KR20170056591A - Valve seat insert for an internal combustion engine - Google Patents

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KR20170056591A KR1020177009341A KR20177009341A KR20170056591A KR 20170056591 A KR20170056591 A KR 20170056591A KR 1020177009341 A KR1020177009341 A KR 1020177009341A KR 20177009341 A KR20177009341 A KR 20177009341A KR 20170056591 A KR20170056591 A KR 20170056591A
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캐터필라 모토렌 게엠베하 운트 코. 카게
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Abstract

내연 기관(100)의 실린더 헤드(104)용 밸브 시트 인서트(10A, 10B, 10C)는 통로(22)를 한정하는 링형 몸체(20)를 포함하며, 통로는 유체를 밸브 시트 인서트(10A, 10B, 10C)의 입구 측(24)에서 출구 측(26)으로 축 방향(Z)을 따라 몸체(20)를 통과시킬 수 있게 하며, 몸체(20)는 제1 접촉 표면 부분(42)과 밸브 밀봉 표면 부분(46)을 갖는 입구 측 부분(32), 제2 접촉 표면 부분(48)을 갖는 출구 측 부분(34), 및 입구 측 부분(32)에서 출구 측 부분(34)으로 축 방향으로 연장되고, 입구 측 부분(32)에서 출구 측 부분(34)을 향하여 최소 두께 축 방향 위치(P)까지 재료 두께를 감소시키는 아치형 부분(36)을 포함하며, 최소 두께 축 방향 위치는 출구 측 부분(34)에 인접한 아치형 부분(36)의 중간에 위치된다. 그로 인하여 밸브 시트 인서트(10A, 10B, 10C)의 부하 저항성 구조체가 제공될 수 있다.The valve seat inserts 10A, 10B and 10C for the cylinder head 104 of the internal combustion engine 100 include a ring-shaped body 20 defining a passage 22 which extends the valve seat inserts 10A and 10B 10C to pass the body 20 along the axial direction Z from the inlet side 24 to the outlet side 26 and the body 20 has a first contact surface portion 42, And includes an inlet side portion 32 having a surface portion 46 and an outlet side portion 34 having a second contact surface portion 48. The outlet side portion 34 extends from the inlet side portion 32 to the outlet side portion 34 in the axial direction And an arcuate portion (36) that reduces the material thickness from the inlet side portion (32) to the outlet side portion (34) to a minimum thickness axial position (P), the minimum thickness axial position being the outlet side portion 34 located adjacent to the arcuate portion 36. As shown in Fig. Whereby a load-resistant structure of the valve seat insert 10A, 10B, 10C can be provided.

Description

내연기관용 밸브 시트 인서트{VALVE SEAT INSERT FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}{VALVE SEAT INSERT IN AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은 일반적으로 내연기관의 밸브에 관한 것으로서, 더욱 특히 내연기관의 밸브용 밸브 시트 인서트에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates generally to valves of internal combustion engines, and more particularly to valve seat inserts for valves in internal combustion engines.

흡기 밸브 및 배기 밸브의 적절한 기능은 내연기관을 작동하는 데 있어 필수적이다. 그러나 특히 밸브 스핀들과 밸브 시트는 고온 그리고 공격적인 배기가스 성분과 같은 불리한 조건을 겪는다. 이와 같은 불리한 조건에도 불구하고, 긴 수명이 바람직하다. 중속도 내연기관에서, 통상적으로 실린더 헤드의 각각의 밸브 개구 내로 압입 끼워 맞추어지는 또는 수축 끼워 맞추어지는 밸브 시트 인서트가 사용된다.The proper functioning of the intake valve and the exhaust valve is essential for operating the internal combustion engine. But valve spindles and valve seats in particular are subject to adverse conditions, such as high temperature and aggressive exhaust gas components. Despite such unfavorable conditions, a long service life is desirable. In medium speed internal combustion engines, valve seat inserts are used that are press fit or shrink-fit into the respective valve openings of the cylinder head.

특히, 배기 밸브에 대하여, 실린더 헤드의 개구의 측벽과 함께 원주 냉각 채널을 형성하도록 밸브 시트 인서트가 구성된다. 냉각 채널은 엔진 냉각 회로에 연결되며 그리고 밸브 시트 인서트뿐만 아니라 밸브의 폐쇄 상태에서 밸브 시트와의 접촉을 통하여 밸브 스핀들의 바닥 부분을 간접적으로 냉각시키기 위하여 제공된다.In particular, with respect to the exhaust valve, the valve seat insert is configured to form a circumferential cooling channel with the side wall of the opening of the cylinder head. The cooling channel is connected to the engine cooling circuit and is provided to indirectly cool the bottom portion of the valve spindle through contact with the valve seat in the closed state of the valve as well as the valve seat insert.

본 발명은 적어도 부분적으로 선행 시스템의 하나 이상의 양태를 개선 또는 극복하는 것에 관한 것이다.The present invention is directed, at least in part, to improving or overcoming one or more aspects of the preceding system.

일 양태에서, 내연기관의 실린더 헤드용 밸브 시트 인서트는 유체가 밸브 시트 인서트의 입구 측에서 출구 측으로 축 방향을 따라 몸체를 통과할 수 있게 하기 위한 통로를 한정하는 링형 몸체를 포함한다. 몸체는 제1 접촉 표면 부분, 맞댐 표면 부분 그리고 밸브 밀봉 표면 부분을 갖는 입구 측 부분을 포함한다. 몸체는 제2 접촉 표면 부분을 갖는 출구 측 부분 및 입구 측 부분에서 출구 측 부분으로 축 방향으로 연장되고 그리고 입구 측 부분에서 출구 측 부분을 향하여 최소 두께 축 방향 위치까지 재료 두께를 감소시키는 아치형 부분을 더 포함하며, 여기서 최소 두께 축 방향 위치는 출구 측 부분에 인접한 아치형 부분의 중간에 위치된다.In an aspect, a valve seat insert for a cylinder head of an internal combustion engine includes a ring-shaped body defining a passageway for allowing fluid to pass through the body along the axial direction from the inlet side to the outlet side of the valve seat insert. The body includes an inlet side portion having a first contact surface portion, abutting surface portion and a valve seal surface portion. The body includes an outlet side portion having a second contact surface portion and an arcuate portion extending axially from the inlet side portion to the outlet side portion and reducing the material thickness from the inlet side portion to the outlet side portion to a minimum thickness axial position Wherein the minimum thickness axial position is located in the middle of the arcuate portion adjacent the outlet side portion.

다른 양태에서, 내연기관의 실린더 헤드용 밸브 시트 인서트는 유체를 입구 측에서 출구 측으로 축 방향을 따라 몸체를 통과할 수 있게 하기 위한 통로를 한정하는 링형 몸체를 포함하며, 몸체는 장착 상태에서 실린더 헤드와 제1 밀봉 접촉을 형성하기 위한 제1 접촉 표면 부분을 갖는 입구 측 부분, 실린더 헤드에 장착될 때 위치를 한정하기 위한 맞댐 표면 부분, 및 밸브 스핀들에 맞추어진 밸브 밀봉 표면 부분, 장착 상태에서 실린더 헤드와 제2 밀봉 접촉을 형성하기 위한 제2 접촉 표면 부분을 갖는 출구 측 부분, 그리고 통로로부터 반경 방향으로 냉각 채널을 한정하는 아치형 부분을 포함하며, 밸브 시트 인서트의 장착된 상태에서 냉각 채널은 밸브 시트 인서트와 실린더 헤드 사이에 형성되며, 그리고 아치형 부분은 입구 측으로부터 반경 방향으로 아치형 부분의 적어도 60%를 따라 재료 두께를 감소시킨다.In another aspect, a valve seat insert for a cylinder head of an internal combustion engine includes a ring-shaped body defining a passageway for allowing fluid to pass through the body along the axial direction from the inlet side to the outlet side, An inlet side portion having a first contact surface portion for forming a first seal contact with the valve head, an abutment surface portion for defining a position when mounted on the cylinder head, and a valve seal surface portion adapted to the valve spindle, An outlet portion having a second contacting surface portion for forming a second sealing contact with the head and an arcuate portion defining a cooling channel radially from the passage, wherein the cooling channel, in the mounted state of the valve seat insert, The seat being formed between the seat insert and the cylinder head, and the arcuate portion extending radially from the inlet side Along at least 60% of the arcuate portion reduces the material thickness.

다른 양태에서, 각각의 다수의 실린더와 연관되는 적어도 하나의 배기 밸브인 다수의 실린더를 갖는 내연기관을 위한 재장착 방법은 위에서 설명된 바와 같은 밸브 시트 인서트를 내연 기관의 실린더 헤드의 배기 개구에 부착하는 단계를 포함한다. In another aspect, a method of re-mounting for an internal combustion engine having a plurality of cylinders, the at least one exhaust valve associated with each of the plurality of cylinders, comprises attaching a valve seat insert as described above to the exhaust opening of the cylinder head of the internal combustion engine .

본 발명의 다른 특징 및 양태가 하기 설명 및 첨부 도면으로부터 명백해질 것이다.Other features and aspects of the present invention will become apparent from the following description and accompanying drawings.

도 1은 연소 기관의 개략적인 횡단면도이다;
도 2는 도 1에 도시된 것과 같은 연소 기관의 흡기 밸브와 배기 밸브를 관통하는 개략적인 횡단면도이다;
도 3은 밸브 시트 인서트의 제1 실시예의 개략적인 횡단면을 도시한 도면이다;
도 4는 실린더 헤드에 장착된 밸브 시트 인서트의 제2 실시예의 개략적인 횡단면도이며;
도 5는 밸브 시트 인서트의 제3 실시예의 개략적인 부분적인 3차원 도면이다.1 is a schematic cross-sectional view of a combustion engine;
2 is a schematic cross-sectional view through an intake valve and an exhaust valve of a combustion engine as shown in Fig. 1;
Figure 3 is a schematic cross-sectional view of a first embodiment of a valve seat insert;
4 is a schematic cross-sectional view of a second embodiment of a valve seat insert mounted on a cylinder head;
Figure 5 is a schematic partial three-dimensional view of a third embodiment of a valve seat insert.

하기는 본 발명의 예시적인 실시예의 상세한 설명이다. 여기에서 설명되고 도면에 도시된 예시적인 실시예는 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자가 많은 다른 환경에서 그리고 많은 다른 응용을 구현하고 사용할 수 있게 하는 본 발명의 원리를 교시하도록 의도된 것이다. 따라서, 예시적인 실시예는 특허 보호 범위의 제한적인 설명인 것으로 의도되지 않으며 그리고 제한적인 설명인 것으로 고려되지 않아야 한다. 오히려, 특허 보호의 범위는 첨부된 청구 범위에 의해 한정되어야 한다.The following is a detailed description of an exemplary embodiment of the invention. The exemplary embodiments described herein and illustrated in the drawings are intended to teach those of ordinary skill in the art the principles of the present invention, which enable many different environments and many other applications to be implemented and used. Accordingly, the illustrative embodiments are not intended to be limiting and not to be considered limiting of the scope of the patent protection. Rather, the scope of patent protection should be limited by the appended claims.

본 발명은 부분적으로는 밸브 시트 인서트 내의 균열이 냉각 채널, 특히 냉각 채널의 밸브 시트 측으로부터 시작하여 형성된다는 발견에 기초할 수 있다. 밸브 시트 인서트가 압입 끼워맞춤, 근본적인 공차 및/또는 필수 동축 설계에 의하여 야기된 정적 응력/부하뿐만 아니라 연소, 특히 연소 압력에 의하여 야기된 교번 응력/부하의 적어도 2가지 유형의 응력을 겪는다는 것이 인식된다. 본 명세서에서 밸브 시트 인서트의 특정 기하학적 설계에 의해 이 응력/부하 영역을 공간적으로 분리하는 것이 제안된다. 특히, 이 기하학적 설계는 냉각 채널의 형상을 제외하고 종래의 표면 형상을 유지하면서 달성될 수 있다. 제안된 설계는 위에서 언급된 균열의 수를 줄이거나 그들의 형성을 지연시키거나 심지어 그 형성을 일절 방지할 수 있다.The invention may in part be based on the discovery that cracks in the valve seat insert are formed starting from the cooling channel, in particular from the valve seat side of the cooling channel. It is believed that the valve seat insert undergoes stresses of at least two types of alternating stresses / loads caused by combustion, particularly combustion pressure, as well as static stresses / loads caused by indentations, fundamental tolerances and / or essential coaxial designs . Spatially separating this stress / load region is proposed herein by a specific geometric design of the valve seat insert. In particular, this geometric design can be achieved while maintaining the conventional surface profile, except for the shape of the cooling channel. The proposed design can reduce the number of cracks mentioned above, delay their formation or even prevent their formation at all.

본 발명은 또한 주어진 내부 표면 형상을 위하여 냉각 채널의 곡률 반경을 조정하는 것이 밸브 시트 인서트의 입구 측을 향하여, 즉 밸브 시트 측의 반대 측으로 장착함에 의하여 야기된 정적 응력 영역을 이동하게 할 수 있다는 발견에 부분적으로 기초할 수 있다. 구체적으로, (밸브 스핀들과의 상호 작용을 겪는) 입구 측 부분으로부터 거리를 두고 밸브 시트 인서트의 아치형 부분 내의 밸브 시트 인서트의 재료의 최소 두께를 제공하는 것은 정적 응력의 중심인 힌지형 부분을 형성할 수 있다. 이는 밸브 시트 인서트의 개선된 응력 조건을 야기할 수 있다. 예를 들어, 최소 두께를 출구 측 부분에 가깝게 이동시키는 것은 정적 응력과 교번 응력의 공간 분리를 최대화 할 수 있다.The present invention also has the discovery that adjusting the radius of curvature of the cooling channel for a given internal surface configuration can cause a static stress region to be displaced by mounting it towards the inlet side of the valve seat insert, Lt; / RTI > In particular, providing a minimum thickness of the material of the valve seat insert in the arcuate portion of the valve seat insert at a distance from the inlet side portion (undergoing interaction with the valve spindle) forms a hinged portion that is the center of static stress . This can lead to improved stress conditions of the valve seat insert. For example, moving the minimum thickness closer to the exit side portion can maximize spatial separation of static and alternating stresses.

밸브 시트 인서트를 갖는 내연 기관의 예시적인 실시예가 도 1 및 도 2를 참고하여 하기에 설명된다. 도 3 내지 도 5는 밸브 시트 인서트의 예시적인 실시예를 도시한다. An exemplary embodiment of an internal combustion engine having a valve seat insert is described below with reference to Figures 1 and 2. [ Figures 3-5 illustrate an exemplary embodiment of a valve seat insert.

도 1을 참고하면, 내연기관(100)은 다수의 실린더(102)를 적어도 부분적으로 한정하는 엔진 블록(101), 각 실린더(102) 내에 슬라이딩 가능하게 배치된 피스톤(110) 및 각 실린더(102)와 연관된 실린더 헤드(104)를 포함한다. 엔진(100)은 다수의 실린더(102)와 연관된 다수의 흡입 밸브(106) 및 배기 밸브(108)를 더 포함한다. 엔진(100)의 예는 예를 들어 8개, 12개 또는 16개의 실린더를 가질 수 있는, 천연가스, 스파크 점화식, V-형 터보과급기가 달린 그리고 후냉각의 엔진을 포함하며, 각 실린더는 예를 들어, 2개의 흡기 밸브 및 2개의 배기 밸브를 갖는다. 본 기술 분야의 숙련자는 엔진(100)이 예를 들어 이중 연료 동력 엔진과 같은 임의의 다른 유형의 내연기관일 수 있다는 것을 인식할 것이다. 또한, 엔진(100)은 더 많거나 더 적은 개수의 실린더(102)를 포함할 수 있으며, 실린더(102)들은 "인-라인(in-line)" 구성으로 또는 임의의 다른 적절한 구성으로 배치될 수 있다.1, an internal combustion engine 100 includes an engine block 101 that at least partially defines a plurality of cylinders 102, a piston 110 slidably disposed within each cylinder 102, (Not shown). The engine 100 further includes a plurality of intake valves 106 and exhaust valves 108 associated with the plurality of cylinders 102. Examples of engine 100 include a natural gas, spark ignition, V-type turbocharged and post-cooled engine, which may have, for example, eight, twelve or sixteen cylinders, For example, two intake valves and two exhaust valves. Those skilled in the art will recognize that the engine 100 may be any other type of internal combustion engine, such as, for example, a dual fuel powered engine. The engine 100 may also include more or fewer cylinders 102 and the cylinders 102 may be arranged in an "in-line" configuration or in any other suitable configuration .

엔진(100)의 작동 중에, 흡기 밸브(106)는 가스와 공기의 혼합물이 각 실린더로 들어가게 하도록 그리고 배기 밸브(108)는 배기가스 흐름이 각 실린더를 빠져나가게 하도록 각각 개방하고 폐쇄할 수 있다. 이 목적을 위하여, 흡기 밸브(106)와 배기 밸브(108)는 밸브를 통한 각각의 흐름을 차단할 수 있는 밸브 스핀들(142)을 포함한다. During operation of engine 100, intake valve 106 may open and close a mixture of gas and air to enter each cylinder and exhaust valve 108 to allow exhaust gas flow to exit each cylinder. For this purpose, the intake valve 106 and the exhaust valve 108 include a valve spindle 142 that is capable of shutting off each flow through the valve.

도 2는 예를 들어, 연소 기관(100)의 흡기 밸브(106)와 배기 밸브(108)의 확대된(비평면) 횡단면도를 도시한다. 2 shows an enlarged (non-planar) cross-sectional view of the intake valve 106 and the exhaust valve 108 of the combustion engine 100, for example.

흡기 밸브(106)와 배기 밸브(108)는 유사한 구성을 가질 수 있어 배기 밸브(108)의 구성만이 하기에 상세하게 설명될 것이다. 그러나 동일한 설명이 흡기 밸브(106)에도 또한 적용할 수 있다는 것이 인식되어야 한다. The intake valve 106 and the exhaust valve 108 may have a similar configuration so that only the configuration of the exhaust valve 108 will be described in detail below. It should be appreciated, however, that the same description is also applicable to the intake valve 106.

배기 밸브(108)는 밸브 가이드(140), 밸브 스핀들(142) 및 밸브 시트 인서트(10)를 포함한다. 밸브 가이드(140)는 하단부(141), 상단부(143) 및 관통 홀(145)을 갖는 긴 원통 형상을 가질 수 있다. 밸브 가이드(140)는 공지된 방식으로 실린더 헤드(104)에 고정될 수 있다.The exhaust valve 108 includes a valve guide 140, a valve spindle 142 and a valve seat insert 10. The valve guide 140 may have a long cylindrical shape having a lower end 141, an upper end 143, and a through hole 145. The valve guide 140 may be fixed to the cylinder head 104 in a known manner.

밸브 스핀들(142)은 스핀들 시일을 갖는 바닥 부분(144)을 포함한다. 밸브 스핀들(142)은 밸브 가이드(140)의 관통 홀(145) 내에 배치되어 관통 홀(145) 내에서 위 아래로 슬라이딩할 수 있다. 밸브 스핀들(142)은 바이어싱 스프링(147)을 통하여 스핀들 시일이 밸브 시트 인서트(10)와 접촉하는 폐쇄 위치로 바이어스된다. 밸브 스핀들(142)은 예를 들어, 엔진(100)(도 1 참조)의 캠 샤프트(114)에 연결된 작동 메커니즘(112)을 통하여 개방 위치로 하향 이동하도록 작동될 수 있다. 대안적인 구성에서, 밸브를 작동시키기 위하여 커먼 레일 시스템이 사용될 수 있다. Valve spindle 142 includes a bottom portion 144 having a spindle seal. The valve spindle 142 is disposed within the through hole 145 of the valve guide 140 and can slide up and down within the through hole 145. The valve spindle 142 is biased via a biasing spring 147 to a closed position in which the spindle seal contacts the valve seat insert 10. The valve spindle 142 may be operated to move downwardly to an open position through an actuating mechanism 112 connected to the camshaft 114 of the engine 100 (see FIG. 1). In an alternative configuration, a common rail system may be used to operate the valve.

실린더 헤드(104)는 특히 실린더 헤드(104)와 밸브 시트 인서트(10)의 외측 사이에 형성된 냉각 채널(12)에 냉각수를 공급하는 냉각 채널 시스템(148)을 포함한다. 일반적으로, 냉각 채널(12)은 예를 들어 대향 단들 위치된 냉각수 공급 및 해제 연결부를 구비한다. 연결부가 횡단면의 평면 내에 있지 않기 때문에 도 2의 단면도는 냉각 채널 시스템(148)과 냉각 채널(12) 사이의 연결부를 명확하게 도시하지 않는다.The cylinder head 104 includes a cooling channel system 148 for supplying cooling water to a cooling channel 12 formed between the cylinder head 104 and the outside of the valve seat insert 10. Generally, the cooling channel 12 has, for example, cooling water supply and release connections positioned in opposite directions. The cross-sectional view of Figure 2 does not explicitly show the connection between the cooling channel system 148 and the cooling channel 12 because the connection is not in the plane of the cross-section.

도 2에서 보여질 수 있는 바와 같이, 통상적으로 배기 밸브(108)만이 냉각된 밸브 시트 인서트(10)를 포함한다. 구체적으로, 배기 밸브(108)가 폐쇄 위치에 있는 동안에 밸브 시트 인서트(10)의 냉각은 바닥 부분(144)의 냉각을 허용한다. 대조적으로, 흡입 공기가 밸브 스핀들의 충분한 냉각을 제공할 수 있기 때문에 흡입 밸브(106)용 밸브 시트 인서트는 냉각 채널 시스템을 통해 냉각될 필요가 없을 수 있다. 따라서, 도 2에 도시된 밸브 시트 인서트(150)는 냉각 채널을 형성하지 않는다.As can be seen in FIG. 2, only the exhaust valve 108 typically includes a cooled valve seat insert 10. Specifically, cooling of the valve seat insert 10 while the exhaust valve 108 is in the closed position allows cooling of the bottom portion 144. In contrast, the valve seat insert for the intake valve 106 may not need to be cooled through the cooling channel system because the intake air may provide sufficient cooling of the valve spindle. Therefore, the valve seat insert 150 shown in Fig. 2 does not form a cooling channel.

실린더(102)로부터 배기 공기를 방출하기 위하여 연소 구역 면에서 실린더 헤드(104) 내로 연장되는 실린더 헤드(104)의 배기 개구(104A)(또한 도 4 참조) 내에 밸브 시트 인서트(10)가 장착된다. 밸브 시트 인서트(10)의 장착 깊이는 예를 들어, 40 mm 내지 80 mm 범위 내의 길이를 따라 연장된다. 이 길이 동안에, 밸브 시트 인서트(10)를 수용하기 위하여 배기 개구(104A)의 각각의 측벽은 예를 들어, 압입 끼워맞춤 및/또는 수축 끼워맞춤에 의하여 맞추어진다. The valve seat insert 10 is mounted in the exhaust opening 104A (see also Fig. 4) of the cylinder head 104 which extends into the cylinder head 104 in the combustion zone surface to discharge the exhaust air from the cylinder 102 . The mounting depth of the valve seat insert 10 extends, for example, along a length in the range of 40 mm to 80 mm. During this length, each side wall of the exhaust opening 104A is adapted, for example, by press fit fit and / or shrink fit to accommodate the valve seat insert 10.

일부 실시예에서, 밸브 시트 인서트(10)는 배기 개구(104A) 내에 극저온 수축 끼워 맞추어질 수 있다. 구체적으로, 밸브 시트 인서트(10)는 배기 개구(104A)의 각각의 장착 부분 내에 극저온 수축 끼워 맞추어질 수 있다. 이 목적을 위하여, 밸브 시트 인서트(10)의 원주는 본질적으로 개구 직경의 동일한 공칭 치수를 갖는 외경을 가질 수 있지만 상이한 공차를 가질 수 있으며, 그로 인하여 예를 들어, 밸브 시트 인서트(10)의 그의 각각의 배출 개구(104A) 내로의 수축 끼워 맞춤을 용이하게 한다.In some embodiments, the valve seat insert 10 may be cryogenic shrink-fit within the vent opening 104A. Specifically, the valve seat insert 10 can be cryogenic shrink-fit in each mounting portion of the exhaust opening 104A. For this purpose, the circumference of the valve seat insert 10 may have an outer diameter that is essentially the same as the nominal dimension of the opening diameter, but may have a different tolerance, Facilitates shrink fitting into each discharge opening 104A.

도 3에서, 밸브 시트 인서트(10A)가 반경 방향 횡단면으로 도시된다. 도시에 대하여, 파선(104')은 장착된 상태에서의 실린더 헤드(104)를 지시한다. 밸브 시트 인서트(10A)는 통로(22)를 한정하는 링형 몸체(20)를 포함한다(또한 도 5 참조). 내연기관의 작동 동안, 배기가스는 통로(22)를 통하여 흐를 수 있으며, 그로 인하여 축 방향(Z)을 따라 몸체(20)를 통과한다. 실린더 대칭 구조(축 대칭 몸체(20))에 대하여, 축 방향(Z)은 대칭 축(도 4의 대칭 축(SZ) 참조)의 방향에 대응할 수 있다. 도 3에서, 축 방향(Z)뿐만 아니라 (축 방향(Z)에 직교적으로 연장하는) 반경 방향(R)이 개략적으로 지시된다. 통상적으로 배기가스는 밸브 시트 인서트(10A)의 입구 측(24)에서 출구 측(26)으로 이동할 것이다. 도 3뿐만 아니라 도 4 및 도 5에서, 입구 측(24)은 도면의 바닥에 위치된 반면에, 출구 측(26)은 도면의 상단에 위치된다.In Fig. 3, the valve seat insert 10A is shown in a radial cross section. As for the city, the broken line 104 'indicates the cylinder head 104 in the mounted state. The valve seat insert 10A includes a ring-shaped body 20 defining the passageway 22 (see also Fig. 5). During operation of the internal combustion engine, the exhaust gas may flow through the passageway 22 and thereby pass through the body 20 along the axial direction Z. For the cylinder symmetry structure (axisymmetric body 20), the axial direction Z may correspond to the direction of the symmetry axis (see the symmetry axis S Z in FIG. 4). In Fig. 3, not only the axial direction Z, but also the radial direction R (which extends orthogonally to the axial direction Z) is schematically indicated. Typically, the exhaust gases will move from the inlet side 24 to the outlet side 26 of the valve seat insert 10A. In Figs. 4 and 5 as well as Fig. 3, the inlet side 24 is located at the bottom of the figure, while the outlet side 26 is located at the top of the figure.

밸브 시트 인서트(10A)는 3개의 부분과 연관될 수 있다. 입구 측 부분(32)은 입구 측(24)에 위치되며 제1 접촉 표면 부분(42)뿐만 아니라 밸브 밀봉 표면 부분(46)을 포함한다. 일부 실시예에서, 맞댐 표면 부분(44)이 입구 측 부분(32)에 부가적으로 제공된다. The valve seat insert 10A may be associated with three parts. The inlet side portion 32 is located at the inlet side 24 and includes a valve seal surface portion 46 as well as a first contact surface portion 42. In some embodiments, an abutting surface portion 44 is additionally provided at the inlet side portion 32.

출구 측 부분(34)은 출구 측(26)에 위치되며 제2 접촉 표면 부분(48)을 포함한다. The outlet side portion 34 is located at the outlet side 26 and includes a second contact surface portion 48.

아치형 부분(36)은 입구 측 부분(32)에서 출구 측 부분(34)으로 연장되며 본질적으로 장착된 상태에서 형성된 냉각 채널(도 2의 냉각 채널(12) 참조)의 주요 부분을 한정하는 벽을 형성한다. 아치형 부분(36)은 입구 측 부분(32)에서 출구 측 부분(34)을 향하여 최소 두께 축 방향 위치(P)(또는 작은 구역)까지 재료 두께를 감소시킨다. 최소 두께 축 방향 위치(P)는 출구 측 부분(34)에 인접한 아치형 부분(36)의 중간에 위치된다. 도 3에서, 최소 두께(dmim)는 아치형 부분(36)의 출구 측(26)에서의 냉각 채널 측 상의 더 큰 곡률 반경과 더 작은 곡률 반경 사이의 전이점에서 예시적으로 지시된다.The arcuate portion 36 extends from the inlet side portion 32 to the outlet side portion 34 and defines a wall defining a major portion of the cooling channel (see cooling channel 12 in FIG. 2) formed in the essentially mounted condition . The arcuate portion 36 reduces the material thickness from the inlet side portion 32 to the outlet side portion 34 to a minimum thickness axial position P (or small area). The minimum thickness axial position P is located in the middle of the arcuate portion 36 adjacent the outlet side portion 34. 3, the minimum thickness dmim is illustratively indicated at a transition point between a larger radius of curvature on the cooling channel side at the exit side 26 of the arcuate portion 36 and a smaller radius of curvature.

최소 두께 축 방향 위치(P)는 장착된 상태에서 정적 탄성형 응력(static spring-like stress)의 중심 영역을 한정한다. 예를 들어, 최소 두께 축 방향 위치(P)는, 도 3에서 지시된 바와 같이 축 방향(Z)을 따라 입구 측 부분(32)으로부터 측정된 아치형 부분(36)의 축 방향 연장부의 적어도 60%, 70%, 80% 또는 90%에 위치한다.The minimum thickness axial position (P) defines the central area of the static spring-like stress in the mounted state. For example, the minimum thickness axial position P is at least 60% of the axial extension of the arcuate portion 36 measured from the inlet side portion 32 along the axial direction Z as indicated in FIG. , 70%, 80% or 90%.

도 3에서, 좌측은 반경 방향으로 링형 몸체(20)의 안쪽(통로 (22))과 연관된 반면에, 우측은 링형 몸체(20)의 외측과 연관된다. 따라서 몸체(20)는 내부 표면(52)과 외부 표면(54)을 포함한다. 도 3의 실시예에서, 출구 측(26)에서 내부 표면(52)과 외부 표면(54)은 예를 들어 반경 방향 연장 표면 부분(44A)을 통하여 연결된다.3, the left side is associated with the inside of the ring-shaped body 20 (the passage 22) in the radial direction, while the right side is associated with the outside of the ring- Thus, the body 20 includes an inner surface 52 and an outer surface 54. In the embodiment of FIG. 3, at the outlet side 26, the inner surface 52 and the outer surface 54 are connected, for example, via a radially extending surface portion 44A.

내부 표면(52)은 몸체(20)의 반경 방향으로의 내부 상에서 원주 방향으로 연장하며 특히 밸브 밀봉 표면 부분(46)을 포함한다. 예를 들어, 밸브 밀봉 표면 부분(46)은, 예를 들어 60°와 같은 40° 내지 80° 범위 내의 각도 하에서 축 방향(Z)에 대하여 기울어져 있다. The inner surface 52 extends circumferentially on the radial interior of the body 20 and in particular includes a valve seal surface portion 46. For example, the valve seal surface portion 46 is tilted with respect to the axial direction Z at an angle within the range of 40 to 80 degrees, such as 60 degrees, for example.

외부 표면(54)은 몸체(20)의 반경 방향으로의 외측 상에서 원주 방향으로 연장하고 제1 접촉 표면 부분(42), 맞댐 표면 부분(44) 및 제2 접촉 표면 부분(48)을 포함한다.The outer surface 54 extends circumferentially on the radially outer side of the body 20 and includes a first contact surface portion 42, an abutting surface portion 44 and a second contact surface portion 48.

아치형 부분(36)에서, 외부 표면(54)은 오목하게 만곡진 반면에, 내부 표면(52)은 볼록하게 만곡진다.In the arcuate portion 36, the outer surface 54 curves concavely, while the inner surface 52 curves convexly.

예를 들어, 아치형 부분(36)에서, 외부 표면(54)은 일련의 만곡 부분(54A, 54B, 54C)으로 오목하게 만곡지며, 그로 인하여 이 만곡 부분은 최소 두께 축 방향 위치(P)까지 곡률 반경을 증가시킨다. 일부 실시예에서, 이웃하는 만곡 부분(54A, 54B, 54C)은 도 3에 도시된 바와 같이 본질적으로 접선적으로 서로 전이한다. 예를 들어, 만곡 부분(54A)은 2 ㎜와 같은 1 ㎜ 내지 3 ㎜의 곡률 반경을 가질 수 있으며, 만곡 부분(54B)은 8 ㎜와 같은 5 ㎜ 내지 10 ㎜의 곡률 반경을 가질 수 있고, 만곡 부분(54C)은 70 ㎜와 같은 50 ㎜ 내지 100 ㎜의 곡률 반경을 가질 수 있다. For example, in the arcuate portion 36, the outer surface 54 is curved concavely into a series of curved portions 54A, 54B, 54C so that this curved portion has a curvature Increase the radius. In some embodiments, the neighboring curved portions 54A, 54B, 54C transition essentially tangentially with each other as shown in Fig. For example, the curved portion 54A may have a radius of curvature of 1 mm to 3 mm, such as 2 mm, and the curved portion 54B may have a radius of curvature of 5 mm to 10 mm, such as 8 mm, The curved portion 54C may have a radius of curvature of 50 mm to 100 mm, such as 70 mm.

유사하게, 내부 표면(52)은 도 3에 도시된 바와 같이 볼록한 형상을 야기하는 곡률 반경을 갖는 하나 이상의 부분, 예를 들어, 40 ㎜와 같은 20 ㎜ 내지 50 ㎜ 범위 내의 곡률 반경 및 100 ㎜와 같은 80 ㎜ 내지 120 ㎜ 범위 내의 곡률 반경을 갖는 2개의 부분을 포함할 수 있다.Similarly, the inner surface 52 may have one or more portions having a radius of curvature that causes a convex shape as shown in Figure 3, e.g., a radius of curvature within the range of 20 mm to 50 mm, such as 40 mm, And may include two portions having the same radius of curvature in the same 80 mm to 120 mm range.

만곡 부분(54C)의 곡률 반경보다 큰 곡률 반경을 갖는 다른 만곡 부분(54D)은 출구 측(26) 상에 지시되며 최소 두께 축 방향 위치(P)에서 시작한다. 만곡 부분(54D)은 5 ㎜와 같은 1 ㎜ 내지 10의 곡률 반경을 가질 수 있다. 도 3의 실시예에서, 평면 부분(54E)은 예를 들어, 직각 하에서 만곡 부분(54D)을 제2 접촉 표면 부분(48)과 연결시킨다. Another curved portion 54D having a radius of curvature larger than the radius of curvature of the curved portion 54C is indicated on the exit side 26 and starts at the minimum thickness axial position P. The curved portion 54D may have a radius of curvature of 1 mm to 10, such as 5 mm. In the embodiment of FIG. 3, the planar portion 54E connects the curved portion 54D with the second contact surface portion 48, for example, at right angles.

즉, 아치형 부분(36)에서 외부 표면(54)은 거터형 연장부(62)를 갖는 요부(60)를 형성한다. 거터형 연장부(62)는 밸브 밀봉 표면 부분(46)을 향하여 연장되고 바닥(64)을 형성한다. 파선(66A)에 의하여 도 3에서 지시된 바와 같이 거터형 연장부(62)의 바닥(64)은 아치형 부분(36)의 시작점을 축 방향(Z)으로 한정한다. 아치형 부분(36)의 단부는 파선(66B)에 의하여 지시된 바와 같이 평면 부분(54E)과 본질적으로 일치한다.That is, in the arcuate portion 36, the outer surface 54 forms a recess 60 having a gutter-like extension 62. The gutter-like extension (62) extends toward the valve sealing surface portion (46) and forms a bottom (64). 3, the bottom 64 of the gutter-like extension 62 defines the starting point of the arcuate portion 36 in the axial direction Z. As shown in Fig. The end of the arcuate portion 36 essentially conforms to the planar portion 54E as indicated by the dashed line 66B.

거터형 연장부(62)로 돌아가서, 내부 거터 표면 부분(64A)은 아치형 부분(36)과 연관된 반면에, 외부 거터 표면 부분(64B)은 입구 측 부분(32)과 연관된다. Returning to the gutter extension 62, the inner gutter surface portion 64A is associated with the arcuate portion 36 while the outer gutter surface portion 64B is associated with the inlet portion 32. [

도 3에 예시적으로 도시된 바와 같이, 일부 실시예에서, 아치형 부분(36)의 만곡 부분(54A)은 만곡 부분(54A')으로서 연장되어 입구 측 부분(32)의 표면 부분을 형성한다. 만곡 부분(54A')은 평면 표면 부분(64C)으로 전이되며, 이 평면 표면 부분은 예를 들어, 도 3에서 예시적으로 도시된 바와 같이 축 방향(Z)으로 연장된다. 3, the curved portion 54A of the arcuate portion 36 extends as a curved portion 54A 'to form a surface portion of the inlet side portion 32. As shown in FIG. The curved portion 54A 'transitions to the planar surface portion 64C, which extends in the axial direction Z, as illustratively shown in Fig. 3, for example.

도 3에 도시된 바와 같이, 평면 표면 부분(64C)은 본질적으로 출구 측 부분(34)의 제2 접촉 표면 부분(48)과 정렬된다. 따라서, 요부(60)에 의하여 형성된 냉각 채널(12)은 비대칭 형상을 가질 것이며; 특히 냉각 채널(12)은 출구 측(26)에서보다 입구 측(24)에서 더 좁을 것이다. As shown in FIG. 3, the planar surface portion 64C is essentially aligned with the second contact surface portion 48 of the outlet side portion 34. Thus, the cooling channel 12 formed by the recess 60 will have an asymmetrical shape; In particular, the cooling channel 12 will be narrower at the inlet side 24 than at the outlet side 26.

도 3에 도시된 구성은 아치형 부분(36)의 감소하는 재료 두께를 제공하여 밸브 시트 인서트(10A)의 장착 동안의 임의의 변형은 최소 두께 축 방향 위치(P) 주변에 응력/부하를 생성할 수 있다. 따라서, 장착에 의하여 야기된 응력 및/또는 장착에 의하여 야기된 부하는 출구 측 부분(34)에 인접한 아치형 부분(36)의 중간에 존재할 것이다.The configuration shown in FIG. 3 provides a reduced material thickness of the arcuate portion 36 such that any deformation during the mounting of the valve seat insert 10A creates a stress / load around the minimum thickness axial position P . Thus, the stress caused by the mounting and / or the load caused by the mounting will be in the middle of the arcuate portion 36 adjacent the outlet side portion 34.

대조적으로, 밸브의 작동 동안에, 예를 들어 밸브 스핀들(142)과의 밸브 시트 인서트(10A)의 상호 작용에 의하여 야기된 임의의 응력/부하는 입구 측 부분(32) 내에 중심을 둘 수 있다. 따라서 이 두 가지 유형의 응력은 부분적으로 분리되며, 따라서 종래 기술의 구성과 비교하여 거터형 연장부(62)의 바닥(64)은 감소된 응력을 겪을 수 있다. In contrast, any stress / load caused by the interaction of the valve seat insert 10A with the valve spindle 142, for example, during operation of the valve, can be centered within the inlet side portion 32. [ Thus, these two types of stresses are partly separated, and thus the bottom 64 of the gutter-like extension 62 may experience reduced stresses compared to prior art configurations.

유사하게, 도 3의 구성은 바닥(64)에 인접한 영역에 더 많은 재료를 제공하고 그리고 이는 그 영역에서의 응력 저항을 증가시킨다.Similarly, the configuration of FIG. 3 provides more material to the region adjacent to the bottom 64, which increases the stress resistance in that region.

따라서 요부(60)에서의 축 방향(Z)을 따르는 변화하는 곡률 반경의 개시된 순서는 위에서 논의된 이점을 제공할 수 있으며, 예를 들어 마모 및 손상에 대한 내구성 및 경향을 증가시킬 수 있다.Thus, the disclosed ordering of the varying radius of curvature along the axial direction Z at the recess 60 may provide the advantages discussed above and may, for example, increase durability and tendency to wear and tear.

도 3 도시된 실시예와는 대조적으로, 거터형 연장부(62')를 형성하도록 도 4의 밸브 시트 인서트(10B)의 실시예는 약간 변형된다. 내부 표면(52) 및 대부분의 외부 표면(54)(예를 들어, 만곡 부분(54A, 54B, 54C)의 반경 성장)과 같은 구성은 도 3에 도시된 것과 동일하게 유지된 반면에, 장착된 상태에서 거터형 연장부(62')가 반경 방향(R)을 따라 더 연장되는 방식으로 바닥(64) 및 만곡 부분(54A')이 변형된다. 즉, 평면 표면 부분(64C)은 더 큰 반경(R64C)으로 전환되며, 그로 인하여 거터형 연장부(62')의 체적을 증가시킨다. 이는, 예를 들어 만곡 부분(54A 및 54B)을 위하여 다른 곡률 반경을 사용함에 의하여 그리고/또는 이들의 원점을 다르게 위치시킴에 의하여 달성될 수 있다.In contrast to the embodiment shown in FIG. 3, the embodiment of the valve seat insert 10B of FIG. 4 is slightly modified to form a gutter-like extension 62 '. Such as inner surface 52 and most outer surface 54 (e.g., radial growth of curved portions 54A, 54B, 54C) remains the same as shown in Figure 3, The bottom portion 64 and the curved portion 54A 'are deformed in such a manner that the gutter-like extension portion 62' extends further along the radial direction R. [ That is, the planar surface portion 64C is converted to a larger radius R 64C , thereby increasing the volume of the gutter-like extension 62 '. This can be achieved, for example, by using different curvature radii for the curved portions 54A and 54B and / or by locating their origin differently.

그 결과, 재료 두께의 감소 그리고 입구 측 부분(32)에서의 부가적인 재료의 제공에 더하여, 냉각 채널(12)의 냉각 체적은 입구 측에서 증가될 수 있다. 그로 인하여 밸브 시트 인서트(10B)의 냉각 성능은 더 개선될 수 있다.As a result, in addition to the reduction of material thickness and the provision of additional material at the inlet side portion 32, the cooling volume of the cooling channel 12 can be increased at the inlet side. Whereby the cooling performance of the valve seat insert 10B can be further improved.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 밸브 시트 인서트(10A 및 10B)는 예를 들어, 반경 방향으로 연장하는 표면 부분(44A)과 제2 접촉 표면 부분(48) 사이뿐만 아니라 맞댐 표면 부분(44)과 제1 접촉 표면 부분(42) 사이에 모따기 면을 포함할 수 있다.3 and 4, the valve seat inserts 10A and 10B may be formed, for example, not only between the radially extending surface portion 44A and the second contact surface portion 48, 44 and the first contact surface portion 42. In this case,

하기에서, 실린더 헤드(104)와의 밸브 시트 인서트의 상호 작용이 설명될 것이다. 도 3에 도면 부호가 과도하게 부여되는 것을 방지하기 위하여 특히 도 4가 참고된다. 그러나 밸브 시트 인서트(10A)뿐만 아니라 도 5에 도시된 밸브 시트 인서트(10C)에 동일한 것이 적용된다는 것을 숙련된 자는 이해할 것이다. In the following, the interaction of the valve seat insert with the cylinder head 104 will be described. In particular, Fig. 4 is referred to in order to prevent the reference numerals from being excessively given in Fig. However, it will be understood by one skilled in the art that the same applies to the valve seat insert 10A as well as the valve seat insert 10C shown in Fig.

실린더 헤드(104)의 배기 개구(104A)가 도 4에서 계단-형상 형태로 개략적으로 지시된다. 구체적으로, 배기 개구(104A)는 삽입 방향으로, 여기에서는 축 방향(Z)을 따라 계단식으로 좁아진다. 구체적으로, 배기 개구(104A)는 제1 원주 측벽(104B), 제1 반경 방향 연장 면(104C), 제2 원주 측벽(104D) 및 제2 반경 방향 연장 면(104E)을 포함한다. 예를 들어, 원주 측벽(104B, 104D)은 축 방향으로 연장되는 반면에, 제1 및 제2 반경 방향 연장 면(104C, 104E)은 반경 방향으로 연장된다.The exhaust opening 104A of the cylinder head 104 is schematically indicated in a step-shaped configuration in FIG. Specifically, the exhaust opening 104A narrows in a stepwise manner along the axial direction Z in the insertion direction. Specifically, the exhaust opening 104A includes a first circumferential sidewall 104B, a first radially extending surface 104C, a second circumferential sidewall 104D, and a second radially extending surface 104E. For example, the circumferential side walls 104B and 104D extend in the axial direction while the first and second radially extending surfaces 104C and 104E extend in the radial direction.

장착 상태에서 제1 접촉 표면 부분(42)은 제1 원주 측벽(104B)과 함께 입구 측(24)에서 냉각 채널(12)의 제1 밀봉을 형성한다. 제2 접촉 표면 부분(48)은 제2 원주 측벽(104D)과 함께 출구 측(26)에서 냉각 채널(12)의 제2 밀봉을 형성한다. 또한, 맞댐 표면 부분(44)은 제1 반경 방향 연장 면(104C)에 접촉할 수 있어 밸브 시트 인서트(10B)의 축 방향으로의 삽입을 제한한다. 그러나 일부 실시예에서, 제2 반경 방향 연장 면(104E)에 접촉함에 의하여 반경 방향 연장 표면 부분(44A)은 맞댐 면으로 작용할 수 있다. 후자의 경우, 맞댐 표면 부분(44)과 제1 반경 방향 연장 면(104C) 사이에 형성된 갭 내로의 냉각 채널(12)의 일부 연장이 주어질 수 있다.In the mounted state, the first contact surface portion 42 together with the first circumferential sidewall 104B forms a first seal of the cooling channel 12 at the inlet side 24. The second contact surface portion 48 forms a second seal of the cooling channel 12 at the outlet side 26 with the second circumferential sidewall 104D. In addition, abutment surface portion 44 can contact first radially extending surface 104C to limit axial insertion of valve seat insert 10B. However, in some embodiments, by contacting the second radially extending surface 104E, the radially extending surface portion 44A can act as a mating surface. In the latter case, a partial extension of the cooling channel 12 into the gap formed between the abutting surface portion 44 and the first radially extending surface 104C can be given.

다양한 구조에 대하여 위에서 개시된 바와 같이, 아치형 부분(36)은 통로(22)로부터 반경 방향으로 냉각 채널(12)을 한정하도록 구성된다. 밸브 시트 인서트의 장착 상태에서, 냉각 채널(12)은 밸브 시트 인서트와 실린더 헤드 사이에 형성된다.The arcuate portion 36 is configured to define the cooling channel 12 radially from the passageway 22, as described above for the various structures. In the mounted state of the valve seat insert, the cooling channel 12 is formed between the valve seat insert and the cylinder head.

일부 실시예에서, 제1 접촉 표면 부분(42)과 제2 접촉 표면 부분(48)은 축 방향으로 연장하며 그리고/또는 맞댐 표면 부분(44) 및 반경 방향 연장 표면 부분(44A)은 반경 방향으로 연장한다.In some embodiments, the first contact surface portion 42 and the second contact surface portion 48 extend axially and / or the abutment surface portion 44 and the radially extending surface portion 44A are radially extending Extend.

도 3 및 도 4에서 더 보여질 수 있는 바와 같이, 반경 방향 횡단면에서 볼 때 몸체(20)는 C-형상일 수 있다. 그러면, 입구 측 부분(32)과 출구 측 부분(34)은 각각 C-형상의 단부로서 고려될 수 있다. 아치형 부분(36)은 C-형상의 중간 부분을 형성하도록 고려될 수 있다. 도면에서 보여질 수 있는 바와 같이 그리고 배기 개구(104A)의 계단형 구성에 대한 적응에서, 입구 측 부분(32)과 연관된 단부는 도 4에 도시된 바와 같이 출구 측 부분(34)과 연관된 반경(REX)보다 큰 반경(REN)으로 연장한다. As can be further seen in Figures 3 and 4, the body 20 in a radial cross-section may be C-shaped. The inlet side portion 32 and the outlet side portion 34 can then be considered as C-shaped ends, respectively. The arcuate portion 36 may be considered to form the middle portion of the C-shape. As can be seen in the figure and in the adaptation to the stepped configuration of the vent opening 104A, the end associated with the inlet side portion 32 is located in a radial direction associated with the outlet side portion 34, R EX ). ≪ / RTI >

또한, 일부 실시예에서, 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이 축 방향 중심 영역 내에서 최소 개구 반경(Rmin)을 한정하기 위하여 내부 표면(52)은 몸체(20)의 중심을 향하여 돌출될 수 있다. Also, in some embodiments, the inner surface 52 may protrude toward the center of the body 20 to define a minimum opening radius Rmin , for example, within the axial central region, .

도 5를 참고하면, 기하학적 구조, 특히 링형 몸체(20)와 연관된 통로(22), 입구 측(24) 그리고 출구 측(6)을 더 도시하기 위하여 예시적인 밸브 시트 인서트(10C)의 부분적인 3차원적 도면이 보여진다. 또한, 도 5는 밸브 시트 인서트를 위하여 적용될 수 있는 원통형-대칭 구조를 지시한다. 그러나 일부 실시예에서, 또한 타원형 구성이 사용될 수 있다.5, a partial view of the exemplary valve seat insert 10C is shown to further illustrate the geometry, particularly the passage 22, inlet side 24, and outlet side 6 associated with the ring- Dimensional drawings are shown. Figure 5 also shows a cylindrical-symmetrical structure that may be applied for valve seat inserts. However, in some embodiments, an elliptical configuration may also be used.

위에서 설명된 바와 같은 밸브 시트 인서트는 통상적으로 실린더 헤드의 각각의 개구에 압입 끼워 맞추어지거나 수축 끼워 맞추어진다. 따라서, 밸브 시트 인서트가 개구 내로 강제될 때, 기계적 장력은 요구되는 밀봉을 제공할 것이다. 예를 들어, 밸브 시트 인서트를 개구에 수축 끼워 넣을 때, 냉각된 밸브 시트 인서트를 개구에 삽입할 때, 작업자는 먼저 예를 들어, 액체 질소로 밸브 시트 인서트를 냉각할 것이다. 냉각된 상태에서의 감소된 치수로 인하여 이는 가능하다. 이 단계에서, 맞댐 표면 부분(44)은 예를 들어, 삽입 깊이를 제한할 수 있다. 그러면, 밸브 시트 인서트는 주위 온도로 따뜻해질 수 있어 밸브 시트 인서트는 개구 내로 수축 끼워 맞추어진다. 정상적으로 기능하지 못하는 밸브 시트 인서트를 위한 교체품으로서 사용될 수 있는, 본 명세서에서 개시된 실시예에 따른 밸브 시트 인서트를 재장착하기 위하여 동일한 절차가 적용될 수 있다. Valve seat inserts as described above are typically press fit or shrink fit into respective openings in the cylinder head. Thus, when the valve seat insert is forced into the opening, the mechanical tension will provide the required seal. For example, when inserting a valve seat insert into an opening, when inserting a cooled valve seat insert into an opening, the operator will first cool the valve seat insert with, for example, liquid nitrogen. This is possible due to the reduced dimensions in the cooled state. In this step, abutment surface portion 44 may limit, for example, the depth of insertion. The valve seat insert can then be warmed to ambient temperature so that the valve seat insert is shrink-fitted into the opening. The same procedure can be applied to reattach the valve seat insert according to the embodiments disclosed herein, which can be used as a replacement for a valve seat insert that does not function normally.

일부 실시예에서, 밸브 시트 인서트의 재료는 내열 원심 주조일 수 있다. 일부 실시예에서, 예를 들어, M43C 시리즈의 엔진에 대하여 밸브 시트 인서트의 축 방향 치수는 50 ㎜ 내지 70 ㎜의 범위 내이며; 따라서, 최소 두께 위치가 10 ㎜ 내지 28 ㎜의 범위 내, 즉 적어도 축 방향 연장부의 절반을 넘도록 아치형 부분의 축 방향 연장부는 20 ㎜ 내지 30 ㎜의 범위 내이다. 또한, 내측 반경은 50 ㎜ 내지 65 ㎜ 범위 내이며, 입구 반경은 75 ㎜ 내지 80 ㎜ 범위 내이고, 출구 반경은 70 ㎜ 내지 7 5㎜ 범위 내이다. 아치형 부분의 반경 방향으로의 두께는 예를 들어, 위의 실시예에서 10 ㎜에서 7 ㎜로 감소한다. In some embodiments, the material of the valve seat insert may be a heat resistant centrifugal casting. In some embodiments, for example, the axial dimension of the valve seat insert for the engine of the M43C series is in the range of 50 mm to 70 mm; Thus, the axially extending portion of the arcuate portion is within the range of 20 mm to 30 mm such that the minimum thickness position is in the range of 10 mm to 28 mm, i.e., at least over half of the axial extension. Also, the inner radius is in the range of 50 mm to 65 mm, the entrance radius is in the range of 75 mm to 80 mm, and the exit radius is in the range of 70 mm to 75 mm. The radial thickness of the arcuate portion decreases, for example, from 10 mm to 7 mm in the above embodiment.

위에서 설명된 장착에 더하여, 임의의 유형의 밸브 시트 인서트의 마모 또는 손상의 경우에, 동일한 것이 본 발명에 따른 밸브 시트 인서트로 쉽게 교체될 수 있다(예를 들어, 본 명세서 내에 개시된 밸브 시트 인서트를 사용한 재장착을 수행).In addition to the mounting described above, in the case of wear or tear of any type of valve seat insert, the same can easily be replaced with the valve seat insert according to the present invention (e.g., the valve seat insert disclosed herein Perform a used re-installation).

본 명세서 내에서 사용된 바와 같이, 용어 "내연기관"은, 예를 들어 가스 엔진과 같은 내연 기관을 지칭할 수 있으며, 이는 파이프 라인 전달, 처리 또는 가스 저장 및 회수에 동력을 공급하기 위한 것뿐만 아니라 전기를 생성하기 위한 발전 장치와 같은 고정식 동력 공급 시스템의 주 엔진 또는 보조 엔진으로 사용될 수 있다. 내연기관의 연료는 천연가스 및 천연가스와 다른 연료, 예를 들어 디젤 연료 등의 조합을 포함할 수 있다.As used herein, the term "internal combustion engine" may refer to an internal combustion engine such as, for example, a gas engine, which is intended to power only pipeline delivery, But can also be used as a main engine or auxiliary engine of a stationary power supply system such as a generator for generating electricity. The fuel of the internal combustion engine may include a combination of natural gas and natural gas and other fuels such as diesel fuel.

밸브 시트 인서트의 본 명세서 내에 개시된 실행을 위한 내연기관의 예는, 예를 들어 450 내지 750 rpm의 범위 내에서, 즉 중간 속도로 작동하는, 독일 키엘의 캐터필라 모토렌 게엠베하 앤드 코 카게(Caterpillar Motoren GmbH & Co. KG, Kiel, Germany)에 의하여 제조된 M43C 시리즈의 엔진을 포함할 수 있다. 이와 같은 내연기관은 유지 보수 동안에 본 발명의 밸브 시트 인서트의 부착을 위하여 연소 엔진의 흡입 밸브 및 및 배기 밸브로의 접근을 제공할 수 있는 대형의 독립형 엔진 일 수 있다.An example of an internal combustion engine for execution of the valve seat insert described herein is an internal combustion engine for use in an internal combustion engine, such as Caterpillar Motoren < RTI ID = 0.0 > GmbH & Co. KG, Kiel, Germany). Such an internal combustion engine may be a large stand-alone engine capable of providing access to the intake valve and the exhaust valve of the combustion engine for attachment of the valve seat insert of the present invention during maintenance.

이 발명의 바람직한 실시예가 본 명세서에 설명되었지만, 하기의 청구항의 범위를 벗어나지 않고 개선 및 수정이 포함될 수 있다.Although preferred embodiments of the invention have been described herein, improvements and modifications may be made without departing from the scope of the following claims.

Claims (15)

내연 기관(100)의 실린더 헤드(104)용 밸브 시트 인서트(10A, 10B, 10C)에 있어서,
통로(22)를 한정하는 링형 몸체(20)를 포함하되, 통로는 유체를 밸브 시트 인서트(10A, 10B, 10C)의 입구 측(24)에서 출구 측(26)으로 축 방향(Z)을 따라 몸체(20)를 통과시킬 수 있게 하며,
몸체(20)는,
제1 접촉 표면 부분(42)과 밸브 밀봉 표면 부분(46)을 갖는 입구 측 부분(32),
제2 접촉 표면 부분(48)을 갖는 출구 측 부분(34), 및
입구 측 부분(32)에서 출구 측 부분(34)으로 축 방향으로 연장되고, 입구 측 부분(32)에서 출구 측 부분(34)을 향하여 최소 두께 축 방향 위치(P)까지 재료 두께를 감소시키는 아치형 부분(36)을 포함하며,
최소 두께 축 방향 위치는 입구 측 부분(34)에 인접한 아치형 부분(36)의 중간에 위치된 밸브 시트 인서트(10A, 10B, 10C).In the valve seat inserts (10A, 10B, 10C) for the cylinder head (104) of the internal combustion engine (100)
Shaped body 20 defining a passageway 22 in which the passageway extends along the axial direction Z from the inlet side 24 to the outlet side 26 of the valve seat inserts 10A, 10B, Allowing the body 20 to pass therethrough,
The body (20)
An inlet side portion 32 having a first contact surface portion 42 and a valve seal surface portion 46,
An outlet side portion 34 having a second contact surface portion 48, and
An arcuate shape extending axially from the inlet side portion 32 to the outlet side portion 34 and reducing the material thickness from the inlet side portion 32 to the outlet side portion 34 to the minimum thickness axial position P, Portion 36,
The minimum thickness axial position is located intermediate the arcuate portion 36 adjacent the inlet side portion 34, the valve seat insert 10A, 10B, 10C. 제1항에 있어서, 최소 두께 축 방향 위치(P)는 장착된 상태에서 정적 탄성 응력의 영역을 한정하며 입구 측 부분(32)으로부터 측정된, 아치형 부분(36)의 축 방향 연장부의 적어도 60%, 70%, 80% 또는 90%에 위치된, 밸브 시트 인서트(10A, 10B, 10C).2. The method of claim 1, wherein the minimum thickness axial position (P) defines the area of static elastic stress in the mounted state and is at least 60% of the axial extension of the arcuate portion (36) measured from the inlet side portion (32) , 70%, 80% or 90% of the valve seat inserts (10A, 10B, 10C). 제1항 또는 제2항에 있어서, 몸체(20)는
몸체(20)의 반경 방향으로의 내측 상에서 원주 방향으로 연장되고 밸브 밀봉 표면 부분(46)을 포함하는 내부 표면(52); 및
몸체(20)의 반경 방향으로의 외측 상에서 원주 방향으로 연장되고 제1 접촉 표면 부분(43), 제2 접촉 표면 부분(48) 및 예를 들어, 맞댐 표면 부분(44)을 포함하는 외부 표면(54)을 더 포함하며;
아치형 부분(36)에서 외부 표면(54)은 오목하게 만곡지며 그리고/또는 내부 표면(52)은 볼록하게 만곡진, 밸브 시트 인서트(10A, 10B, 10C).3. A device according to claim 1 or 2, wherein the body (20)
An inner surface (52) extending circumferentially on the radially inward side of the body (20) and including a valve sealing surface portion (46); And
An outer surface extending circumferentially on the radially outer side of the body 20 and including a first contact surface portion 43, a second contact surface portion 48 and, for example, an abutting surface portion 44 54);
The valve seat inserts (10A, 10B, 10C) have an outer surface (54) curved concavely in the arcuate portion (36) and / or an inner surface (52) convexly curved. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 아치형 부분(36)에서 외부 표면(54)은 최소 두께 축 방향 위치(P)까지 증가하는 곡률 반경을 갖는 일련의 만곡 부분(54A, 54B, 54C)으로 오목하게 만곡지며; 그리고/또는
이웃하는 만곡 부분(54A, 54B, 54C)은 본질적으로 서로 접선적으로 전이되는, 밸브 시트 인서트(10A, 10B, 10C).4. A device according to any one of claims 1 to 3, wherein the outer surface (54) in the arcuate portion (36) comprises a series of curved portions (54A, 54B, 54C) having a radius of curvature increasing to a minimum thickness axial position (P) 54C); And / or
The valve seat inserts (10A, 10B, 10C) wherein adjacent curved portions (54A, 54B, 54C) are essentially tangential to each other. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 아치형 부분(36)에서 외부 표면(54)은 밸브 밀봉 표면(46)을 향하는 거터형 연장부(62)를 갖는 요부(60)를 형성하며, 거터형 연장부(62)의 바닥(64)은 아치형 부분(36)의 축 방향 시작점을 한정하여 거터형 연장부(62)는 아치형 부분(36)과 입구 측 부분(32)과 각각 연관된 내부 거터 표면 부분(64A)과 외부 거터 표면 부분(64B)을 포함하는, 밸브 시트 인서트(10A, 10B, 10C).5. A valve according to any one of claims 1 to 4, wherein the outer surface (54) in the arcuate section (36) forms a recess (60) with a gutter-like extension (62) The bottom 64 of the gutter-shaped extension 62 defines an axial starting point of the arcuate portion 36 such that the gutter-like extension 62 is spaced apart from the interior portion 32, which is associated with the arcuate portion 36 and the inlet- A valve seat insert (10A, 10B, 10C) comprising a gutter surface portion (64A) and an outer gutter surface portion (64B). 제5항에 있어서, 외부 거터 표면 부분(64B)은 내부 거터 표면 부분(64A)의 만곡 부분(54A)을 연장시키는 만곡 부분(54')을 포함하며 평면 표면 부분(64C)으로 전이되는, 밸브 시트 인서트(10A, 10B, 10C).6. A valve according to claim 5 wherein the outer gutter surface portion 64B includes a curved portion 54'extending a curved portion 54A of the inner gutter surface portion 64A and is transitioned to a planar surface portion 64C, A seat insert (10A, 10B, 10C). 제6항에 있어서, 평면 표면 부분(64C)은 축 방향으로 연장되고; 그리고/또는
평면 표면 부분(64C)의 반경 방향 위치는 본질적으로 제2 접촉 표면 부분(48)과 정렬되거나 더 큰 반경(R64C)으로 전환되며, 나중의 경우는 거터형 연장부(62)의 체적을 증가시키는, 밸브 시트 인서트(10A, 10B, 10C).7. The device of claim 6, wherein the planar surface portion (64C) extends in the axial direction; And / or
The radial position of the planar surface portion 64C is essentially aligned with the second contact surface portion 48 or is converted to a larger radius R 64C and in the latter case the volume of the gutter- The valve seat inserts 10A, 10B and 10C. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
제1 접촉 표면 부분(42)은 장착된 상태에서 실린더 헤드(104)와 제1 밀봉 접촉을 형성하도록 구성되며; 그리고/또는
맞댐 표면 부분(44)은 실린더 헤드(104)에 장착될 때 밸브 시트 인서트(10A, 10B, 10C)의 축 방향 위치를 한정하도록 구성되며; 그리고/또는
밸브 밀봉 표면 부분(46)은 밸브 스핀들(142)과 밀봉을 형성하도록 맞추어지고 그리고/또는 축 방향(Z)에 대하여 약 60°의 각도 하에서 연장되며; 그리고/또는
제2 접촉 표면 부분(48)은 장착된 상태에서 실린더 헤드(104)와 제2 밀봉 접촉을 형성하도록 구성되며; 그리고/또는
아치형 부분(36)은 통로(22)로부터 반경 방향으로 냉각 채널(12)을 한정하도록 구성되되, 밸브 시트 인서트(10A, 10B, 10C)의 장착된 상태에서 냉각 채널(12)은 밸브 시트 인서트(10A, 10B, 10C)와 실린더 헤드(104) 사이에 형성되며; 그리고/또는
제1 접촉 표면 부분(42) 및/또는 제2 접촉 표면 부분(48)은 축 방향(Z)으로 연장되고; 그리고/또는
맞댐 표면 부분(44)은 반경 방향(R)으로 연장되는, 밸브 시트 인서트(10A, 10B, 10C).8. The method according to any one of claims 1 to 7,
The first contact surface portion 42 is configured to form a first sealing contact with the cylinder head 104 in a mounted state; And / or
The abutment surface portion 44 is configured to define an axial position of the valve seat inserts 10A, 10B, 10C when mounted on the cylinder head 104; And / or
The valve sealing surface portion 46 is adapted to form a seal with the valve spindle 142 and / or extends at an angle of about 60 DEG with respect to the axial direction Z; And / or
The second contact surface portion 48 is configured to form a second seal contact with the cylinder head 104 in the mounted state; And / or
The arcuate portion 36 is configured to define a cooling channel 12 in a radial direction from the passageway 22 while the cooling channel 12 in the mounted state of the valve seat inserts 10A, 10B, 10A, 10B, 10C) and the cylinder head 104; And / or
The first contact surface portion 42 and / or the second contact surface portion 48 extend in the axial direction Z; And / or
The abutment surface portion 44 extends in the radial direction R. The valve seat insert 10A, 10B, 10C. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 반경 방향 횡단면에서, 몸체(20)는 C-형상이며, 입구 측 부분(32)과 출구 측 부분(34)은 C-형상의 각각의 종단을 형성하고, 아치형 부분(36)은 C-형상의 중간 부분을 형성하며,
입구 측 부분(32)과 연관된 단부는 출구 측 부분(34)과 연관된 반경(REX)보다 더 큰 반경(REN)으로 연장된, 밸브 시트 인서트(10A, 10B, 10C).9. A device according to any one of the preceding claims, wherein in the radial cross section the body (20) is C-shaped and the inlet side portion (32) and the outlet side portion (34) And the arcuate portion 36 forms an intermediate portion of the C-shape,
The end portions associated with the inlet side portion 32 extend at a greater radius R EN than the radius R EX associated with the outlet side portion 34. The valve seat inserts 10A, 10B, 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 축 방향 중심 영역 내에서 최소 개구 반경(RMIN)을 한정하도록 내부 표면(52)은 몸체(20)의 중심을 향하여 돌출되고,
외부 표면(54)에서의 요부(60)는 제2 접촉 표면 부분(48)보다 제1 접촉 표면 부분(42)에 더 인접한 축 방향(Z)으로 위치된 아치형 부분(36)의 최소 반경 방향 두께(dMIN)를 제공하도록 구성된, 밸브 시트 인서트(10A, 10B, 10C).10. A device according to any one of the preceding claims, characterized in that the inner surface (52) protrudes toward the center of the body (20) so as to define a minimum opening radius (R MIN )
The recess 60 at the outer surface 54 has a minimum radial thickness of the arcuate portion 36 positioned in the axial direction Z closer to the first contact surface portion 42 than the second contact surface portion 48. [ (d MIN ). < / RTI > 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 링형 몸체(20)는 원통 대칭인, 밸브 시트 인서트(10A, 10B, 10C).11. A valve seat insert (10A, 10B, 10C) according to any one of claims 1 to 10, wherein the ring-shaped body (20) is cylindrical symmetrical. 내연 기관(100)용 실린더 헤드 조립체에 있어서,
내연기관(100)의 실린더(102)를 덮기 위한, 배기 개구(104A)를 포함하는 부분을 포함하는 실린더 헤드(104); 및
배기 개구(104A)에 끼워지는, 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 밸브 시트 인서트(10A, 10B, 10C)를 포함하며,
그로 인하여 아치형 부분(36)과 실린더 헤드(104) 사이에 냉각 채널(12)이 형성된, 실린더 헤드 조립체. A cylinder head assembly for an internal combustion engine (100), comprising:
A cylinder head (104) including a portion including an exhaust opening (104A) for covering the cylinder (102) of the internal combustion engine (100); And
A valve seat insert (10A, 10B, 10C) according to any one of claims 1 to 11 fitted in an exhaust opening (104A)
Thereby forming a cooling channel (12) between the arcuate portion (36) and the cylinder head (104). 제12항에 있어서, 배기 개구(104A)는 삽입 방향으로 계단식으로 좁아지며, 그로 인하여 제1 원주 측벽(104B), 제1 반경 방향 연장 면(104C), 제2 원주 측벽(104D) 및 제2 반경 방향 연장 면(104E)을 포함하며; 그리고/또는
제1 접촉 표면 부분(42)은 제1 원주 측벽(104B)과 함께 입구 측(24)에서 냉각 채널(12)의 제1 밀봉을 형성하고; 그리고/또는
맞댐 표면 부분(44)은 제1 반경 방향 연장 면(104C)에 접촉하여, 그로 인하여 실린더 헤드(104)에 대하여 밸브 시트 인서트(10A, 10B, 10C)의 축 방향 위치를 한정하며; 그리고/또는
제2 접촉 표면 부분(48)은 제2 원주 측벽(104D)과 함께 출구 측(26)에서 냉각 채널(12)의 제2 밀봉을 형성하는, 실린더 헤드 조립체.13. The method according to claim 12, wherein the exhaust opening (104A) is stepped narrow in the inserting direction, whereby the first circumferential sidewall (104B), the first radially extending surface (104C), the second circumferential sidewall A radially extending surface 104E; And / or
The first contact surface portion 42 forms a first seal of the cooling channel 12 at the inlet side 24 with the first circumferential sidewall 104B; And / or
The abutment surface portion 44 abuts the first radially extending surface 104C thereby defining the axial position of the valve seat inserts 10A, 10B, 10C relative to the cylinder head 104; And / or
The second contact surface portion 48 together with the second circumferential sidewall 104D form a second seal of the cooling channel 12 at the outlet side 26. 제12항 또는 제13항에 있어서, 아치형 부분(36)은 비대칭인 냉각 채널(12)을 제공하도록 그리고/또는 출구 측(26)에서보다 입구 측(24)에서 더 좁은 냉각 채널(12)을 제공하도록 형성된, 실린더 헤드 조립체. 14. A method according to claim 12 or 13, wherein the arcuate portion (36) is provided with an asymmetric cooling channel (12) and / or a narrower cooling channel (12) at the inlet side (24) The cylinder head assembly comprising: 각각의 다수의 실린더와 연관된 적어도 하나의 배기 밸브(108)인 다수의 실린더(102)를 갖는 내연기관용 재장착 방법에 있어서,
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 밸브 시트 인서트(10A, 10B, 10C)를 내연기관(100)의 실린더 헤드(104)의 배기 개구(104A)에 부착하는 것을 포함하는, 방법.1. A method of refitting an internal combustion engine having a plurality of cylinders (102) which are at least one exhaust valve (108) associated with each of a plurality of cylinders,
11. A method comprising attaching a valve seat insert (10A, 10B, 10C) according to any one of claims 1 to 11 to an exhaust opening (104A) of a cylinder head (104) of an internal combustion engine (100).
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