KR20010023374A - 내연엔진용 배기밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내연엔진용 배기밸브에 관한 것으로, 이는 길이방향의 냉각용 덕트(1)를 갖춘 원통형상의 밸브스템(1)과, 이 밸브스템(1)에 견고하게 고정된 원형이면서 대체로 원판형상인 헤드(3)를 구비하는데, 이 헤드(3)는 상기 밸브스템(1)을 통해 냉각제를 안내하기 위해서, 상기 밸브스템의 냉각용 덕트(2)의 바닥(5)으로부터 헤드표면(7)의 출구(6)로 뻗어 있어 상기 헤드(3)를 통해 엔진으로부터의 배기가스를 배출하는 적어도 하나의 냉각용 덕트(4)를 갖추고 있는 한편, 상기 밸브스템의 냉각용 덕트(2)에는 단면을 감소시키는 삽입부(8)가 삽입되어 있다.

Description

내연엔진용 배기밸브 {Exhaust Valve for Internal Combustion Engines}

노르웨이 특허출원 제 972301호에 이러한 종류의 밸브가 게재되어 있는 바, 밸브스템과 밸브헤드를 통해 밸브의 하류쪽과 연통하고 있는 밸브 표면부로 통하는 통로가 뻗어 있다.

엔진의 고효율을 성취하기 위해서, 상기 밸브는 고온을 견딜 수 있어야 하고, 따라서 고온을 견딜 수 있는 밸브재료를 선택할 필요성이 있다. 또한, 밸브를 냉각시키는 것이 바람직하다. 전술된 밸브에 의해 밸브헤드의 만족스러운 냉각이 얻어지나, 밸브스템의 냉각은 만족스럽지 못하다.

본 발명은 내연엔진용 배기밸브에 관한 것으로, 내부벽면을 가진 길이방향의 냉각덕트를 구비하는 원통형 밸브스템(valve stem)과, 이 밸브스템에 견고하게 연결된 대략 디스크형상의 원형 헤드를 포함하며, 밸브스템을 통해 냉각제를 안내하고, 헤드를 통해 상기 엔진으로부터 가스를 배출시키기 위해 상기 헤드는 밸브스템의 냉각덕트의 바닥으로부터 헤드표면상의 출구로 뻗어있는 적어도 하나의 냉각덕트를 갖추고 있다.

도 1은 본 발명에 따른 밸브의 종단면도이고,

도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선 단면도,

도 3은 본 발명에 따른 밸브에 사용되는 밸브삽입부재의 확대단면도,

도 4는 본 발명에 따른 밸브용 밸브헤드의 확대된 종단면도이다.

본 발명의 목적은 밸브스템의 냉각이 공지된 밸브의 경우보다 우수한 상술한 형태의 밸브를 제공하는 데에 있다.

이 목적은 서두에 설명된 형태의 밸브로 성취되는데, 이는 청구범위에 나타난 형태로 특징지어진다.

이하 첨부도면을 참조하면서 본 발명에 따른 밸브를 더욱 상세히 설명한다.

각 도면에서 상응하는 부품이나 부분에는 동일한 참조번호가 부여된다.

도 1은 내연엔진용 배기밸브를 도시한 것으로, 이 배기밸브는 원통형상의 밸브스템(1)과 이 밸브스템에 견고하게 연결된 원형이면서 대체로 원판형상인 헤드 (3)를 구비하고 있다. 상기 밸브가 내연엔진에 사용될 때, 상기 헤드(3)는 도시되지 않은 밸브안착부와 번갈아 접촉하게 되고, 배기가스를 통과함으로써 가열된다. 엔진의 구조에 따라, 동일한 배기가스가 더 많이 또는 더 적게 밸브스템도 가열하게 된다.

상기 밸브스템(1)은 길이방향의 냉각덕트(2)를 갖추는데, 이 덕트는 밸브스템의 바닥(5)에서 헤드(3)의 냉각덕트(4)에 연결되어 있다. 이 냉각덕트(4)는 헤드표면(7)의 출구(7)로 통해 있다. 엔진이 가동될 때, 일반적으로 공기인 냉각제는 밸브스템(1)과 헤드(3)의 냉각덕트들을 통하여 출구(6)로 통과하는데, 상기 냉각제는 엔진의 배기가스와 혼합된다. 이렇게 하여 밸브스템과 헤드 모두가 냉각된다.

본 발명에 따르면, 상기 밸브스템의 냉각덕트(2)에는 단면적이 줄어드는 삽입부재(8)가 삽입되어 있다. 이 삽입부재는 삽입부재를 따라 보다 고속으로 냉각제가 흘러가게 하는데, 삽입부재가 위치된 영역에서 밸브스템(1)으로부터 냉각제로의 열전달이 보다 우수하게 된다. 이러한 향상된 열전달은 고속으로 흘러가게 됨으로써 저속으로 흘러가는 것보다 냉각제가 냉각덕트의 벽면(12)을 따르는 경계층의 보다 많은 부분을 압도하기 때문으로 추정된다.

본질적으로, 냉각제의 고속흐름은 공급된 냉각제의 양을 증가시킴으로써 얻어질 수 있음이 확실하나, 냉각제용 공급파이프와 일반적으로 냉각제를 공급하는 압축기와 같은 장치의 크기를 증가시키는 것이 필요하게 된다. 냉각제 양이 증가하면 엔진 출구파이프의 크기를 증가시킬 필요가 있다. 이러한 크기의 증가는 바람직하지 않다. 물론, 밸브스템의 냉각덕트(2)의 단면적을 감소시킴으로써 냉각제의 유동속도를 증가시킬 수도 있으나, 이는 동시에 냉각덕트의 벽면(12)의 면적이 줄어들게 되어, 밸브스템(1)으로부터 냉각제로의 열전달을 감소시킨다. 따라서, 큰 단면적을 갖는 냉각덕트를 갖추는 것이 바람직하다.

바람직한 실시예에서, 도 1을 참조로 하면 상기 삽입부재(8)는 밸브스템의 냉각덕트의 바닥(5)에서 또는 대략 그 근처에서부터 밸브스템의 길이(l₂)의 적어도 절반에 상응하는 길이(l₁)만큼 밸브스템(1)을 따라 뻗어있는 방식으로 위치된다. 이에 의해 상기 밸브스템(1)은 뜨거운 배기가스에 가장 많이 노출되는 영역에서 그 냉각이 향상된다.

다른 바람직한 실시예에서, 상기 삽입부재(8)는, 밸브스템의 냉각덕트의 바닥(5)에서 또는 대략 그 근처에서부터 대체로 밸브스템의 전체 길이(l₂)만큼 밸브스템(1)을 따라 뻗어있는 방식으로 위치된다. 이에 의해 전체 밸브스템(1)의 냉각이 개선된다.

냉각덕트(2)와 삽입부재(8)의 단면도인 도 2는 다른 바람직한 실시예를 도시하고 있는 바, 여기에서 상기 삽입부재(8)는 외주를 따라 길이방향으로 바깥쪽으로 돌출한 리브들(10)을 갖춘 길이방향으로 중앙에 위치된 단단한 중심부(9)로 이루어져 있어서, 바깥쪽으로 돌출한 리브들(10) 사이에서 냉각제용의 길이방향 홈(11) 이 제공된다. 이와 같은 구성에 의해 냉각덕트의 벽면(12)을 따라 냉각제가 통과하게 되어, 밸브스템(1)으로부터 냉각제로의 열전달 정도가 커지게 된다.

또 다른 바람직한 실시예에서, 도 2를 참조로 하면 상기 밸브스템의 냉각덕트(2)는 원형 또는 다각형의 단면을 가지며, 동시에 상기 삽입부재의 중앙부(9)는 원형 또는 다각형의 단면을 가지고, 냉각덕트(2)의 중간에 위치된다. 상기 바깥쪽으로 돌출한 리브들(10)은 중앙부(9)로부터 냉각덕트의 벽면(12)으로 방사상으로 뻗어 있다. 이에 의해 냉각덕트의 벽면(12)을 따라 상기 홈(11)이 일정하게 분포되어, 밸브스템(1)으로부터 냉각제로 균일하게 열전달이 이루어지게 된다.

도 3은 바깥쪽으로 돌출한 리브(10)의 수가 적어도 6개인 다른 바람직한 실시예의 도시하고 있는 바, 이에 의해 냉각덕트의 벽면(12)을 따라 냉각제가 균일하게 분배되어, 따라서 밸브스템(1)으로부터 냉각제로의 열전달이 균일하게 된다.

다른 바람직한 실시예에서, 도 3을 참조로 하면 상기 바깥쪽으로 돌출한 리브(10)는 중앙부(9)에서 냉각덕트의 벽면(12)까지, 즉 r₁으로 표시된 그 전체 영역에 걸쳐 일정한 두께(t)를 갖는다. 이는 삽입부재에 충분한 강도를 부여하는 한편, 동시에 상기 홈(11)은 냉각덕트의 벽면(12)에 대해 위치되는 사다리꼴의 가장 큰 측면을 갖춘 사다리꼴 단면을 얻게 되고, 따라서 밸브스템(1)으로부터 냉각제로 만족스럽게 열전달이 이루어지게 된다.

또 다른 바람직한 실시예에서, 도 3을 참조로 하면 상기 바깥쪽으로 돌출한 리브(10)는 중앙부(9)의 반경(r₂)과 대략 동일한 방사상의 연장부(r₁)를 갖춘다. 이에 의해 홈(11)의 사다리꼴 단면은, 냉각제의 고유동속도와, 냉각덕트(2)의 낮은 유동저항, 및 밸브스템(1)으로부터 냉각제로의 우수한 열전달 사이에 적당한 절충을 제공하는 형상을 얻게 된다.

밸브헤드의 확대된 종단면도인 도 4는 다른 바람직한 실시예를 도시하는 바, 상기 삽입부재(8)는 밸브스템의 냉각덕트(2)의 바닥까지 지나가고, 상기 밸브스템의 냉각덕트의 바닥(5)에 위치된 삽입부재의 부분(13)은 냉각제가 밸브헤드(3)의 냉각덕트(4)로 통과할 수 있도록 점차 가늘어지거나 단계적으로 되어 있다. 이는 상기 삽입부재가 냉각덕트의 바닥까지 지나갈 수 있기 때문에 냉각덕트(2)내 삽입부재(8)의 바람직한 부착을 제공하여 냉각덕트에 대해 연접하게 된다. 상기 삽입부재의 다른 끝은, 예컨대 용접이나 냉각덕트(2)내에 내부마개를 삽입하는 등의 다양한 방법으로 밸브스템의 상부에 부착될 수 있다. 이러한 부착수단은 종래기술이므로 추가로 설명되지 않을 것이다.

또 다른 바람직한 실시예에서, 삽입부재(8)는 가볍게 끼워맞춤으로써 밸브스템의 냉각덕트(2)내에 삽입된다. 이에 의해 삽입부재의 간단한 설치가 성취되는 한편, 동시에 삽입부재가 냉각덕트내에 놓여 임의의 움짐임없이 그 이동을 따르는 밸브스템을 제공하는데, 임의의 움직임은 삽입부재와 냉각덕트를 바람직하지 않게도 마모시키고, 냉각제의 유동에 문제를 야기시킨다.

본 발명은 특정한 실시예를 참조로 하여 설명되었지만, 본 발명의 변형이 청구범위의 범주내에서 이루어질 수 있음이 확실한 바, 예컨대 리브의 수와 관련하여 보다 많거나 보다 적은 수의 리브가 도시된 수의 리브를 교체할 수 있는데, 이는 냉각과 흐름조건에 다소 변경을 줄 수 있어서, 본 발명이 관련된 엔진에 적합하게 될 수 있다.

Claims (10)

1. 내연엔진용 배기밸브로서, 내부벽면(12)을 가진 길이방향의 냉각덕트(2)를 구비하는 원통형 밸브스템(1)과, 이 밸브스템(1)에 확실하게 연결된 대략 디스크형상의 원형 헤드(3)를 포함하며, 밸브스템(1)을 통해 냉각제를 안내하고, 헤드(3)를 통해 상기 엔진으로부터 가스를 배출시키기 위해 상기 헤드(3)는 밸브스템의 냉각덕트(2)의 바닥으로부터 헤드표면(7)상의 출구(6)로 뻗어있는 적어도 하나의 냉각덕트(4)를 가지는 내연엔진용 배기밸브에 있어서, 상기 밸브스템의 냉각덕트(2)에는 단면감소삽입부재(8)가 삽입되는 것을 특징으로 하는 내연엔진용 배기밸브.
2. 제1항에 있어서, 상기 삽입부재(8)는 밸브스템의 냉각덕트의 바닥(5)으로부터 그리고 적어도 밸브스템의 길이(l₂)의 절반에 대응하는 길이(l₁)만큼 밸브스템(1)을 따라 뻗어있는 것을 특징으로 하는 내연엔진용 배기밸브.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 삽입부재(8)는 밸브스템의 냉각덕트의 바닥(5)으로부터 그리고 밸브스템의 전체길이(l2)만큼 밸브스템(1)을 따라 뻗어있는 것을 특징으로 하는 내연엔진용 배기밸브.
4. 상기 전항들중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 삽입부재(8)는 주변을 따라 바깥쪽으로 돌출하는 길이방향의 리브들(10)을 가지는 길이방향으로 중앙에 위치된 고체중앙부(9)로 구성되어, 상기 바깥쪽으로 돌출하는 리브들(10) 사이에서 냉각제용의 길이방향 그루브들(11)을 제공하는 것을 특징으로 하는 내연엔진용 배기밸브.
5. 제4항에 있어서, 상기 밸브스템의 냉각덕트(2)는 원형 또는 다각형 단면을 가지고, 삽입부재의 중앙부(9)는 원형 또는 다각형 단면응 가지며, 바깥쪽으로 돌출하는 리브들(10)은 상기 중앙부(9)로부터 냉각덕트의 벽면(12)까지 방사상으로 뻗어있는 것을 특징으로 하는 내연엔진용 배기밸브.
6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 바깥쪽으로 돌출하는 리브들(10)의 개수는 적어도 6개인 것을 특징으로 하는 내연엔진용 배기밸브.
7. 제4항 내지 제6항중 어느 한 항에 있어서, 바깥쪽으로 돌출하는 리브들(10)은 중앙부(9)로부터 냉각덕트의 벽면(12)까지 두께가 일정한 것을 특징으로 하는 내연엔진용 배기밸브.
8. 제4항 내지 제7항중 어느 한 항에 있어서, 바깥쪽으로 돌출하는 리브들(10)은 상기 중앙부(9)의 반경(r2)과 대략 동일한 방사상 연장부(r1)를 가지는 것을 특징으로 하는 내연엔진용 배기밸브.
9. 상기 전항들중 어느 한 항에 있어서, 상기 삽입부재(8)는 밸브스템의 냉각덕트(2)의 바닥(5)까지 지나가고, 밸브스템의 냉각덕트(2)의 바닥(5)에 위치되는 삽입부재의 부분(13)은 냉각제가 밸브헤드(3)내의 냉각 덕트(4)로 통과할 수 있도록 테이퍼처리되거나 또는 점진적으로 변화되는 것을 특징으로 하는 내연엔진용 배기밸브.
10. 상기 전항들중 어느한 항에 있어서, 상기 삽입부재(8)는 밸브스템의 냉각덕트(2)내에 가볍게 끼워맞춰져 삽입되는 것을 특징으로 하는 내연엔진용 배기밸브.