KR20160105316A

KR20160105316A - 예연소실 가스 밸브

Info

Publication number: KR20160105316A
Application number: KR1020160021377A
Authority: KR
Inventors: 라파엘 야코프
Original assignee: 게 옌바허 게엠베하 운트 콤파니 오게
Priority date: 2015-02-27
Filing date: 2016-02-23
Publication date: 2016-09-06
Also published as: JP2016160934A; AT516621A4; AT516621B1; EP3061961B1; EP3061961A1; AU2016201132A1; CA2921629A1; US10184386B2; US20160252005A1; CA2921629C; BR102016003825A2; CN106014695A; CN106014695B

Abstract

예연소실 가스 밸브(5)는 밸브체(24), 적어도 하나의 밸브 스프링(15) 및 적어도 하나의 밸브 니들(14)을 포함하고, 밸브체(24)는 작동 상태에서 가스가 작용하는 하부 공간(21) 및 밸브 스프링(15)이 배열되어 있는 상부 공간(22)을 갖고, 상부 공간(22)은 가압 플러그(17)를 통해 폐쇄된다.

Description

예연소실 가스 밸브{PRE-CHAMBER GAS VALVE}

본 발명은 청구항 1의 특징부의 특징들을 갖는 예연소실(pre-chamber) 가스 밸브, 및 이러한 예연소실 가스 밸브를 제조하기 위한 프로세스에 관한 것이다.

소정의 보어(약 150 mm)로부터 내연(가스)기관이 점화 부스팅(ignition boosting)을 위한 예연소실을 구비한다. 예연소실 내로 돌출하는 점화 소스는 예연소실에 존재하며 충전된(flushed) 예연소실의 경우에 비교적 농후한 혼합물을 점화하고, 이에 의해 점화 불꽃이 예연소실로부터 주 연소실(main combustion chamber) 내로 통과하고 주 연소실에 존재하는 혼합물을 점화한다.

예연소실에 연료를 공급하기 위한 다양한 디자인 개념이 존재한다. 비-충전된(non-flushed) 예연소실의 경우에, 혼합물은 압축 행정시에 주 연소실로부터 배출되어 예연소실로 흐른다.

충전된 예연소실의 경우에, 예연소실에 연료를 부가로 공급하는 가능성이 또한 존재한다. 이 개별 연료 공급은 예연소실 가스 밸브를 통해 실행된다. 이 밸브는 실린더 헤드 내에 직접 또는 점화 플러그 슬리브 내에 배열될 수 있다.

동일한 일반적인 종류의 요지(subject-matter)에 관한 것인 EP 0480545호(YANMAR DIESEL ENGINE CO)는 통로(18)를 통해 연료 가스가 공급되는 예연소실 가스 밸브를 개시하고 있다. 구조체는 서로 끼워진 복수의 동심 슬리브형 구성요소를 포함한다. 가스 공급은 슬리브형 구성요소의 벽 내 깊은 보어(deep bore)를 통해 부분적으로 실행된다.

JPH 04171256 A호는 상부 캐비티가 슬리브에 의해 구성되는 예연소실 가스 밸브를 개시하고 있다. WO 2004/099584 A1호에서는, 밸브 스프링이 작용하는 상부 캐비티가 어느 방식으로 폐쇄되는지를 볼 수 없는 예연소실 가스 밸브가 개시되어 있다.

US 2,667,155 A호는 상부 캐비티가 밸브체 내에 나사 결합되는 플러그에 의해 폐쇄되는 예연소실 가스 밸브를 교시하고 있다.

본 발명의 목적은 종래 기술에 비해 개량된 예연소실 가스 밸브 및 예연소실 가스 밸브를 제조하기 위한 프로세스를 제공하는 것이다.

상기 목적은 청구항 1의 특징을 갖는 예연소실 가스 밸브 및 청구항 9 또는 10에 설명된 바와 같은 상기 밸브의 제조 프로세스에 의해 얻어진다. 유리한 구성이 종속 청구항에 언급되어 있다.

본 발명에 따르면, 밸브체 내에 있고 밸브 스프링이 배열되어 있는 공간은 가압 플러그(pressed plug)를 통해 폐쇄되는 것이 제공된다. 이는 종래 기술에 비해 실질적인 구조적 개량을 나타낸다. 종래 기술로부터 공지되어 있는 예연소실 가스 밸브는 슬리브를 통해 폐쇄되는데, 이는 중심맞춤(centering)의 목적을 위해 복잡하고 고가의 제조 단계를 요구한다.

밸브 시트에 대해 밸브 니들을 지탱하기 위해, 예연소실 가스 밸브의 밸브체 내로 도입될 수 있고 밸브 니들에 연결되는 캡이 사용되는 것이 제공될 수 있다.

바람직하게는, 캡은 예연소실 가스 밸브의 개방 상태에서, 밸브체에 대해 지지되는 것이 제공될 수 있다. 이는 밸브 니들의 이동이 양호하게 규정된 단부 위치(end position)를 갖는 특정 장점을 수반한다. 인접(abutment)은 바람직하게는 예연소실 가스 밸브의 상부 공간이 상이한 직경의 적어도 2개의 부분을 갖는 방식으로 형성될 수 있고, 여기서 캡은 더 큰 직경의 부분 내에서 이동 가능하고, 예연소실 가스 밸브의 개방 위치가 도달될 때, 캡은 더 큰 직경의 부분과 더 작은 직경의 부분 사이에 형성된 숄더(shoulder) 상에 놓인다. 바람직하게는, 밸브 스프링은 더 작은 직경의 부분 내에 배치된다. 이 방식으로, 더 작은 직경의 부분 내의 밸브 스프링을 위한 안내가 제공된다. 게다가, 이는 특히 컴팩트한 구조체 및 용이한 제조를 보장한다.

구성요소(바람직하게는 적어도 하우징)의 내구성을 위해, 이들 구성요소는 경화될 수 있다. 하우징이 2-부분 구조인 경우, 경화는 용접을 더 어렵게 할 것이다. 임의의 다른 결합 과정은 이용 가능한 공간 면에서 어렵다. 연결부는 밀봉되고 고정되어야 할 것이다. 따라서, 하우징에 대한 1-부분 구성이 바람직하다.

밸브체는 일체형인 것이 바람직하게 제공될 수 있다. 이 변형예는 이 방식으로 제조된 예연소실 가스 밸브가 특히 견고하기 때문에 특히 유리하다. 고가의 조립 단계가 또한 제조시에 생략된다.

밸브 니들의 안내는 밸브체에 의해 실행되고, 이 밸브체는 동시에 또한 예연소실 가스 밸브의 하우징을 형성한다. 이는 특히 유리한 구성요소 일체화 효과를 제공한다. 따라서, 밸브체는 복수의 기능을 수행한다.

예연소실 가스 밸브의 밸브 헤드의 시트(seat)와 예연소실 내로의 예연소실 가스 밸브의 마우스 개구(mouth opening) 사이 또는 예연소실 가스 밸브의 밸브 헤드의 시트와 통로 내로의 예연소실 가스 밸브의 마우스 개구 사이에는 공간이 존재하는 것이 제공될 수 있다. 이 공간은 예연소실을 향해 좁아지는 매우 실질적인 배형(pear-shaped) 구성을 갖는 것이 바람직하게 제공된다.

예연소실 가스 밸브를 제조하기 위한 프로세스에 대한 보호가 또한 청구된다.

프로세스에 따르면, 상부 공간을 폐쇄하기 위해, 플러그가 가압 연결에 의해 밸브체에 연결되는 것이 제공된다.

대안적으로 또는 부가적으로, 밸브 시트에 대해 밸브 스프링을 지탱하는 캡이 빔 용접(beam welding)에 의해 예연소실 가스 밸브의 밸브 니들에 연결되는 것이 제공된다.

본 발명이 도면에 의해 더 상세하게 예시된다.
도 1a 내지 도 1c는 점화 플러그 슬리브를 도시하고 있는 도면이다.
도 2a 내지 도 2c는 점화 플러그 슬리브를 도시하고 있는 도면이다.
도 3a 내지 도 3c는 점화 플러그 슬리브를 도시하고 있는 도면이다.
도 4a 내지 도 4e는 가스 공급 개념에 관한 상세도를 도시하고 있는 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 예연소실 가스 밸브 및 그 변형예를 도시하고 있는 도면이다.

도 1a 내지 도 1c는 제1 예에 따른 점화 플러그 슬리브(4)를 3개의 뷰로 도시하고 있다. 점화 플러그 슬리브(4)는 설치 상태에서 실린더 헤드(2) 내에 끼워진다.

따라서, 도 1a는 점화 플러그(6)(도시 생략) 및 예연소실 가스 밸브(5)를 수용하는 캐비티(7)를 통과하는 종방향 섹션을 도시하고 있다. 캐비티(7)는 본 실시예에서 점화 플러그 슬리브(4) 내에 제공된다.

캐비티(7)는 한편으로는 점화 플러그(6)를 수용하기 위해 실린더부로 이루어진 대칭축(S1)을 중심으로 동심인 샤프트를 포함한다.

캐비티(7)는 예연소실 가스 밸브(5)를 수용하기 위한 대칭축(S2)을 갖는 보어(10)를 더 갖는다.

통로(8)가 예연소실 가스 밸브(5)로부터 예연소실(3)로 이어진다. 예연소실(3)은 한편으로는 실제 캐비티, 즉 혼합물의 점화가 발생하는 중공 공간을 포함한다. 예연소실(3)은 물론 또한 물리적 구성요소이다. 본 실시예에서, 예연소실(3)은 점화 플러그 슬리브(4)로부터 분리된 구성요소의 형태이고, 예를 들어 가압에 의해 점화 플러그 슬리브(4)에 연결된다.

명료화를 위해 도시되어 있지 않은 점화 플러그(6)는 예연소실(3)과 동일 평면으로 종료하고 그 전극은 예연소실(3) 내로 돌출하는 방식으로, 대칭축(S1)과 동심인 샤프트를 통해 점화 플러그 슬리브(4) 내로 도입된다. 예연소실(3)은 통로(8)를 통해 예연소실 가스 밸브(5)에 의해 연소 가스로 농후화된다. 예연소실(3) 내에서의 점화 후에, 점화된 혼합물은 유동 전달 보어(9)를 통해 주 연소실(도시 생략) 내로 통과한다.

도 1b는 도 1a의 뷰의 평면도를 도시하고 있다. 점화 플러그(6) 및 예연소실 가스 밸브(5)를 수용하기 위한 캐비티(7) 내에 배치된 평행한 원통형 샤프트를 볼 수 있다. 점화 플러그(6)는 도 1a를 참조하여 설명된 바와 같이, 도시되어 있지 않다. 예연소실 가스 밸브(5)가 점화 플러그 슬리브(4) 내로 나사 결합되도록 하는 팔각형을 예연소실 가스 밸브(5) 내에서 볼 수 있다. 본 실시예에서, 평면도에서 점화 플러그(6) 및 예연소실 가스 밸브(5)를 수용하기 위한 보어를 에워싸는 캐비티(7)의 최대 보어 직경(D1)이 존재한다. 다시 말해, 본 실시예에서, 점화 플러그(6) 및 예연소실 가스 밸브(5)를 위한 공통 샤프트가 존재한다. 직경(D1)의 이 최대 보어의 중심선은 대칭축(S1, S2) 사이에 있다. 공통 샤프트는 점화 플러그(6) 및 예연소실 가스 밸브(5)의 장착 면에서 장점을 갖지만, 남아 있는 벽 두께가 매우 얇기 때문에 점화 플러그 슬리브(4)를 약화시킨다.

도 1c는 본 실시예의 점화 플러그 슬리브(4)의 사시도를 도시하고 있다.

도 2a 내지 도 2c는 추가의 실시예에 따른 점화 플러그 슬리브(4)의 다양한 뷰를 도시하고 있다.

도 1a 내지 도 1c의 실시예에서, 캐비티(7)는 그 최대 직경에서 점화 플러그를 수용하기 위한 보어 및 또한 예연소실 가스 밸브(5)를 수용하기 위한 보어의 모두를 에워싸는 원통형부를 갖지만, 본 실시예에서, 캐비티(7)의 최대 직경은 점화 플러그 슬리브(4)의 보어를 더 이상 완전히 둘러싸지 않는다. 오히려, 예연소실 가스 밸브(5)의 보어(10)는 그 상부에 위치하며 최대 직경을 갖는 점화 플러그 보어(11)를 통과한다. 이는 특히 도 2b 및 도 2c의 뷰로부터 매우 명백해질 것이다. 따라서, 평면도(도 2b)에서, 예연소실 가스 밸브(5)를 수용하기 위한 보어(10) 및 점화 플러그(6)를 수용하기 위한 보어가 모두 중첩한다.

도 3a 내지 도 3c는 추가의 예를 도시하고 있다. 여기서, 예연소실 가스 밸브(5)를 수용하기 위한 보어 또한 캐비티(7)의 최대 직경에 의해 에워싸이지 않는다. 다시 말해, 여기서도 점화 플러그(6)를 수용하기 위한 그리고 예연소실 가스 밸브(5)를 수용하기 위한 보어는 서로를 통과한다. 도 2a 내지 도 2c에 도시되어 있는 실시예와 비교하여, 이 실시예에서는 캐비티(7)의 윤곽이 변경된다. 여기서, 캐비티(7)의 윤곽은 점화 플러그(6) 및 예연소실 가스 밸브(5)를 수용하기 위한 원통형 보어가 서로 유동적으로 중첩되는 구성을 갖는다. 다시 말해, 도 2a 내지 도 2c의 실시예의 급속 전이는, 이 실시예에서 2개의 보어의 전이의 평활한 반경(smooth radius)으로 대체되어 있다.

도 4a는 점화 플러그 슬리브(4)를 통한 섹션을 도시하고 있는데, 여기서 섹션은 예연소실 가스 밸브(5)로의 가스 공급이 명백하게 도시되어 있도록 위치되어 있다. 섹션 라인은 도 4b에 도시되어 있다. 예연소실 가스 밸브(5)를 지지하는 보어(10) 내로 개방되는 가스 공급 통로(12)를 볼 수 있다. 보어(10)는 예연소실 가스 밸브(5)와 함께 가스 공급 통로(12)가 그 내부로 개방되는 환형 통로(13)를 형성한다. 보어(10) 및 예연소실 가스 밸브(5)에 의해 형성된 환형 통로(13)로부터, 유입 가스는 예연소실 가스 밸브(5) 내로 균일하게 안내된다.

도 4c는 점화 플러그 슬리브(4)를 통한 종방향 섹션을 도시하고 있다. 섹션 라인은 도 4d로부터 볼 수 있다. 도 4c로부터 볼 수 있는 바와 같이, 단면은 여기서 대칭축(S1)에 평행하게 연장하는 가스 공급 통로(12) 부분을 또한 보는 것이 가능하도록 선택된다.

도 4e는 예연소실 가스 밸브(5) 및 그 가스 공급부의 배열을 도시하고 있는 등각 사시도이다. 가스 공급은 가스 공급 통로(12)의 수평부 및 수직부에 의해 제공된다.

도 5a는 예연소실 가스 밸브(5)의 단면도를 도시하고 있다. 캐비티(7)의 벽(10)과 예연소실 가스 밸브(5)의 외부 윤곽 사이에 형성된 환형 통로(13)를 명백하게 볼 수 있다. 벽(10)은 실린더 헤드(2) 자체에 의해 또는 실린더 헤드(2) 내에 끼워진 점화 플러그 슬리브(4)에 의해 형성될 수 있다.

밸브 니들(14)은 스프링(15)에 의해 그 시트에 대해 지탱된다. 캡(16)은 스프링(15)을 둘러싸고 밸브 니들(14)에 연결된다. 연결은 바람직하게는 빔 용접에 의해 행해질 수 있다.

본 실시예는 캡(16)이 예연소실 가스 밸브(5)의 개방 상태에서 인접 관계로 밸브체(24)에 대해 지지되는 특히 바람직한 상황을 도시하고 있다. 이는 밸브 니들(14)의 이동이 양호하게 규정된 단부 위치를 갖는 특정 장점을 수반한다. 이 목적을 위해, 예연소실 가스 밸브(5)의 상부 공간(22)은 상이한 직경의 2개의 원통형 부분으로 세분된다. 캡(16)은 본 도면에서 우측으로, 즉 플러그(17)의 방향으로, 예연소실 가스 밸브(5)의 종축의 방향으로 이동 가능하다. 예연소실 가스 밸브(5)의 개방 위치가 도달되었을 때, 캡(16)은 공간(22) 내의 더 큰 직경의 부분과 더 작은 직경의 부분 사이에 형성된 숄더와 인접 관계에 있다. 밸브 스프링(15)은 더 작은 직경의 공간(22)의 부분 내에 배치된다. 플러그(17)는 공간(22)을 폐쇄하고 예연소실 가스 밸브(5)의 상향부를 밀봉한다. 여기서, 플러그(17)는 가압 끼워맞춤에 의해 밸브체(24)와 연결된다. 밸브체(24)는 실린더 헤드(2) 내의 밸브 시트로부터 시작하여 밸브 시트로부터 반대로 향하는 [예연소실 가스 밸브(5)의] 단부까지 일체형으로 연장한다.

추가의 공간(21)이 밸브 시트의 바로 전방에 제공된다. 환형 간극(13)으로부터 연장하는 통로(20)에 의해 공간(21)으로 가스가 공급된다.

추가의 공간(23)이 예연소실 가스 밸브(5)의 밸브 헤드의 시트와 예연소실(3) 내로의 예연소실 가스 밸브(5)의 마우스 개구 사이 또는 예연소실 가스 밸브(5)의 밸브 헤드의 시트와 통로(8) 내로의 예연소실 가스 밸브(5)의 마우스 개구 사이에 배치된다. 본 도면에서 원통형인 공간(23)은 또한 다른 형상을 취할 수 있다. 이는 예를 들어, 배형(pear-shaped) 구성일 수 있다.

환형 통로(13)의 캐비티(7)로 부터의 밀봉은 O-링(18)을 통해 방사상으로 실행된다. 이들 O-링은 돌출부(19)에 의해 형성된 환형 수용 수단 내에 배열된다. 따라서, 여기에 도시되어 있는 예연소실 가스 밸브(5)의 밀봉 개념은 예연소실 가스 밸브(5)의 밀봉이 방사상으로, 즉 예연소실 가스 밸브(5)의 외부면에서 실행되는 것을 제공한다.

환형 통로(13)를 향해 지향하는 돌출부(19)의 측면(flank)은 또한 환형 통로(13)의 범위를 한정한다. 따라서, 돌출부(19)는 한편으로는 여기서 O-링의 형태인 밀봉제를 수용하는 기능을 수행하고, 반면에 다른 한편으로는 돌출부(19)는 또한 환형 통로(13)의 범위를 한정한다.

도 5b는 공간(23)이 바로 실질적으로 배형 구성을 가지며 예연소실(3)을 향해 좁아지는 도 5a의 변형예를 도시하고 있다. 이 구성은 유동 관점에서 특히 유리하다.

1: 내연기관
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

밸브체(24), 적어도 하나의 밸브 스프링(15) 및 적어도 하나의 밸브 니들(14)을 포함하고, 상기 밸브체(24)는 작동 상태에서 가스가 작용하는 하부 공간(21) 및 상기 밸브 스프링(15)이 배열되어 있는 상부 공간(22)을 갖는 예연소실 가스 밸브(5)에 있어서,
상기 상부 공간(22)은 가압 플러그(17)를 통해 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 예연소실 가스 밸브(5).
제1항에 있어서, 상기 밸브체(24)는 실린더 헤드(2) 내의 밸브 시트(seat)로부터 상기 예연소실 가스 밸브(5)로부터 반대로 향하는 상기 밸브 시트의 단부까지 일체형으로서 구성되는 것을 특징으로 하는 예연소실 가스 밸브(5).
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 밸브 시트에 대해 상기 밸브 니들(14)을 지탱하기 위해 캡(16)이 제공되고, 상기 캡은 상기 예연소실 가스 밸브(5)의 밸브체(24) 내로 도입될 수 있고 상기 밸브 니들(14)에 연결되는 것을 특징으로 하는 예연소실 가스 밸브(5).
제3항에 있어서, 상기 캡(16)은 상기 예연소실 가스 밸브(5)의 개방 상태에서 상기 밸브체(24)에 대한 인접 상태(condition of abutment)로 지지되는 것을 특징으로 하는 예연소실 가스 밸브(5).
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밸브체(24)는 일체형인 것을 특징으로 하는 예연소실 가스 밸브(5).
제5항에 있어서, 상기 밸브 니들(14)의 안내는 상기 밸브체(24) 자체에 의해 실행되고, 상기 밸브체는 동시에 또한 상기 예연소실 가스 밸브(5)의 하우징을 형성하는 것을 특징으로 하는 예연소실 가스 밸브(5).
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 예연소실 가스 밸브(5)의 밸브 헤드의 시트와 예연소실(3) 내로의 상기 예연소실 가스 밸브(5)의 마우스 개구(mouth opening) 사이 또는 상기 예연소실 가스 밸브(5)의 밸브 헤드의 시트와 통로(8) 내로의 상기 예연소실 가스 밸브(5)의 마우스 개구 사이에는 공간(23)이 제공되는 것을 특징으로 하는 예연소실 가스 밸브(5).
제7항에 있어서, 상기 공간(23)은 상기 예연소실(3)을 향해 좁아지는 실질적으로 배형(pear-shaped) 구성인 것을 특징으로 하는 예연소실 가스 밸브(5).
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 예연소실 가스 밸브(5)는 그 외부 윤곽에 적어도 하나의 돌출부(19)를 갖고, 환형 통로(13)를 향해 있는 상기 돌출부의 측면(flank)은 또한 상기 환형 통로(13)의 범위를 한정하고, 상기 돌출부의 다른 측면에는 상기 예연소실 가스 밸브(5)를 수용하는 캐비티(7)의 벽에 대해 상기 예연소실 가스 밸브(5)를 밀봉하기 위한 밀봉제가 지지되는 것을 특징으로 하는 예연소실 가스 밸브(5).
밸브체(24)를 포함하고, 상기 밸브체(24)는 작동 상태에서 가스와 작용하는 하부 공간(21) 및 밸브 스프링(15)이 배열되어 있는 상부 공간(22)을 갖는 예연소실 가스 밸브(5), 바람직하게는 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 예연소실 가스 밸브(5)를 제조하기 위한 프로세스에 있어서,
상기 상부 공간(22)을 폐쇄하기 위해, 플러그(17)가 가압 연결 또는 나사 연결에 의해 상기 밸브체(24)에 연결되는 것을 특징으로 하는 프로세스.
밸브 시트에 대해 밸브 니들(14)을 지탱하기 위한 밸브 스프링(15)을 포함하는 예연소실 가스 밸브(5), 바람직하게는 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 예연소실 가스 밸브(5)를 제조하기 위한 프로세스에 있어서,
상기 밸브 시트에 대해 상기 밸브 스프링(15)을 지탱하기 위한 캡(16)이 빔 용접을 통해 상기 예연소실 가스 밸브(5)의 밸브 니들(14)에 연결되는 것을 특징으로 하는 프로세스.