, 중공의 스템(stem)을 갖는 밸브를 제공하는 것이 필수적인 것으로 되었다. 1990년대 초 이전에는, 드릴링 또는 사출 성형과 같은 수단에 의해, 또는 맨드릴(mandrel) 또는 착탈식 코어(core) 위에서 스템을 단조작업 하거나, 평판 소재를 바람직한 스템 직경으로 냉간 성형하고, 그 다음 필렛(fillet)부를 성형하고, 그 후 별도의 캡(cap) 및 팁(tip) 부재를 부착함으로써 이러한 중공의 스템을 성형했다.

순수한 초경량 엔진 포핏 밸브가, 미국 특허 제5,413,073호에서 최초로 상세히 설명되어 있으며, 본 발명의 양수인에게 양도되어 여기 참조문헌으로 인용한다. 이 인용예의 특허에 있어서, 포핏 밸브는, 일체로 된 팁부 및 필렛부를 포함하는 스템과, 필렛부에 용접된 캡 부재로 구성된다. 바람직하게는, 필렛부를 포함하는 스템이, 딥 드로잉(deep-drawing) 공정에 의해 제작되며, 여기서 박판(薄板)과 같은 디스크 형태로 된 최초 소재는 다수의 냉간 압연(cold- drawing) 단계를 거치게 된다. 이 스템의 벽 두께는, 딥 드로잉이 완료된 후에는, 필렛부 또는 팁부의 두께보다 실질적으로 더 얇아 진다. 이러한 단계에 의해 신장된 나팔꽃 모양(flared)의 컵을 얻게 되는데, 이때 나팔꽃 모양의 필렛부 바깥쪽 모서리가 실질적으로 최초 소재의 두께가 된다.

위에서 설명한 초경량 포핏 밸브 구조에 있어서, 나팔꽃 모양의 필렛 영역은 통상 반경방향으로 연장된 모서리 또는 가장자리(rim)에서 끝나며, 이는 캡에 형성된 만곡부로 이루어진 쇼울더(shoulder)에 수용된다. 이 만곡부의 깊이는 대략 필렛 영역의 두께와 같다. 이어서, 나팔꽃 모양의 필렛부 바깥쪽 모서리에 대해 캡을 용접한다. 특정 밸브의 형상에 따라, 필렛부, 캡 부재 또는 양자 모두 포핏 밸브의 시트(seat)면을 형성할 수 있다.

제작 및 엔진 내의 성능에 관한 한, 위에서 설명한 포핏 밸브 구조가 만족스러운 것으로 증명되었지만, 캡 부재를 필렛부에 결합하는 상기 종래의 방법으로 쉽게 얻을 수 있는 것보다 더 탁월한, 종합적인 강도, 특히 피로 강도를 요하는 여러 엔진 예가 있음이 명백해졌다.

따라서, 필렛 및 캡 부재의 용접 영역에 있어 실질적으로 피로강도 및 내구성이 향상된 개선형 중공의 포핏 밸브를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.

위에서 언급된 목적을 수행하고, 캡 부재 및 필렛부 간 용접 연결부의 형상 및 그 조합의 결과로서 응력집중 발생을 실질적으로 줄일 수 있는 형상을 갖는, 개선된 초경량 포핏 밸브를 제공하는 것이 본 발명의 관련 목적이다.

도 1은 선행 기술의 중공 포핏 밸브의 축방향 부분 절개 단면도.

도 2는 본 발명에 따라 제조된 초경량 포핏 밸브를 설명하는, 도 1과 유사한 도면.

도 3은 보다 상세하게 본 발명을 설명하는, 축방향 일부 확대 단면도.

도 4는 본 발명의 대안적인 실시예를 설명하는, 도 3과 유사한 도면.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

11, 31 : 포핏 밸브 13 : 스템부

15, 53 : 캡 부재 16 : 스템 벽

17 : 필렛부 19 : 팁부

21 : 연소면 23 : 내면

25 : 시트면 27 : 용접부

33, 51 : 원통부 35 : 외면

39 : 내면 37, 41 : 수평면

43 : 용접 영역 R1 : 내부 필렛 반경

L : 축방향 길이 T: 벽 두께

TR : 천이 영역

본 발명의 상기 목적 및 기타의 목적은, 내연기관에 사용하는 중공의 포핏 밸브와, 스템부, 팁부, 캡 부재로 구성되는 포핏 밸브와, 스템부 및 캡 부재 사이의 천이(transition) 영역을 형성하는 나팔꽃 모양의 필렛부를 제공함으로써, 달성된다. 나팔꽃 모양의 필렛부는, 벽 두께와, 아래로 향한 내부 필렛 반경을 형성하는 통상 원통형인 원통부를 갖는다. 원통부 및 캡 부재 중 하나에는, 밸브 시트와의 씰링 접촉(sealing engagement)을 위한 시트면이 형성되어 있다. 원통부와 캡 부재 중 하나는 통상 원통형인 내면을 형성하며, 원통부와 캡 부재 중 나머지 하나는 통상 원통형인 외면을 형성하며, 내면 및 외면은 통상 동심원이면서 밀접하게 일정 간격을 두고 떨어져 있다.

개선된 중공의 포핏 밸브는 필렛부 벽 두께의 약 0.3배보다 더 큰 내부 필렛 반경을 갖는 특징이 있다. 용접 영역은, 내면 및 외면의 접촉면 전체 축 영역을 실질적으로 잠식한다. 상기 통상의 원통부 및 캡 부재는, 내면 및 외면간 경계면으로부터 반경방향으로 바로 안쪽에 위치한, 환형의 수평 경계면을 형성한다.

본 발명을 한정하려는 의도가 없는 도면을 참조하면, 도 1은 내연기관에서 사용하기 위한 엔진의 포핏 밸브(11)를 설명하고 있다. 포핏 밸브(11)의 형태는 앞서 인용된 미국 특허 제5,413,073호에 개시되어 있다. 포핏 밸브(11)는 스템부(13)와, 스템부(13)에 용접된 캡 부재(15)를 포함한다. 바람직한 실시예에 있어서, SAE 1008 강과 같은 유연성 금속 박판 제품을 사용하여 흡기 밸브용 스템부(13)를 제조할 수 있지만, 오스테나이트 급(austenitic grade) 등의 스테인레스강을 사용하여 배기 밸브용 스템부를 제작할 수도 있다. 통상, 포핏 밸브가 흡기 밸브로서 사용되든 배기 밸브로서 사용되든, 캡 부재(15)는 스테인레스강 또는 기타의 호환성있는 재료로 형성된다. 당업자라면, 특정 엔진 제품에 따라 구체적인 재료의 변동이 있을 것이란 점을 이해할 것이며, 이하에서 언급되는 것을 제외하고는, 본 발명이 어떤 특정 재료에 한정되는 것은 아니다.

스템부(13)는, 앞서 인용된 특허로부터 이 분야에서 현재 잘 알려져 있기 때문에, 아주 얇은 스템 벽(16)을 가지면서, 나팔꽃 모양의 필렛부(17)로부터 팁부(19)까지 중공으로 되어 있는 구조를 얻게 되는 딥 드로잉 공정에 의해 형성된다. 그러나, 당업자는 본 발명이 그에 한정되지 않음을 이해할 것이다. 계속 도 1을 참조하면, 캡 부재(15)는, 바람직하게는 볼록한 연소면(21)과 오목한 내면(23)으로 형성된 디스크이다. 도 1의 "선행 기술"의 포핏 밸브(11)에 있어서, 캡 부재(15)에는 시트면(25)이 형성되며, 기계가공, 또는 디포지션(deposition) 및 기계가공으로, 또는 다른 어떤 공지된 방법으로도 이 시트면을 형성할 수 있다. 또한 도 1의 "선행 기술"의 포핏 밸브(11)에 있어서, 나팔꽃 모양의 필렛부(17)는 반경방향으로 연장된 모서리에서 끝나며, 이 모서리는 용접부(27)에 의해 캡 부재(15) 에 있어서의 리세스(recess)에서 결합된다.

이제 주로 도 2를 참조하면, 도 1과 본질적으로 유사하지만, 본 발명을 설명하는 도면이 있으며, 그 도면에 있어서 같은 부재는 같은 번호를 갖지만, 신규 부재 또는 실질적으로 수정한 부재는 (30) 이상의 참조 번호를 갖는다. 따라서, 스템부(13)와, 그에 용접된 캡 부재(15)를 포함하는 포핏 밸브(31)가 본 발명이다. 선행기술의 포핏 밸브에서와 같이, 스템부(13)에는 아주 얇은 스템 벽(16) 및 나팔꽃 모양의 필렛부(17)와 팁부(19)가 포함된다. 당업자는, 여기 도시한 팁부(19)가 예시를 목적으로 할 뿐 본 발명의 필수적인 특성은 아니어서, 별도의 팁 부재 삽입을 포함하는 기타의 여러 팁 형상을 본 발명으로부터 벗어나지 않고 사용할 수 있었음을 이해할 것이다. 단지 예시만 할 목적으로, "개선된 초경량 엔진 밸브용 팁 형상"과 관련하여 출원인 데이비드 엘. 본스틸씨 명의로 1997년 10월 21일 출원된 공유 출원중인 U.S.S.N. 제08/955,188호에 있어서 도시된 팁 형상 중 어느 것이라도 팁부(19)로 사용할 수 있었다. 본 발명의 중요한 한 측면을 따르면, 나팔꽃 모양의 필렛부(17)는 반경방향으로 연장하는 모서리에서 끝나는 것이 아니라, 통상 아래쪽으로 연장된, 도 3에서 아주 상세히 도시되어 있는 원통부(33)에서 끝난다. 원통부(33)는, 이하 상세히 설명하게 될 신규 부착 구조에 의해 캡 부재(15)와 연결되어 있다. 이제 주로 도 3을 참조하면, 도 1과 관련하여, 이 분야의 기술자에게 공지되어 있는 바와 같이, 나팔꽃 모양의 필렛부(17)는 딥 드로잉 공정을 위한 최초의 재료를 포함하는 유연성 금속 박판의 두께와 통상 거의 같은 벽 두께(T)를 갖는다. 또한 현재 공지되어 있는 바와 같이, 벽 두께(T)는 필렛부(17)와 팁부(19) 간 대부분 얇은 스템 벽(16) 길이의 벽 두께보다 실질적으로 더 두껍다. 통상, 단지 예시할 목적으로, 딥 드로잉 공정후 스템의 벽 두께를 약 0.5 T의 범위 내에 둔다.

아래쪽으로 연장된 통상 원통형인 원통부(33)에는 이후 보다 상세히 설명하게 될 중요한 반경인 내부 필렛 반경(R1)이 형성되어 있다. 또한, 원통부(33)에는 통상 원통형인 외면(35)과 수평면(37)이 형성되어 있다.

도 3의 실시예에 있어서, 캡 부재(15)에는 시트면(25)이 형성되어 있을 뿐 아니라, 통상 원통형인 내면(39) 및 이로부터 반경방향으로 바로 안쪽에 위치한 수평면(41)도 형성되어 있다. 당업자는, 포핏 밸브(31)가 도 2에 도시된 방향으로 되어 있다고 가정하면서, 여기서의 "아래쪽으로" 및 "수평의"와 같은 용어가 한정하려는 의도가 아니라, 단지 설명과 예시를 하기 위해서만 사용되고 있다는 점을 이해할 것이다.

원통부(33)를 캡 부재(15) 내에 수용하여 용접하기 위해 둘 때, 외면(35) 및 내면(39)을 각각 서로로부터 밀접하게 일정 간격을 두고 떨어지게 하며, 수평면(37, 41)을 바람직하게 맞물려서 환형 수평면을 형성한다. 본 발명에 따른 수평면(37, 41)은 외면(35) 및 내면(39)간 경계면으로부터 반경방향으로 바로 안쪽에 위치한다.

일단 원통부(33)를 도 3에 나타낸 바와 같이 두고 나면, 그 다음 단계는 원통부(33)와 캡 부재(15)간 경계면과, 도 3에서 빗금친 영역으로 나타낸 용접 영역(43)을, 축방향 및 반경방향 양방향으로 용접하는 것이다. 본 발명의 범위 내에서 여러 형태의 용접을 사용할 수 있었지만, 대상 실시예의 개발에 의해[YAG 레이저 빔 용접(laser-beam-welding)과 같은] 일부 형태의 레이저 빔 용접 공정이 아주 바람직한 것으로 드러났다. 본 발명에 의해, 지금부터 설명하게 될 상이한 여러가지 방법으로 개선된 구조를 얻는다. 본 발명의 개발과 관련하여, 포핏 밸브의 피로 강도를 증대시키기 위해, 작동 부하가 확대 단면에 퍼져서 걸리는 영역으로 용접 연결 응력 집중부를 재배치하는 것이 바람직하다고 판단하였다. 용접 영역(43)의 피로 강도와, 작동시의 포핏 밸브의 피로 강도를 보증하는데 도움이 되도록, 용접 영역(43)의 축방향 길이(L)는 적어도 벽 두께(T)의 약 1.1 배와 같게 되는 것이 바람직하다. 용접 영역(43)의 하부[또는 수평면(37, 41)]는 선행 기술의 응력 집중부와 유사한 형태이다. 그러나, 전술한 (L)과 (T)의 관계는, 확대 단면 영역에 작동 부하가 걸리는 영역으로 이 응력 집중부를 재배치 하는 것을 보증하는데 도움이 된다.

또한, 응력 집중을 최소화시키기 위해서 내부 필렛 반경(R1)을 상대적으로 길게 유지해야 한다고 판단하였으며, 대상 실시예에 있어서, 내부 필렛 반경이 (T)의 0.3배보다 더 작다면, 그 보다 더 길게 하는 것이 바람직함을 알게 되었으며, 그렇게 하지 않으면 내부 필렛 반경(R1)이 아주 높은 응력 영역으로 되는 것을 그에 의해서 최소화시킨다.

도 3에 있어서 도시한 바와 같이, 상대적으로 얇은 필렛부(17) 단면으로부터 천이 영역(TR) 왼쪽(도 3 내)의 상대적으로 두꺼운 단면까지의 천이를 나타내는 천이 영역 (TR)이 있다. 당업자에게 공지되어 있는 바와 같이, 이 천이 영역 (TR)은, 최단 이용 경로를 취하면서, 통상 크랙(crack)이 성장하는 곳에 있다. 따라서, 본 발명의 중요한 한 측면을 따르면, 용접 영역(43)이 천이 영역(TR)으로부터 거의 완전히 분리되거나, 택일적으로 말해, 용접 영역(43) 및 천이 영역 (TR)이 용접 영역의 단지 소 부분(minor portion)에 대해 부분적으로 겹쳐진다. 도시한 바와 같이, 용접 접합부를 재배치함으로써, 용접부 내에서 비교적 취약한 영역인, 용접 영역(43) 주위의 "용접 열 영향 영역"은 천이 영역(TR)과 상대적으로 거의 겹쳐지지 않으며, 내부 필렛 반경(R1)으로 연장되지 않는다. 달리 말해, 본 발명의 형태에 의해, 용접 영역 또는 용접 열 영향 영역에 의해 약화된 영역을 갖기보다는 오히려, 천이 영역(TR)을 지나 맞은편까지 동일 성질의 바탕 재료를 얻게 된다.

이제 도 4를 주로 참조하면, 본 발명의 다른 실시예를 설명하고 있다. 도 4의 실시예에 있어서, 같은 부재는 같은 번호를 가지며, 신규 부재 또는 실질적으로 수정한 부재는 (50) 이상의 참조 번호를 갖는다. 따라서, 도 4에 있어서, 나팔꽃 모양의 필렛부(17)는, 시트면(25)이 형성되어 있으면서 통상 원통형인 내면(39)도 형성되어 있는 원통부(51)에서 끝난다. 원통부(51)에는 주 실시예와 관련하여 설명한 것과 동일한 이유로, 다시 바람직하게는 필렛부(17) 벽 두께(T)의 0.3배보다 더 긴, 내부 필렛 반경(R1)이 형성되어 있다. 도 4의 포핏 밸브에는 통상 원통형인 외면(35)이 형성되어 있으며, 내면(39)에 대해서 밀접하게 일정 간격을 두고 떨어진 캡 부재(53)도 포함되어 있다. 원통부(51) 및 캡 부재(53)에는, 도 3의 실시예와 동일한 일반적인 방식으로, 수평 경계면을 각각 형성하는 수평면(37, 41)이 형성되어 있다. 용접 영역(43)의 축방향 길이(L)와, 도 4의 실시예에 있어서 훨씬 더 뚜렷하게 되어 있는 천이 영역(TR)으로부터 분리되어 있는 용접 영역(43) 양자 모두에 관해서, 도 3의 실시예에 대해 했던 용접 영역(43)에 대한 설명을 도 4의 실시예에 대해서도 동일하게 적용한다.

전술한 명세서에서 본 발명을 아주 상세히 설명하였으며, 당업자가 이 명세서를 읽어서 이해하면 본 발명에 대한 여러 수정과 변경을 명백하게 할 수 있을 것이라고 생각한다. 이러한 모든 수정과 변경이 첨부의 권리청구범위 내에 있는 한, 이는 본 발명에 포함됨을 의미한다.

이상과 같이, 본 발명에 따른 초경량 엔진 밸브 및 캡 용접 방법에 의해, 필렛부 및 캡 부재의 용접 영역 내에서 실질적으로 피로 강도 및 내구성이 향상되는 효과가 있으며, 또한 캡 부재 및 필렛부간 용접 연결부의 형상 및 그 위치의 조합의 결과로서 응력 집중의 발생이 실질적으로 줄어드는 효과가 있다.

Claims

스템부(13), 팁부(19), 캡 부재(15, 53) 및 , 이 스템부(13)와 캡 부재(15, 53) 사이에서 천이 영역이 형성되는 나팔꽃 모양의 필렛부(17)와;

벽 두께(T)를 갖는 상기 나팔꽃 모양의 필렛부(17)와, 내부 필렛 반경(R1)이 형성되어 있으면서, 아래쪽으로 연장되어 있는 통상 원통형인 원통부(33, 51)와;

상기 통상 원통형인 원통부(33, 51) 및, 밸브 시트와의 씰링 접촉을 위한 시트면(25)이 형성되는 상기 캡 부재(15, 53) 중 하나와;

상기 통상 원통형인 원통부(33, 51)와 통상 원통형인 내면(39)이 형성되는 상기 캡 부재(15, 53) 중 하나와, 상기 통상 원통형인 원통부(33, 51)와 통상 원통형인 외면(35)이 형성되는 상기 캡 부재(15, 53) 중 나머지 하나와, 통상 동심원이면서 밀접하게 일정 간격을 두고 떨어져 있는 상기 내면(39) 및 외면(35)을 포함하여 구성되는, 내연기관에서 사용하기 위한 포핏 밸브인, 중공의 포핏 밸브(31)에 있어서,

(가) 상기 내부 필렛 반경(R1)은 상기 벽 두께(T)의 약 0.3배보다 더 길게 되어 있으며;

(나) 용접 영역(43)은 상기 내면(39) 및 외면(35)간 경계면의 전체 축방향 길이(L)를 실질적으로 잠식하며;

(다) 상기 통상 원통형인 원통부(33, 51) 및 상기 캡 부재(15, 53)에는 상기 내면(39) 및 외면(35)간 경계면으로부터 반경방향으로 바로 안쪽에 위치한 환형 수평면(37, 41)이 형성되는 것을 특징으로 하는 중공의 포핏 밸브(31).
제1항에 있어서,

상기 밸브는 초경량 포핏 밸브로 구성되며, 상기 스템부(13)는 아주 얇은 스템 벽(16)을 포함함을 특징으로 하는 중공의 포핏 밸브(31).
제2항에 있어서,

상기 스템부(13) 및 상기 필렛부(17)는 일체로 된 얇은 벽으로 에워싸인 원통형 부재에 의해 형성되며, 상기 스템부(13)는 나팔꽃 모양의 필렛부(17) 벽 두께(T)보다 더 얇은 벽 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 중공의 포핏 밸브(31).
제3항에 있어서,

상기 스템부(13)는 스템 벽(16)을 지니며, 상기 스템 벽의 두께는 상기 나팔꽃 모양의 필렛부(17) 벽 두께의 절반 정도의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는중공의 포핏 밸브(31).
제1항에 있어서,

상기 캡 부재(15)에는 상기 시트면(25)이 형성되며;

상기 캡 부재(15)에는 내면(39)이 형성되며;

상기 통상 원통형인 원통부(33)에는 외면(35)이 형성되는 것을 특징으로 하는 중공의 포핏 밸브(31).
제1항에 있어서, 통상 원통형인 원통부(51)에는 시트면(25) 및 내면(39)이 형성되며, 캡 부재(53)에는 외면(35)이 형성됨을 특징으로 하는 중공의 포핏 밸브(31).
제1항에 있어서, 용접 영역(43)의 축방향 길이(L)는 나팔꽃 모양의 필렛부(17) 벽 두께(T)의 약 1.1배보다 더 긴 것을 특징으로 하는 중공의 포핏 밸브(31).
스템부(13), 팁부(19), 캡 부재(15),(53) 및, 스템부(13)와 캡 부재(15, 53) 사이에서 천이 영역을 형성하는 나팔꽃 모양의 필렛부(17)와;

벽 두께(T)를 갖는 나팔꽃 모양의 필렛부(17) 및, 내부 필렛 반경(R1)이 형성되는 아래쪽으로 연장된 통상 원통형인 원통부(33, 51)와;

상기 통상 원통형인 원통부(33, 51) 및, 밸브 시트와의 씰링 접촉을 위한 시트면(25)이 형성되는 상기 캡 부재(15, 53) 중 하나와;

상기 통상 원통형인 원통부(33, 51) 및, 통상 원통형인 내면(39)이 형성되는 상기 캡 부재(15, 53) 중 하나와, 상기 통상 원통형인 원통부(33, 51) 및, 통상 원통형인 외면(35)이 형성되는 상기 캡 부재(15, 53) 중 나머지 하나와, 통상 동심원이면서 밀접하게 일정 간격을 두고 떨어져 있는 상기 내면(39) 및 외면(35)을 포함하여 구성되는, 내연기관에서 사용하기 위한 포핏 밸브인, 중공의 포핏 밸브(31)에 있어서,

(가) 상기 내부 필렛 반경(R1)은 상기 벽 두께(T)의 약 0.3배보다 더 길게 되어 있으며;

(나) 용접 영역(43)은 내면(39) 및 외면(35)간 경계면의 전체 축방향 길이(L)를 실질적으로 잠식하며;

(다) 나팔꽃 모양의 필렛부(17) 및 내부 필렛 반경(R1)에는 천이영역(TR)이 형성되며, 용접 영역(43) 및 천이 영역(TR)은 상기 용접 영역의 단지 소 부분에 대해 부분적으로 겹쳐지는 것을 특징으로 하는 중공의 포핏 밸브(31).