KR20060089039A - 차량 엔진용 밸브 트레인 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 차량 엔진용 밸브 트레인은, 캠의 회전운동에 맞춰 실린더를 개폐시키는 밸브와, 상기 밸브에 고정된 리테이너와 실린더 헤드에 고정된 스프링 시트 사이에 개재되어 상기 밸브에 탄성력을 부여하는 밸브 스프링을 포함하여 구성되고, 특히 상기 밸브 스프링이 다중 구조로 구성됨으로써, 상기 밸브 스프링의 설계 자유도 및 내구성, 공진 주파수가 향상될 수 있을 뿐만 아니라 상기 밸브 스프링의 스프링 계수를 키울 수 있고, 상기 밸브 스프링의 크기 및 질량을 줄일 수 있다.

엔진, 밸브 트레인, 밸브 스프링, 다중 구조

Description

차량 엔진용 밸브 트레인{Valve Train of Engine}

도 1은 종래 기술에 따른 차량 엔진용 밸브 트레인의 밸브 닫힘시 단면도,

도 2는 종래 기술에 따른 차량 엔진용 밸브 트레인의 밸브 열림시 단면도,

도 3은 본 발명에 따른 차량 엔진용 밸브 트레인의 밸브 닫힘시 단면도,

도 4는 도 3의 A-A선에 따른 단면도,

도 5는 본 발명에 따른 차량 엔진용 밸브 트레인의 밸브 열림시 단면도,

도 6은 스프링의 압축량이 일정할 때, 스프링의 선재 직경에 따른 응력을 나타낸 그래프이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

50 : 밸브 52 : 캠

60 : 밸브 스프링

본 발명은 차량 엔진용 밸브에 관한 것으로서, 특히 밸브 스프링이 다중 구조로 이루어지는 차량 엔진용 밸브에 관한 것이다.

일반적으로 차량 엔진용 밸브 트레인은, 내연기관에서 흡기 밸브 또는 배기 밸브로 사용되는 것으로서, 도 1에 도시된 바와 같이, 실린더 헤드 내에서 직선 왕복이동되도록 설치되어 실린더를 개폐시키는 밸브(2)와, 상기 밸브(2)의 상부에 구비되어 캠(3)의 회전운동에 따라 상기 밸브(2)를 직선 왕복 이동시키는 태핏(4)과, 상기 태핏(4)의 내부에 위치되어 리테이너 록(5)에 의해 상기 밸브(2)의 상부에 고정된 리테이너(6)와, 상기 리테이너(6)로부터 상기 밸브(2)의 하부 측으로 소정간격 이격되어 실린더 헤드에 고정된 스프링 시트(8)와, 상기 스프링 시트(8)와 리테이너(6) 사이에 개재되어 상기 밸브(2)의 길이방향으로 상기 밸브(2)에 탄성력을 부여하는 밸브 스프링(10)을 포함하여 구성된다.

상기 밸브 스프링(10)은, 통상 일정 직경(10')을 갖는 금속 선재를 나선형으로 감아진 하나의 코일 스프링이 사용된다.

상기와 같이 구성된 종래 기술에 차량 엔진용 밸브 트레인의 작용을 살펴보면 다음과 같다.

상기 캠(3)이 회전 운동됨에 따라 상기 캠(3)에 의해 상기 태핏(4)이 눌려지면, 상기 태핏(4)과 함께 상기 밸브(2)가 하향 이동되어 밸브 온 동작을 하게 된다. 이 때, 상기 밸브 스프링(10)은 상기 리테이너(6)와 스프링 시트(8) 사이에서 압축된다.

이와 같은 상태에서, 상기 캠(3)이 회전 운동됨에 따라 상기 캠(3)이 상기 태핏(4)을 더 이상 누르지 않게 되면, 상기 밸브 스프링(10)의 탄성력에 의해 상기 밸브(2)와 태핏(4)이 제 위치로 상향 이동되어 밸브 오프 동작을 하게 된다.

물론, 상기 밸브 스프링(10)은 제 형상으로 복원된다.

그러나, 상기한 바와 같은 종래 기술에 따른 차량 엔진용 밸브 트레인은, 상기 밸브 스프링(10)이 압축될 때 상기 밸브 스프링(10)에 작용하는 응력이 상기 밸브 스프링(10)의 압축량 및 상기 밸브 스프링(10)의 금속 선재의 직경(10')에 비례하여 커지는데(도 6참조), 상기 밸브 스프링(10)이 하나의 코일 스프링으로 이루어지기 때문에 상기 밸브 스프링(10)의 설계에 많은 제약이 따르는 문제점이 있다.

즉, 상기 밸브 스프링(10)은 일정 수준 이상의 스프링 계수를 갖기 위해서 금속선재의 직경(10') 및 상기 밸브 스프링(10)의 높이가 일정 이상 커야 하는데, 상기 밸브 스프링(10)이 설치될 수 있는 공간이 협소하여 상기 밸브 스프링(10)의 크기, 즉 상기 밸브 스프링(10)의 스프링 계수가 공간 상 제약을 받게 된다.

또한, 상기 밸브 스프링(10)의 압축될 때 상기 밸브 스프링(10)에 작용하는 응력이 응력 한계치를 넘으면 상기 밸브 스프링(10)이 소성 변형되거나 파손되는데, 상기 밸브 스프링(10)의 금속 선재의 직경(10')이 큰 편이기 때문에 상기 밸브 스프링(10)의 압축시 응력 한계치를 넘지 않도록 상기 밸브 스프링(10)의 압축량이 제약을 받게 된다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 밸브 스프링이 충분한 스프링 계수를 갖을 수 있음과 아울러, 밸브 스프링의 설계 자유도를 향상시킬 수 있는 차량 엔진용 밸브 트레인을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 차량용 엔진의 밸브 트레인은, 실린더 헤드에 실린더를 개폐시킬 수 있도록 설치된 밸브와, 상기 밸브의 상부에 구비되어 캠의 회전운동에 따라 상기 밸브가 개폐 동작을 할 수 있도록 하는 태핏과, 상기 밸브의 일측에 고정된 리테이너와, 상기 밸브의 길이방향으로 상기 리테이너와 소정간격 이격되어 실린더 헤드에 고정된 스프링 시트와, 상기 스프링 시트와 리테이너 사이에 개재되어 상기 밸브에 탄성력을 부여하는 밸브 스프링을 포함하고; 특히, 상기 밸브 스프링은 다중 구조로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 차량 엔진용 밸브 트레인은, 실린더 헤드에 직선 왕복이동 가능토록 설치되어 실린더를 개폐시킬 수 있는 밸브(50)와, 상기 밸브(50)의 상부에 구비되어 캠(52)의 회전운동에 따라 상기 밸브(50)를 직선 왕복이동시켜서 상기 밸브(50)가 개폐 동작을 할 수 있도록 하는 태핏(54)과, 상기 태핏(54)의 내부에 위치되어 리테이너 록(55)에 의해 상기 밸브(50)의 상부에 고정된 리테이너(56)와, 상기 밸브(50)의 길이방향으로 상기 리테이너(56)로부터 상기 밸브(50)의 하부로 소정간격 이격되어 상기 실린더 헤드에 고정된 스프링 시트(58)와, 상기 스프링 시트(58)와 리테이너(56) 사이에 개재되어 상기 밸브(50)에 탄성력을 부여하는 밸브 스프링(60)으로 이루어진다.

특히, 상기 밸브 스프링(60)은 다중 구조가 될 수 있도록, 반경방향으로 서로 이격된 다수개의 코일 스프링(62)으로 구성될 수 있다.

상기 각각의 코일 스프링(62)은 다수개의 코일 스프링(62)의 스프링 계수들의 합이 상기 다수개의 코일 스프링(62)으로 이루어진 밸브 스프링(60)의 필요 스프링 계수를 충족시켜줘야 한다.

따라서, 상기 각각의 코일 스프링(62)은 스프링 계수가 상기 다중 구조의 밸브 스프링(60)의 필요 스프링 계수를 하나의 다중 구조의 밸브 스프링(60)을 이루는 코일 스프링(62)의 개수로 나눈 값이 될 수 있도록, 형성되는 것이 바람직하다.

일 예로써, 상기 각각의 코일 스프링(62)은 선재 직경(62')이 서로 동일하도록 형성될 수 있다. 그리고, 상기 각각의 코일 스프링(62)은 반경방향으로 서로 접촉되도록 배치될 수 있다.

이 때, 상기 다중 구조의 밸브 스프링(60)을 이루는 다수개의 코일 스프링(62)들 중 가장 안쪽에 있는 코일 스프링(62)은, 상기 밸브(50)와 간섭되지 않는 범위 내에서 상기 밸브(50)와 최소 간격(62t)을 유지토록 형성되는 것이 바람 직하다.

한편, 상기 다중 구조의 밸브 스프링(60)에는 상기 밸브 스프링(60)이 압축 또는 복원될 때 상기 다중 구조의 밸브 스프링(60)을 이루는 다수개의 코일 스프링(62)들의 정렬이 흐트러지지 않도록, 상기 다중 구조의 밸브 스프링(60)을 이루는 다수개의 코일 스프링(62)들을 하나로 묶어서 일체화시킬 수 있는 패키지수단이 구비될 수 있다.

상기 패키지수단은 고분자 물질, 플라스틱, 고무 등과 같은 탄성 재질로 형성되어 상기 다중 구조의 밸브 스프링을 둘러싸는 패키지 커버(64)로 이루어진다.

상기 패키지 커버(64)는 상기 다중 구조의 밸브 스프링(60)을 이루는 다수개의 코일 스프링(62)이 함께 삽입될 수 있도록 파이프 형상으로 형성될 수도 있다. 또는, 상기 패키지 커버(64)는 상기 다중 구조의 밸브 스프링(60)을 이루는 다수개의 코일 스프링(62)들의 외측에 코팅되어 이루어진 피복일 수도 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 차량 엔진용 밸브 트레인의 밸브 스프링(60)의 작용을 종래 기술에 따른 밸브 스프링과 비교해 보면 다음과 같다.

상기 밸브 스프링(60)이 다수개의 코일 스프링(62)으로 구성된 다중 구조를 갖게 됨으로써, 상기 다중 구조의 밸브 스프링(60)을 이루는 다수개의 코일 스프링(62)들의 선재 직경(62')이 종래 기술과 같이 하나의 코일 스프링으로 이루어진 밸브 스프링보다 상대적으로 작게 형성될 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 다중 구조의 밸브 스프링(60)과 종래 기술에 따른 밸브 스프링을 동일하게 압축시켰을 때, 본 발명에 따른 다중 구조의 밸브 스프링(60)의 각각의 코일 스프링(62)에 작용하는 응력이 종래 기술에 따른 밸브 스프링에 작용하는 응력보다 작기 때문에 본 발명에 따른 다중 구조의 밸브 스프링(60)은 종래 기술에 따른 밸브 스프링보다 스프링 압축량의 허용범위가 더 큼으로써 스프링 압축량에 따른 설계 제약이 현저히 줄어들 수 있다.

다시 말해서, 본 발명에 따른 다중 구조의 밸브 스프링(60)은 소정의 스프링 계수를 갖고자 할 때, 종래 기술에 따른 밸브 스프링보다 높이가 더 짧게 형성될 수 있고, 스프링의 질량을 줄일 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 다중 구조의 밸브 스프링(60)은 상기 다중 구조의 밸브 스프링(60)을 이루는 코일 스프링(62)들의 개수를 더 늘림으로써 용이하게 스프링 계수를 키울 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 다중 구조의 밸브 스프링(60)은 탄성 변형될 때 상기 다중 구조의 밸브 스프링(60)을 이루는 다수개의 코일 스프링(62)이 서로 마찰됨으로써, 진동을 소산시키는 댐핑 작용을 하는 부가 이점이 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 차량 엔진용 밸브 트레인은, 캠의 회전운동에 맞춰 실린더를 개폐시키는 밸브와, 상기 밸브에 고정된 리테이너와 실린더 헤드에 고정된 스프링 시트 사이에 개재되어 상기 밸브에 탄성력을 부여하는 밸브 스프링을 포함하여 구성되고, 특히 상기 밸브 스프링이 다중 구조로 구성됨으로 써, 상기 밸브 스프링의 설계 자유도 및 내구성, 공진 주파수가 향상될 수 있을 뿐만 아니라 상기 밸브 스프링의 스프링 계수를 키울 수 있고, 상기 밸브 스프링의 크기 및 질량을 줄일 수 있는 이점이 있다.

Claims (6)

1. 실린더 헤드에 실린더를 개폐시킬 수 있도록 설치된 밸브와, 상기 밸브의 상부에 구비되어 캠의 회전운동에 따라 상기 밸브가 개폐 동작을 할 수 있도록 하는 태핏과, 상기 밸브의 일측에 고정된 리테이너와, 상기 밸브의 길이방향으로 상기 리테이너와 소정간격 이격되어 실린더 헤드에 고정된 스프링 시트와, 상기 스프링 시트와 리테이너 사이에 개재되어 상기 밸브에 탄성력을 부여하는 밸브 스프링을 포함하고; 상기 밸브 스프링은 다중 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 차량 엔진용 밸브 트레인.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 다중 구조의 밸브 스프링은 서로 반경방향으로 이격된 다수개의 코일 스프링으로 이루어지고;

   상기 각각의 코일 스프링의 스프링 계수는 상기 다중 구조의 밸브 스프링의 스프링 계수를 하나의 밸브 스프링을 이루는 코일 스프링의 개수로 나눈 값인 것을 특징으로 하는 차량 엔진용 밸브 트레인.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 다수개의 코일 스프링의 선재 직경은 서로 동일한 것을 특징으로 하는 차량 엔진용 밸브 트레인.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 다중 구조의 밸브 스프링의 각각의 구성요소는 반경방향으로 서로 접촉되도록 배치된 것을 특징으로 하는 차량 엔진용 밸브 트레인.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 다중 구조의 밸브 스프링에는 각각의 구성요소가 일체화 될 수 있도록 패키지수단이 구비된 것을 특징으로 하는 차량 엔진용 밸브 트레인.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 패키지수단은 탄성 재질로 형성되어 다중 구조의 밸브 스프링의 외측을 둘러싸는 패키지 커버로 이루어진 것을 특징으로 하는 차량 엔진용 밸브 트레인.

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