KR20160105314A - 실린더 헤드 - Google Patents

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KR20160105314A
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KR
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gas valve
precombustion chamber
spark plug
cylinder head
chamber gas
Prior art date
Application number
KR1020160021361A
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English (en)
Inventor
라파엘 야코프
Original Assignee
게 옌바허 게엠베하 운트 콤파니 오게
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Publication date
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Abstract

실린더 헤드(2)는 적어도 하나의 예연소실(3)과, 상기 예연소실(3) 안으로 돌출하는 적어도 하나의 점화 플러그(6), 및 상기 예연소실(3) 안으로 개방되는 적어도 하나의 예연소실 가스 밸브(5)를 포함하며, 상기 점화 플러그(6)와 상기 예연소실 가스 밸브(5)는 상기 실린더 헤드(2)의 공통 캐비티(7) 내에 배치되며, 상기 예연소실 가스 밸브(5)와 상기 점화 플러그(6)는 상호 서로 관통하는 보어들에 배치된다.

Description

실린더 헤드{CYLINDER HEAD}
본 발명은 청구항 1의 특징부의 특징을 갖는 실린더 헤드와 이러한 실린더 헤드를 갖는 내연 기관에 관한 것이다.
상술한 일반적인 종류의 실린더 헤드와 내연기관은 이미 종래 기술에 공지되어있다. 이에 따르면, 주어진 보어(약 150mm)의 내연 (가스) 기관은 점화 부스팅 (ignition boosting)을 위한 예연소실이 장착되어 있다. 예연소실 내로 돌출되는 점화 소스(ignition source)는, 예연소실에 존재하며 충전된(flushed) 예연소실의 경우 비교적 농후한 혼합물을 점화함으로써, 점화 불꽃이 예연소실로부터 주 연소실로 통과하고 주 연소실에 존재하는 혼합물을 점화시킨다.
JP H 04171256 A는 밸브체, 밸브 스프링, 밸브 니들 및, 가스가 공급되는 하부 캐비티를 포함하는 밸브를 개시한다. 거기에는 또한 밸브 스프링이 배치되는 상부 캐비티가 있다. 여기서 캡은 상부 밸브 캐비티에 대한 밀봉부로서 작용하며, 상기 캡은 끌어당겨져서 상부 캐비티에만 나사 결합되고, 이에 따라 상부 캐비티를 형성한다. 점화 플러그와 예연소실 가스 밸브는 동일한 캐비티 내에 함께 배치된다. 이러한 배치는 작은 구조물에서의 안정성을 불량하게 할 수 있다.
DE 10 2004 000 229 A1은 한편으론 가스를 분사하고, 다른 한 편으론 디젤 연료를 분사하는 분사 시스템을 도시한다. 점화 플러그 및 예연소실 가스 밸브의 공통 캐비티가 도시되어 있지 않다.
예연소실에 연료를 공급하기 위한 다양한 설계 개념이 있다. 비-충전(non-flushed) 예연소실의 경우, 압축 행정에서, 혼합물은 주 연소실로부터 예연소실 내로 유입된다.
충전된 예연소실의 경우에는 연료를 추가로 공급할 수 있는 가능성도 있다. 그러한 별도의 연료 공급은 이어서 수동 밸브(체크 밸브) 또는 능동 밸브에 의해 달성될 수 있다.
실린더 헤드에서는, 패키징(packaging), 다시 말해, 충전된 예연소실 개념에 필요한 구성 요소 및 공급 라인의 공간적 배치가 요구된다. 공간 문제를 해결하기 위해, 특히 작은 예연소실 가스 밸브의 제조와 관련된 방법이 있다. 소형화된 예연소실 가스 밸브가 이동 부품의 막힘 또는 들러붙음에 더욱 취약하기 때문에, 상기 방법은 내용 연수(service life) 문제를 수반한다.
예연소실 가스 밸브와 점화 플러그 슬리브의 배치에 관한 추가적인 제안은, 예연소실 가스 밸브를 예연소실로부터 비교적 멀리 떨어져 배치하는 것이며, 이에 따라 예연소실 가스 밸브로부터 예연소실의 마우스 개구까지, 이어서 예연소실 안으로의 긴 통로를 제공하는 것이다. 그러한 배치는, 대량의 충전되지 않은 볼륨(unflushed volume)인, 소위 데드 스페이스(dead space)를 증가시키게 되어, 예연소실 가스 연소시에 그을음(soot) 형성을 크게 유발하게 되는 단점이 될 수 있다.
따라서 본 발명의 목적은, 종래 기술로부터 알려진 단점을 완화하는, 실린더 헤드와 내연 기관을 제공하는 것이다.
상기 목적은 청구항 1의 특징을 갖는 실린더 헤드와 이러한 실린더 헤드를 갖는 내연 기관에 의해 달성된다. 유리한 구성들은 종속 청구항들에 기술한다.
점화 플러그와 예연소실 가스 밸브가 실린더 헤드의 공통 캐비티 내에 배치된다는 사실은, 점화 플러그를 수용하기 위한 샤프트와 예연소실 가스 밸브의 특히 컴팩트한 배열을 제공한다.
공통 캐비티는 원통형으로 제공될 수 있다. 상기 캐비티는 다수의 원통형 부분들로 제공될 수 있다. 원통형 부분들은 모두가 서로 평행할 필요는 없다.
본 발명에 따르면, 점화 플러그와 예연소실 가스 밸브는 상호 서로 관통하는 보어 내에 배치되어 제공되어 있다. 그것은, 점화 플러그와 예연소실 가스 밸브를 각기 수용하기 위한 보어들이 각각, 서로에 대하여 통과하는 방식으로, 서로 상호 공간적으로 위치되는 상황을 포함한다. 그 결과, 점화 플러그와 예연소실 가스 밸브는 특히 서로에 대하여 가깝게 위치될 수 있다. 이것은 점화 플러그의 수용과 예연소실 가스 밸브의 수용을 위한 보어들이 그들의 측면 표면들과 서로 교차하게 되어, 특히 작은 구조에서, 밸브체의 큰 안정성에 기여하게 되는 것을 의미한다.
바람직하게는 상기 캐비티는 점화 플러그 슬리브에 배치되어 제공된다. 상술한 일반적인 종류의 내연 기관은, 대부분 점화 플러그가 실린더 헤드에 직접 나사 결합되지 않는 방식으로 설계되지만, 점화 플러그를 수용하기 위한 점화 플러그 슬리브가 있다. 따라서 바람직한 실시예는, 공통 캐비티가 점화 플러그와 예연소실 가스 밸브를 점화 플러그 슬리브에 수용하도록 적응되게 제공한다.
실린더 헤드 또는 점화 플러그 슬리브에 대한 예연소실 가스 밸브의 밀봉은 예연소실 가스 밸브의 주변에 수행되도록 제공될 수 있다. 따라서, 방사상 밀봉 개념이 바람직한 실시예로서 제안되며, 여기서, 예연소실 가스 밸브의 밀봉이 예연소실 가스 밸브의 주변 표면에서 달성된다. 그것은, 밀봉이 예연소실 가스 밸브의 단부면에 의해 달성되는 축방향 밀봉 개념과는 대조적이다.
이와 관련하여, 예연소실 가스 밸브의 밀봉이 적어도 하나의 O-링에 의해 구현되는 것이 제공될 수 있다.
바람직하게는 적어도 하나의 O-링은, 예연소실 가스 밸브의 외측 벽에 돌출부들에 의해 형성된 개구에 배치되어 제공된다. 따라서 예연소실 가스 밸브의 벽에 있는 홈과 달리, 돌출부들이 예연소실 가스 밸브의 벽에 형성되는 것이 제공된다. 주변 관계(peripheral relationship)로 바람직하게 연장하는 상기 돌출부들 사이에는 O-링을 수용할 수 있는 개구가 제공된다. 하나 이상의 O-링이 있으면, 이에 대응하여 더 많은 돌출부들이 제공된다.
본 발명의 이점은 특히 다음과 같다:
* 예연소실 가스 밸브는 데드 스페이스가 최소화되도록, 예연소실에 근접 하여 있다.
* 예연소실 가스 밸브는 특히 컴팩트한 구조로 점화 플러그에 근접하여 있 다.
* 본 발명은 또한 더 작은 내연 기관의 경우(특히 패키징에 문제가 있는 경우)에도 사용될 수 있다.
* 유동 구성 및 연소의 관점에서 바람직한 점화 플러그의 중앙 위치. 및
* 제 위치에 설치된 예연소실 가스 밸브와 점화 플러그의 호환성.
본 발명은 도면에 의해 더욱 상세히 설명된다:
도 1a 내지 1c는 제 1 실시예에 따른 점화 플러그를 도시한다.
도 2a 내지 2c는 추가의 실시예에 따른 점화 플러그 슬리브를 도시한다.
도 3a 내지 3c는 가스 공급 개념에 관한 세부사항을 보여주는, 점화 플러그 슬리브를 도시한다.
도 4a 내지 4c는 예연소실 가스 밸브와 그 변형예를 도시한다.
도 5는 점화 플러그가 장착된 도 1a에 도시된 바와 같은 구성을 도시한다.
도 1a 내지 1c는 제 1 실시예에 따른 점화 플러그 슬리브(4)를 세 개의 뷰로 도시한다.
따라서, 도 1a는 점화 플러그(6)(도시 생략)와 예연소실 가스 밸브(5)를 수용하는 캐비티(7)를 통과하는 종방향 섹션을 도시한다. 이 실시예에서 캐비티(7)는 점화 플러그 슬리브(4) 안에 있다.
상기 캐비티(7)는 한편으론, 점화 플러그(6)를 수용하기 위하여, 실린더 부분들을 구성하는, 대칭축(S1)을 중심으로 동심인 샤프트를 포함한다.
상기 캐비티(7)는 또한 예연소실 가스 밸브(5)를 수용하기 위한 대칭축(S2)을 갖는 보어(10)를 갖는다.
통로(8)는 예연소실 가스 밸브(5)로부터 예연소실(3)로 이어진다. 상기 예연소실(3)은 한편으론 실제 캐비티, 다시 말해, 혼합물의 점화가 일어나는 중공 공간을 포함한다. 상기 예연소실(3)은 물론 물리적 구성요소이다. 본 실시예에서, 상기 예연소실(3)은 점화 플러그 슬리브(4)로부터 분리된 구성요소의 형상이며, 예를 들어, 누름으로써 점화 플러그 슬리브(4)에 접속된다.
간결함을 위해 도시하지 않은 점화 플러그(6)는, 예연소실(3)과 동일 평면으로 종료하고, 그 전극은 예연소실(3) 안으로 돌출하는 방식으로, 대칭축(S1)과 동심인 샤프트에 의해 점화 플러그 슬리브(4) 안으로 도입된다. 상기 예연소실(3)은 통로(8)를 통해 예연소실 가스 밸브(5)에 의해 연소 가스가 농후화된다. 상기 예연소실(3)에서 점화가 일어난 후, 점화된 혼합물은 유동 전달 보어(9)를 통해 주 연소실(도시 생략) 안으로 통과한다.
도 1b는 도 1a의 평면도를 도시한다. 여기서 점화 플러그(6)와 예연소실 가스 밸브(5)를 수용하기 위한 캐비티(7) 내에 배치된 평행한 원통형 샤프트를 볼 수 있다. 도 1a를 참조하여 설명한 바와 같이, 점화 플러그(6)는 도시되어 있지 않다. 상기 예연소실 가스 밸브(5)가 점화 플러그 슬리브(4)에 나사 결합되도록 하는 팔각형 형상을 상기 예연소실 가스 밸브(5)에서 볼 수 있다.
도 1c는 본 실시예의 점화 플러그 슬리브(4)의 사시도를 도시한다.
설치 상태에서 점화 플러그 슬리브(4)는 내연 기관(여기서는 도시생략)의 실린더 헤드(2)에 장착되어 있다. 예연소실 가스 밸브(5)의 보어(10)는 그 상부에 위치하며 최대 직경을 갖는 점화 플러그 보어(11)를 통과한다. 이는 도 1b와 1c에 도시된 도면들로부터 특히 명백히 알 수 있다. 따라서, 평면도(도 1b)에서, 예연소실 가스 밸브(5)를 수용하기 위한 보어(10)와 점화 플러그(6)를 수용하기 위한 보어가 겹쳐진다.
도 2a 내지 도 2c는 실린더 헤드(2) 안으로 삽입될 수 있는 점화 플러그 슬리브(4)의 추가의 실시예를 도시한다. 여기서 점화 플러그(6)를 수용하기 위한 보어와, 예연소실 가스 밸브(5)를 수용하기 위한 보어는 서로를 통과한다. 이 실시예에서는, 도 1a 내지 1c에 도시된 실시예와 비교하여, 캐비티(7)의 형상은 변경되었다. 여기서 캐비티(7)의 형상은, 점화 플러그(6)와 예연소실 가스 밸브(5)를 수용하기 위한 원통형 보어가 서로 유동적으로 중첩되는 구성을 갖는다. 다시 말해, 도 1a 내지 1c의 실시예의 급속 전이는 이 실시예에서 두 개의 보어들의 전이의 평활한 반경(smooth radius)으로 대체된다.
도 3a는 점화 플러그 슬리브(4)를 통한 섹션을 도시하며, 여기서 상기 섹션은, 예연소실 가스 밸브(5)에 대한 가스 공급이 명확히 도시되도록 위치되어 있다. 섹션 라인은 도 3b에 도시되어 있다. 여기서는 예연소실 가스 밸브(5)를 운반하는 보어(10) 안으로 개방되는 가스 공급 통로(12)를 볼 수 있다. 예연소실 가스 밸브(5)와 함께 보어(10)는, 그 안으로 가스 공급 통로(12)가 개방되는 환형 통로(13)를 형성한다. 벽(10)과 예연소실 가스 밸브(5)에 의해 형성되는 상기 환형 통로(13)로부터, 유입되는 가스는 상기 예연소실 가스 밸브(5) 안으로 균일하게 안내된다.
도 3c는 점화 플러그 슬리브(4)를 통한 종방향 섹션을 도시한다. 섹션 라인은 도 3d에서 볼 수 있다. 도 3c에서 볼 수 있는 바와 같이, 여기서 상기 단면은, 대칭축(S1)에 평행하게 연장되는, 가스 공급 통로(12)의 일부를 볼 수 있도록 선택된다.
도 3c는 예연소실 가스 밸브(5)와 그 가스 공급의 배치를 도시하는 등각 사시도이다. 가스 공급은 가스 공급 통로(12)의 수평부 및 수직부들에 의해 제공된다.
도 4a는 예연소실 가스 밸브(5)의 단면도를 도시한다. 캐비티(7)의 벽(10)과 예연소실 가스 밸브(5)의 외부 윤곽 사이에 형성된 환형 통로(13)를 명확히 볼 수 있다. 상기 벽(10)은 실린더 헤드(2) 자체에 의해 또는 실린더 헤드(2)에 장착된 점화 플러그 슬리브(4)에 의해 형성될 수 있다.
밸브 니들(14)은 스프링(15)에 의해 시트(seat)에 지탱된다. 캡(16)은 스프링(15)을 포함하며, 예를 들어 빔 용접에 의해, 밸브 니들(14)에 접속된다.
플러그(17)는 예연소실 가스 밸브(5)를 상향으로 폐쇄 및 밀봉한다. 상기 캐비티(7)에 대한 환형 통로(13)의 밀봉은 O-링(18)에 의해 방사상으로 이루어진다. 그들은 돌출부들(19)에 의해 형성된 환형 수용 수단에 배치된다. 따라서 여기에 도시된 예연소실 가스 밸브(5)의 밀봉 개념은, 상기 예연소실 가스 밸브(5)의 밀봉이 방사상으로 행해지는 것, 다시 말해 상기 예연소실 가스 밸브(5)의 외측 표면에 의해 행해지는 것을 제공한다.
도 4b는 도 4a의 변형 예를 도시하며, 여기서는 공간(23)이 예연소실(3)을 향해 좁아지는, 실질적으로 배-모양(pear-shaped)으로 구성된다. 그러한 구성은 유동적 관점에서 특히 유리하다.
도 5는 도 1a에 도시된 바와 같은 도면을 도시하며, 여기서는 점화 플러그(6)가 도시되어 있다.
2 : 실린더 헤드
3 : 예연소실
4 : 점화 플러그 슬리브
5 : 예연소실 가스 밸브
6 : 점화 플러그
7 : 캐비티
8 : 통로
9 : 유동 전달 보어
10 : 캐비티(7)의 벽
11 : 점화 플러그 보어
12 : 가스 공급 통로
13 : 환형 통로
14 : 밸브 니들
15 : 밸브 스프링
16 : 캡
17 : 플러그
18 : O-링
19 : 돌출부
20 : 가스 통로
21 : 예연소실 가스 밸브의 하부 캐비티
22 : 예연소실 가스 밸브의 상부 캐비티
23 : 공간
24 : 밸브체
S1 : 대칭축
S2 :대칭축

Claims (6)

  1. 실린더 헤드(2)로서,
    - 적어도 하나의 예연소실(3)과,
    - 상기 예연소실(3) 안으로 돌출하는 적어도 하나의 점화 플러그(6), 및
    - 상기 예연소실(3) 안으로 개방되는 적어도 하나의 예연소실 가스 밸브(5)를 포함하며,
    상기 점화 플러그(6)와 상기 예연소실 가스 밸브(5)는 상기 실린더 헤드(2)의 공통 캐비티(7) 내에 배치되며, 상기 예연소실 가스 밸브(5)와 상기 점화 플러그(6)는 상호 서로 관통하는 보어들에 배치되는 것을 특징으로 하는 실린더 헤드.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 점화 플러그(6)는 점화 플러그 슬리브(4)에 배치되며, 상기 캐비티(7)는 상기 점화 플러그 슬리브(4)에 제공되는 것을 특징으로 하는 실린더 헤드.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 실린더 헤드(2) 또는 상기 점화 플러그 슬리브(4)에 대한 상기 예연소실 가스 밸브(5)의 밀봉은 상기 예연소실 가스 밸브(5)의 주변에 행해지는 것을 특징으로 하는 실린더 헤드.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 예연소실 가스 밸브(5)의 밀봉은 0-링(18)에 의해 행해지는 것을 특징으로 하는 실린더 헤드.
  5. 제 4 항에 있어서, 적어도 하나의 0-링(18)이 상기 예연소실 가스 밸브(5)의 외측 벽에서 돌출부들(19)에 의해 형성된 개구에 배치되는 것을 특징으로 하는 실린더 헤드.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 기술된 실린더 헤드(2)를 갖는 내연 기관.
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